第二章-核磁共振氢谱课件

第二章核磁共振氢谱核磁共振氢谱主要是通过测定有机物分子中氢原子的位置来推断有机物的结构的。从一张有机物的核磁共振氢谱图上，我们可得到有机物分子中氢原子的种类（根据化学位移δ值）和氢原子的数量（根据峰面积）。即核磁共振氢谱图上有多少个峰，就表明有机分子中有多少种类的氢，各个峰的面积积分比表示各种氢原子的数目的比例。

第二章核磁共振氢谱核磁共振氢谱主要是通过测定有机物分子1图2.1苯基-2,2-二甲基丙烷的核磁共振氢谱图。图中横坐标为化学位移,图上有三个峰，则表明该有机物分子中的氢有三种类型：峰面积的积分比为9：5：2，表明该化合物的三种不同氢的数目分别是9、5和2；化学位移δ7.2处的峰表示苯环上5个相同的氢，δ2.5处的峰表示亚甲基上的2个相同氢，而δ0.9处的峰则表示三个甲基上的9个相同的氢。这样，能够判断出有机物分子中氢的种类和数目就可以非常容易地推断出有机物的分子结构。

图2.1苯基-2,2-二甲基丙烷的核磁共振氢谱图。22.1化学位移化学位移是核磁共振最重要参数之一.前面我们已经讨论了影响化学位移的因素.这里不再讨论.根据上述各种影响氢核化学位移的因素和多年核磁共振测定有机物结构的经验，同样总结出了不同有机基团氢核的化学位移δ值。根据δ值，可以进行相应有机基团的推断，常见的一些有机基团的氢核的化学位移总结于表2.1中。

2.1化学位移化学位移是核磁共振最重要参数之一.前面我们已3常见基团化学位移常见基团化学位移4表9.1常见有机基团的氢核化学位移氢核类型示例化学位移δppm环丙烷0.2伯烷RCH30.9仲烷R2CH21.3叔烷R3CH1.5烯丙基取代C＝C－CH31.7碘取代I－CH32.0－4.0酯基取代H3C－COOR2.0－2.2羧基取代H3C－COOH2.0－2.6酰基取代H3C－COR2.0－2.7炔C≡C－H2.0－3.0苯基取代2.2－3.0醚基取代R－O－CH33.3－4.0溴取代CH3Br2.5－4.0氯取代CH3Cl3.0－4.0羟基取代CH3OH4.0－4.3氟取代CH3F4.0－4.5酰氧基取代RCOO－CH33.7－4.1胺RNH21.0－5.0醇ROH1.0－5.5烯C＝C－H4.6－5.9苯6.0－8.5醛RCHO9.0－10.0羧酸RCOOH10.5－12.0酚4.0－12.0烯醇C＝C－OH15.0－17.0表9.1常见有机基团的氢核化学位移示例化学位移δppm环5第二章---核磁共振氢谱ppt课件6第二章---核磁共振氢谱ppt课件7第二章---核磁共振氢谱ppt课件8对于大部分有机化合物来说氢谱的化学位移值在0-13ppm.大致可分以下几个区0-0.8ppm很少见，典型化合物;环丙烷，硅烷，以及金属有机化合物。0.8-1.5ppm烷烃区域.氢直接与脂肪碳相连，没有强电负性取代基。化学位移地次序CH>CH2>CH3.。如果有更多的取代基化学位移移向低场。

对于大部分有机化合物来说氢谱的化学位移值在0-13ppm.91.5-2.5ppm羰基区域质子相邻羰基C=O,C=Cor苯环。3.0-4.5ppm醚区域.(同样醇，酯有CH-Ogroup.)质子直接邻氧，如果有更多的电负性取代基化学位移移向低场。5.0-7.0ppm双键区域.氢直接与C=C双键相连.1.5-2.5ppm羰基区域107.0-8.0ppm芳环质子区域.磁各向异性作用，导致芳环质子处于去屏蔽区。同样现象发生在醛由于羰基地磁各向异性，醛质子化学位移在9-10ppm-OH可以出现在任何位置，谱线的性质由多重因此影响H的交换：pH.浓度，温度，溶剂等。一般芳环酚羟基更趋于低场。大多数的-NHR,-NH2和醇一样，可被交换，在2-3ppm区域显示宽峰。-CO2H可交换,象醇(>11ppm)7.0-8.0ppm芳环质子区域.磁各向异性作用，导致11化学位移的计算某些基团或化合物的质子化学位移可以用经验公式计算.这些经验公式是根据取代基对化学位移地影响具有加和性(additivity)的原理由大量实验数据归纳总结出来的.某些情况下估算具有较高准确度,具有实用价值,而在某些场合下,虽然误差较大,但依然有参考价值.化学位移计算主要目的是:1).对谱线进行归属;2).为测定分子结构