核磁共振 NMR

1、核磁共振核磁共振 （NMR ）n核磁共振波谱，常用NMR表示，与红外光谱、紫外光谱一样，也是一种能谱。n测定这种能谱的依据，是一些原子核（如1H、13C、19F等）在磁场中会产生能量分裂，形成能级。当用一定频率的电磁波对样品进行照射时，特定结构环境中的原子核就会吸收相应频率的电磁波而实现共振跃迁。在照射扫描中记录共振时的信号位置和强度，就得到NMR谱。n几乎所有的磁性核都可以进行NMR分析，如1H、13C、19F、 31P、 15N等。常用的是1H、13C的NMR谱。n让处于外磁场（让处于外磁场（HoHo）中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射（）中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射（ 射），当辐射

2、射），当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态，电磁辐射能跃迁到高能态，这种现象称为核磁共振。这种现象称为核磁共振。NMR是研究原子核对射频辐射是研究原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)的吸收的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。工具之一，有时亦可进行定量分析。在有机化合物结构鉴定中要求掌在有机化合物结构鉴定中要求掌握的是握

3、的是1H NMR（氢谱）和（氢谱）和 13C NMR的应用。的应用。（测定有机化合（测定有机化合物的结构，氢原物的结构，氢原子的位置、环境子的位置、环境以及官能团和以及官能团和C骨架上的骨架上的H原子原子相对数目）相对数目） 与UV-vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。原子核具有质量并带电荷，同时存在自旋现象，自旋原子核具有质量并带电荷，同时存在自旋现象，自旋量子数用量子数用I表示。表示。自旋量子数（I）不为零的核都具有自旋现象和磁矩，原子的自旋情况可以用（I）表征：质量数质量数 电荷数电荷数 自旋量子数自旋量子数I I偶数偶数

4、偶数偶数 0 0 16O8；12C8；32S16偶数偶数 奇数奇数 1 1，2 2，3 3 2H1，14N7 奇数奇数 奇数或偶数奇数或偶数 1/2；3/2；5/2 1H1，13C6，19F9 17O8 (1) I=0 的原子核 O(16)；C（12）；S（22）等 ，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。 (2) I=1 或 I 0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I 这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少； (3)1/2的原子核 1H，13C，19F，31P 原子核可看作核

5、电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化合物的主要组成元素。P),.,1,(2IIImhmP其中磁矩磁矩 的大小与磁场方向的角动量的大小与磁场方向的角动量P有关：有关： 其中其中 为磁旋比，每种核有其固定值。为磁旋比，每种核有其固定值。 如如1 1H H： = 26.752.752； 1313C C： = 6.728 ，单位：，单位：107rad.T-1.S-1其中h为Planck常数 (6.62410-27erg.sec)；m为磁量子数，其大小由自旋量子数I决定，m共有2I+1个取值，或者说，角动量P有2I+1个状态！ 或者说有2I+1个核

6、磁矩。 自旋核的取向 在没有外电场时，自旋核的取向是任意的。在没有外电场时，自旋核的取向是任意的。 在强磁场中，原子核发生能级分裂在强磁场中，原子核发生能级分裂，当吸收外来电磁辐射，当吸收外来电磁辐射时，将发生核能级的跃迁时，将发生核能级的跃迁 -产生所谓的产生所谓的 射频辐射射频辐射原子核原子核(能级分裂能级分裂)-吸收吸收能级跃迁能级跃迁B射频射频核磁共振（核磁共振（NMR）现象现象E= B0022BhBEB当置于外加磁场H0中时，相对于外磁场，氢核有两种取向 (1)与外磁场平行，能量低，磁量子数1/2;(2)与外磁场相反，能量高，磁量子数1/2;1/21/2E= B0也就是说，当也就是说

7、，当外来射频辐射的频率外来射频辐射的频率满足上式时就会引起满足上式时就会引起能级跃迁并产生吸收。能级跃迁并产生吸收。 002B又因为，又因为， 0hE0022BhBE002hBh所以，所以，原子核的经典力学模型原子核的经典力学模型当带正电荷的、且具有自旋量子数的核会产生磁场，该自旋当带正电荷的、且具有自旋量子数的核会产生磁场，该自旋磁场与外加磁场相互作用，将会产生回旋，称为磁场与外加磁场相互作用，将会产生回旋，称为拉莫拉莫进进动动，如下图。进动频率与自旋核角速度及外加磁场的关系可用拉如下图。进动频率与自旋核角速度及外加磁场的关系可用拉莫（莫（Larmor）方程表示：方程表示：0000022BB

8、或此式与量子力学模型导出的式子完此式与量子力学模型导出的式子完全相同。全相同。 0称为进动频率。称为进动频率。进动频率是很重要的，外磁场越强，进动频率进动频率是很重要的，外磁场越强，进动频率越高，这可以用拉莫方程解释。越高，这可以用拉莫方程解释。0000022BB或质子有进动频率，这个频率是由拉莫方程计算出来的。质子有进动频率，这个频率是由拉莫方程计算出来的。当在当在B0垂直的方向上加一个射频场时，如果射频频率和质子的进垂直的方向上加一个射频场时，如果射频频率和质子的进动频率相等，动频率相等， 0 = ，质子会从射频中吸收一部分能量，发生核磁，质子会从射频中吸收一部分能量，发生核磁共振。共振。

9、当当 = 0时，核就会吸收能量，由低能态（时，核就会吸收能量，由低能态（+1/2）跃迁至高）跃迁至高能态（能态（-1/2），这种现象称），这种现象称核磁共振核磁共振共振吸收频率 例如 对于对于1 1H H B0=1.41TG =60MHz, B0=2.35TG =100MHzB0一定时，不同的核，g 不同，不同。同一种核， =常数， B0 02B产生产生NMRNMR条件条件 （1） I 0的自旋核（2） 外磁场B0（3） 与B0相互垂直的射频场B1， 且 1 = 0a) I=0的的原子核没有自旋现象。原子核没有自旋现象。b)I=整数，整数，该类核有自旋，但该类核有自旋，但NMR复杂，通常不用于

10、复杂，通常不用于NMR分析。如分析。如2H，14N等。等。c) I=半整数，可以用于半整数，可以用于NMR分析，特别是分析，特别是I=1/2的核的核如如1H，13C。 经典力学和量子力学模型都说明：经典力学和量子力学模型都说明： 并非所有的核都有自旋，在外加磁场中发生能级分裂！并非所有的核都有自旋，在外加磁场中发生能级分裂！ 自旋量子数 I=1/2的原子核（氢核），可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。当置于外加磁场H0中时，相对于外磁场，可以有（2I+1）种取向：氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）：(1)与外磁场平行，能量低，磁量子数1/2;(2)与外磁场

11、相反，能量高，磁量子数1/2;核能级分布核能级分布 在一定温度且无外加射频辐射条件下，原子核处在高、低在一定温度且无外加射频辐射条件下，原子核处在高、低能级的数目达到热力学平衡，原子核在两种能级上的分布能级的数目达到热力学平衡，原子核在两种能级上的分布应满足应满足Boltzmann分布：分布：通过计算，在常温下，1H处于B0为2.3488T的磁场中，处于低能级的1H核数目仅比高能级的核数目多出百万分之十六！ 会造成什么后果？会造成什么后果？kThkTEjieeNNNHNL随实验进行，低能级核越来越少，最后高、低能级上的随实验进行，低能级核越来越少，最后高、低能级上的核数目相等核数目相等-饱和饱

12、和-从低到高与从高到低能级的从低到高与从高到低能级的跃迁的数目相同跃迁的数目相同-体系净吸收为体系净吸收为0-共振信号消失共振信号消失！ 幸运的是，上述幸运的是，上述“饱和饱和”情况并未发生！情况并未发生！因为有因为有弛豫弛豫 何为弛豫？何为弛豫？处于高能态的核通过非辐射途径释放能量而及时返回到处于高能态的核通过非辐射途径释放能量而及时返回到低能态的过程称为弛豫。低能态的过程称为弛豫。 由于弛豫现象的发生，使得处于低能态的核数目总是维持多数，从由于弛豫现象的发生，使得处于低能态的核数目总是维持多数，从而保证共振信号不会中止。而保证共振信号不会中止。 弛豫弛豫 核弛豫核弛豫 在电磁波的作用下，当

13、h对应于分子中某种能级（分子振动能级、转动能级、电子能级、核能级等）的能量差E 时，分子可以吸收能量，由低能态跃迁到高能态。 在电磁波的作用下，激发态的分子可以放出能量回到低能态，重建Boltzmann分布。 只有当激发和辐射的几率相等时，才能维持Boltzmann分布，可以连续观测到光谱信号。 自发辐射的几率E，E越大，自发辐射的几率就越大。 在NMR中，必须有一个过程：来维持Boltzmann分布。否则饱和现象容易发生，即使满足以上核磁共振的三个条件，也无法观测到NMR信号。 这个过程称之弛豫过程(Relaxation),即高能态的核以非辐射的形式放出能量回到低能态重建Boltzmann分

14、布。 两种弛豫过程： N+NRelaxationh据据Heisenberg测不准原理，激发能量测不准原理，激发能量 E与体系处于激发态的平均时与体系处于激发态的平均时间间(寿命寿命)成反比，与谱线变宽成反比，与谱线变宽成正比，即：成正比，即：1hE弛豫可分为弛豫可分为纵向弛豫纵向弛豫和和横向弛豫横向弛豫。 可见，弛豫决定处于高能级核寿命。而弛豫时间长，核磁共振信号窄可见，弛豫决定处于高能级核寿命。而弛豫时间长，核磁共振信号窄；反之，谱线宽。；反之，谱线宽。 谱线宽度谱线宽度横向弛豫横向弛豫：当两个相邻的核处于不同能级，但进动频率相同时，高当两个相邻的核处于不同能级，但进动频率相同时，高能级核与

15、低能级核通过自旋状态的交换而实现能量转移能级核与低能级核通过自旋状态的交换而实现能量转移所发生的弛豫现象。又称自旋所发生的弛豫现象。又称自旋-自旋弛豫。自旋弛豫。 纵向弛豫纵向弛豫：处于高能级的核将其能量及时转移给周围分子骨架处于高能级的核将其能量及时转移给周围分子骨架(晶格晶格)中的其它核，从而使自己返回到低能态的现象。又称自旋中的其它核，从而使自己返回到低能态的现象。又称自旋-晶格弛豫。晶格弛豫。 其半衰期用其半衰期用T1表示表示其半衰期用其半衰期用T2表示表示固体样品：固体样品：T1大，大，T2小，谱线宽；小，谱线宽；液体，气体样品：液体，气体样品：T1，T2均为均为1S左右，谱线尖锐左

16、右，谱线尖锐. 由弛豫作用引起的谱线加宽是由弛豫作用引起的谱线加宽是“自然自然”宽度，不可宽度，不可能由仪器的改进而使之变窄能由仪器的改进而使之变窄 如果仪器的磁场不够均匀，当然也会使谱线变宽。如果仪器的磁场不够均匀，当然也会使谱线变宽。样品管的旋转能克服一部分的磁场不均匀程度。样品管的旋转能克服一部分的磁场不均匀程度。两个问题：两个问题：a)在在NMR测量时，要消除顺磁杂质，为什么？测量时，要消除顺磁杂质，为什么？b)在在NMR测量时，要求将样品高速旋转，为什么？测量时，要求将样品高速旋转，为什么？ 很多精确测量时，要注意抽除样品中所合的空气，很多精确测量时，要注意抽除样品中所合的空气，因为

17、氧是顺磁性物质，其波动磁场会使谱线加宽。因为氧是顺磁性物质，其波动磁场会使谱线加宽。 理想化的、裸露的氢核应该理想化的、裸露的氢核应该产生单一的吸收峰；产生单一的吸收峰； 实际上，氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场实际上，氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场作用下，运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场，作用下，运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场，起到屏蔽作用，使氢核实际感受到的外磁场作用减小：起到屏蔽作用，使氢核实际感受到的外磁场作用减小： B实实=（1- ）B0：屏蔽常数。由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度，来抵消屏蔽影响。屏蔽效应屏蔽效应4.2 化

18、学位移化学位移 核外电子云的密度高，核外电子云的密度高，值大，核的值大，核的共振吸收向高场（或低频）位移。共振吸收向高场（或低频）位移。 核外电子云的密度低，核外电子云的密度低，值小，核的共值小，核的共振吸收向低场（或高频）位移。振吸收向低场（或高频）位移。 在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移。中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移。这种由于氢核的化学环境不同而产生的谱线位移称为化学位移。这种由于氢核的化学环境不同而产生的谱线位移称为化学位移。用用 表示。表示。0B2

19、 标准物样品样品标准物例如：例如： CHCH3 3CHCH2 2OHOHB B0 0 = 1.4TG, = 1.4TG, =（CHCH2 2） （CHCH3 3） = 148 73.2 = 74.7Hz= 148 73.2 = 74.7HzB B0 0 = 2.3TG, = 2.3TG, =(CH=(CH2 2) (CH) (CH3 3） = 247 122 = 125Hz = 247 122 = 125Hz 6 ppm)10标（6 (ppm)10BB标化学位移 与仪器的磁场强度B0成正比，同一磁核在不同NMR仪上的化学位移不同。这给共振信号的分析和比较带来很多麻烦。为克服这一缺点，化学位移采

20、用无量纲的值表示，定义为：ppm：百万份之一或1)位移的标准位移的标准没有完全裸露的氢核，没有完全裸露的氢核，没有绝对的标准。没有绝对的标准。相对标准：四甲基硅烷相对标准：四甲基硅烷Si(CH3)4 （TMS）（内标）（内标） 位移常数位移常数 TMS=02)为什么用为什么用TMS作为基准作为基准? （1）12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰； （2）屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭；）屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭； （3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回

21、收。 与裸露的氢核相比，TMS的化学位移最大，但规定 TMS=0，其他种类氢核的位移为负值，负号不加。 = （ 样样 - TMS) / TMS 106 (ppm) 小，屏蔽强，共振小，屏蔽强，共振需要的磁场强度大，需要的磁场强度大，在高场出现，图右侧；在高场出现，图右侧； 大，屏蔽弱，共振大，屏蔽弱，共振需要的磁场强度小，需要的磁场强度小，在低场出现，图左侧；在低场出现，图左侧；5) 影响化学位移的因素影响化学位移的因素 凡影响电子云密度的因素都将影响化学位移。其凡影响电子云密度的因素都将影响化学位移。其中影响最大的是：中影响最大的是：诱导效应和各向异性效应。诱导效应和各向异性效应。 取代基电

22、负性越强，屏蔽作用越弱，信号出现在低场，取代基电负性越强，屏蔽作用越弱，信号出现在低场，化学位移值越大。化学位移值越大。 元素的元素的电负性电负性，通过诱导效应，使，通过诱导效应，使H核的核的核外电子核外电子云密度云密度，屏蔽效应，屏蔽效应，共振信号共振信号低场。低场。例如：例如： C CC CH Hb bH Ha aI I屏屏蔽蔽效效应应： H Hb bH Ha a高高 场场低低 场场a.a.诱导效应诱导效应ORNH2NO2COR7.277.277.278.217.457.666.817.116.86b. 共轭效应共轭效应1. 给电子的共轭效应，使苯环上的总电子云密度增给电子的共轭效应，使苯

23、环上的总电子云密度增强，屏蔽作用增强，化学位移值右移。强，屏蔽作用增强，化学位移值右移。2. 给电子的共轭效应，使苯环上邻、对位电子云密给电子的共轭效应，使苯环上邻、对位电子云密度增加得多一些，而间位电子云密度增加得少一些度增加得多一些，而间位电子云密度增加得少一些，所以邻、对位化学位移值比间位降低得多一些。，所以邻、对位化学位移值比间位降低得多一些。c. 氢键效应氢键效应无论是分子内还是分子间氢键的形成都使氢受到去无论是分子内还是分子间氢键的形成都使氢受到去屏蔽作用，羧基形成强的氢键，因此其屏蔽作用，羧基形成强的氢键，因此其值一般都值一般都超过超过10ppm。甲醇的化学位移值与温度的关系：甲

24、醇的化学位移值与温度的关系：-54 C 4.8 ppm-10 C 3.8 ppm15 C 2.8 ppm温度升高，氢键减弱，化学位移值减小。温度升高，氢键减弱，化学位移值减小。d. 磁的各向异性（屏蔽效应）磁的各向异性（屏蔽效应） 置于外加磁场中的分子产生的感应磁场置于外加磁场中的分子产生的感应磁场(次级磁场次级磁场)，使分子所在空间出现屏蔽区和去屏蔽区，导致不同，使分子所在空间出现屏蔽区和去屏蔽区，导致不同区域内的质子移向高场和低场。区域内的质子移向高场和低场。环电流磁场增强了外磁场，氢核被去屏蔽，共振谱峰环电流磁场增强了外磁场，氢核被去屏蔽，共振谱峰位置移向低场。位置移向低场。某些环状烯烃

25、也会形成类似的环流效应，在环的内产生某些环状烯烃也会形成类似的环流效应，在环的内产生屏蔽区，在环外产生去屏蔽区。屏蔽区，在环外产生去屏蔽区。18-环烯HHHHHHHHHHHHHHHHH 299299 928928 +-C(C )OCCCB0O与苯环相似，双键化合物也有屏蔽区和去屏蔽区。与苯环相似，双键化合物也有屏蔽区和去屏蔽区。上下区域为屏蔽区，用上下区域为屏蔽区，用+表示；双键所在的表示；双键所在的平面为去屏蔽区，用平面为去屏蔽区，用-表示。表示。烯烃双键碳上的烯烃双键碳上的质子位于质子位于键键环流电子产生的环流电子产生的感生感生磁场与外加磁场方向一致的区磁场与外加磁场方向一致的区域域（称为

26、去屏蔽区），（称为去屏蔽区），去屏蔽效应的结果，使烯烃双去屏蔽效应的结果，使烯烃双键碳上的键碳上的质子质子的的共振信号移共振信号移向稍低的磁场区，向稍低的磁场区，其其 = 4.55.7ppm。 与双键直接相与双键直接相连的质子位于连的质子位于去屏蔽区，去屏蔽区， 值值升高。升高。三键碳上的质子：三键碳上的质子： 碳碳三键是直线构型，碳碳三键是直线构型，电子云围绕碳碳电子云围绕碳碳键呈筒型键呈筒型分布，形成环电分布，形成环电流，它所产生流，它所产生的的感生磁场与外加磁场方向相感生磁场与外加磁场方向相反，反，故三键上的故三键上的H H质子质子处于屏处于屏蔽区，屏蔽效应较强，蔽区，屏蔽效应较强，使三

27、键使三键上上H H质子的质子的共振信号移向较高共振信号移向较高的磁场区，的磁场区，其其 = 2= 23ppm3ppm。 RCHC_三键环电流形成的屏蔽效应如图所示：三键环电流形成的屏蔽效应如图所示：炔氢处于炔氢处于C C键轴方向，受到强烈的屏蔽，因此相对键轴方向，受到强烈的屏蔽，因此相对烯氢在高场出峰，这种强烈的屏蔽作用和烯氢在高场出峰，这种强烈的屏蔽作用和C C键键电电子只能绕键轴转动密切相关。子只能绕键轴转动密切相关。6) 决定质子数目的方法决定质子数目的方法 吸收峰的峰面积，可用自动积分仪对峰面积进行自吸收峰的峰面积，可用自动积分仪对峰面积进行自动积分，画出一个阶梯式的积分曲线。动积分，

28、画出一个阶梯式的积分曲线。 峰面积的大小与质子数目成正比。峰面积的大小与质子数目成正比。 峰面积高度之比峰面积高度之比 = 质子个数之比。质子个数之比。 4 4c cm m( (2 2H H) )8 8c cm m( (4 4H H) )2 2c cm m( (1 1H H) )1 14 4c cm m( (7 7H H) ) C CH H3 3C CH H2 2O OH Ha ab bc c屏屏蔽蔽效效应应： H Ha aH Hb bH Hc cH Ha aH Hb bH Hc c 例如：例如：有几种不同类型的有几种不同类型的H核，就有几组吸收峰。核，就有几组吸收峰。一个化合物究竟有几组吸收

29、峰，一个化合物究竟有几组吸收峰，取决于分子中取决于分子中H核核的化学环境。的化学环境。 7) 共振吸收峰（信号）的数目共振吸收峰（信号）的数目低分辨率谱图低分辨率谱图 每类氢核不总表现为单峰，有时多重峰。原因：相邻两个氢核之间的自旋偶合（自旋干扰）；峰的裂分原因峰的裂分原因:自旋偶合自旋偶合相邻两个氢核之间的相互干扰称为自旋偶合；相邻两个氢核之间的相互干扰称为自旋偶合；由于自旋偶合而引起的谱线增多的现象称自旋裂分；由于自旋偶合而引起的谱线增多的现象称自旋裂分；用偶合常数（J）来衡量干扰作用的大小。谱线分裂的裂距反映偶合常数的大小，单位Hz.C CH Ha aH Ha aC CH Hb bH H

30、b bH Ha aI I 首先，分析首先，分析CH3上的氢（以上的氢（以Ha表示）：表示）： 它的邻近它的邻近CH2上有两个上有两个H核（以核（以Hb表示），表示），Hb对对Ha的影响可表示如下：的影响可表示如下： H核的自旋量子数核的自旋量子数I = 1/2，在磁场中可以有两，在磁场中可以有两种取向，即：种取向，即： + 1/2 + 1/2（以（以表示）和表示）和 1/21/2（以（以表示）表示） 这样，这样，Hb的自旋取向的排布方式就有以下几种情况：的自旋取向的排布方式就有以下几种情况： 同理，也可画出同理，也可画出Ha对对Hb的影响。的影响。H H0 01 1/ /2 2 + + 1 1

31、/ /2 2 = = 1 11 1/ /2 2 + + ( (- -1 1/ /2 2) ) = = 0 0( (- -1 1/ /2 2) ) + + 1 1/ /2 2 = = 0 0( (- -1 1/ /2 2) ) + + ( (- -1 1/ /2 2) ) = = - -1 1其其方方向向与与外外加加磁磁场场方方向向 一一致致，相相当当于于H H0 0在在H Ha a周周围围增增加加了了两两个个小小磁磁场场。这这样样，发发生生共共振振吸吸收收所所提提供供的的外外加加磁磁场场要要H H0 0，共共振振信信号号将将在在H H0 0处处出出现现。相相当当于于增增加加两两个个方方向向相相

32、反反的的小小磁磁场场，它它们们对对 的的影影响响相相互互抵抵消消，H Ha aH H0 0处处出出现现。共共振振信信号号仍仍在在其其方方向向与与外外加加磁磁场场H H0 0相相反反， 相相当当于于增增加加H H0 0方方向向相相反反的的小小磁磁场场，两两个个与与共共振振信信号号将将在在H H0 0处处出出现现。 由此可见，裂分峰的数目有如下规律：由此可见，裂分峰的数目有如下规律： 峰的数目峰的数目 = n + 1 n：为相邻：为相邻H核的数目核的数目 某组环境相同的氢核，与某组环境相同的氢核，与n n个环境相同的氢核（或个环境相同的氢核（或I=1/2I=1/2的核）偶的核）偶合，则被裂分为合，

33、则被裂分为(n+1)(n+1)条峰。条峰。 （n+1）某组某组环境相同环境相同的氢核，分别与的氢核，分别与n个和个和m个个环境不同环境不同的氢的氢核（或核（或I=1/2的核）偶合的核）偶合, 则被裂分为则被裂分为(n+1)(m+1)条峰条峰（实际谱图可能出现谱峰部分重叠，小于计算值）。（实际谱图可能出现谱峰部分重叠，小于计算值）。一组多重峰的中点，就是该质子的化学位移值一组多重峰的中点，就是该质子的化学位移值自旋偶合的条件1）质子必须是不等性的。）质子必须是不等性的。2）两个质子间少于或等于三个单键（中间插入）两个质子间少于或等于三个单键（中间插入 双键或叁键可以发生远程偶合）。双键或叁键可以

34、发生远程偶合）。CH3-CH2-C-CH3=OCH2=CH-CH3caabbcHa、 H b能互相自旋偶合裂分。能互相自旋偶合裂分。Ha、 H b不能与不能与H c互相自互相自旋偶合裂分。旋偶合裂分。Ha、 H b能互相自旋偶合裂分。能互相自旋偶合裂分。Ha能与能与H c发生远程自发生远程自旋偶合裂分。旋偶合裂分。偶合裂分的规律一级氢谱必须满足：一级氢谱必须满足： （1）两组质子的化学位移差）两组质子的化学位移差 和偶合常数和偶合常数J满足满足 /J 6。 （2）化学位移相等的同一核组的核均为磁等价的）化学位移相等的同一核组的核均为磁等价的。在一级氢谱中，偶合裂分的规律可以归纳为：在一级氢谱中

35、，偶合裂分的规律可以归纳为：1） 自旋裂分的峰数目符合自旋裂分的峰数目符合(n+1)规律。规律。2） 自旋裂分的峰高度比与二项展开式的各项系数比一致。自旋裂分的峰高度比与二项展开式的各项系数比一致。3） Jab= J b a4） 偶合常数不随外磁场强度的改变而改变。偶合常数不随外磁场强度的改变而改变。（1）若质子）若质子a与与n个等性质子个等性质子b邻接，则质子邻接，则质子a的吸收峰将的吸收峰将被被n个等性质子个等性质子b自旋裂分为自旋裂分为(n+1)个峰，各峰的高度比与个峰，各峰的高度比与二项展开式二项展开式(a+b)n的各项系数比一致。的各项系数比一致。CH3-CH2-BrbaHa 呈四重

36、峰，峰高度比为呈四重峰，峰高度比为1:3:3:1(A+B)3=A3+3A2B+3AB2+B3H b 呈三重峰，峰高度比为呈三重峰，峰高度比为1:2:1 (A+B)2=A2+2AB+B2例如：例如：对上述规律的具体分析对上述规律的具体分析 （2）若质子若质子a被质子被质子b、c两组等性质子自旋裂分，两组等性质子自旋裂分， b组有组有n个个等性质子，等性质子，c组有组有n个等性质子，则质子个等性质子，则质子a的吸收峰将被自旋裂的吸收峰将被自旋裂分为分为(n+1)(n+1)个峰，各峰的高度比每组的情况都符合二项展个峰，各峰的高度比每组的情况都符合二项展开式的系数比。综合结果要做具体分析。开式的系数比

37、。综合结果要做具体分析。例如例如:C=CHHCH3CNcabHa有有 (3+1)(1+1)=8重峰重峰Hb有有 (3+1)(1+1)=8重峰重峰Hc有有 (1+1)(1+1)=4重峰重峰（3）质子）质子a被质子被质子b裂分的偶合常数为裂分的偶合常数为Ja b，质子，质子b被质子被质子a裂裂分的偶合常数为分的偶合常数为Jb a，则，则 Ja b= Jb a。4.4 核的核的化学等价、磁等价、磁不等价化学等价、磁等价、磁不等价 分子中两个相同的原子处于相同的化学环境时称化学等价。分子中两个相同的原子处于相同的化学环境时称化学等价。 化学等价的质子必然化学位移相同。化学等价的质子必然化学位移相同。

38、1) 化学等价化学等价CHOHaHbClHbHaClCHaCHCl2HaHa Ha ; Hb Hb 化学等价化学等价对称操作判断分子中的质子：对称操作判断分子中的质子： 等位质子等位质子 通过对称轴旋转能互换的质子。通过对称轴旋转能互换的质子。 在任何环境中是化学等价的。在任何环境中是化学等价的。 C2CH3ClClCH3HaHb对映异位质子对映异位质子 通过旋转以外的对称操作通过旋转以外的对称操作能互换的质子。能互换的质子。在非手性环境中化学等价，在非手性环境中化学等价，在手性环境中非化学等价在手性环境中非化学等价。 HaHbCBrCl 非对映异位质子非对映异位质子 不能通过对称操作进不能通

39、过对称操作进 行互换的质子。在任何环境中都是化学行互换的质子。在任何环境中都是化学 不等价。不等价。HaHbClCH3H3CC2H52) 磁等价磁等价 一组化学位移等价的核，对组外任何一个核的偶合常数彼一组化学位移等价的核，对组外任何一个核的偶合常数彼 此相同，这组核为磁等价核。此相同，这组核为磁等价核。 Ha与与Hb磁等价磁等价 (JHaHc= JHbHc)CCHbHaHcClClCl 3) 磁不等价磁不等价 与手性碳原子连接的与手性碳原子连接的-CH2-上的两个质子是磁不等价的。上的两个质子是磁不等价的。-OOCCOO-HaHbH2NHcClCH3HaHbH3CHc 双键同碳上质子磁不等价。双键同碳上质子磁不等价。CCCH3BrHaHb 单键带有双键性质时会产生不等价质子。单键带有双键性质时会产生不等价质子。CH3CONHaHbCH3CONHaHb 构象固定的环上构象固定的环上-CH2质子不等价。质子不等价。 苯环上质子的磁不等价。苯环上质子的磁不等价。 CH3OCH2ClHaHaHbHb化学等价，磁不等价化学等价，磁不等价XHbF1baabcHaF2Naabbc二者间关系：化学等价，不一定磁等价；但磁等价的二者间关系：化学等价，不一定磁等价；但磁等价的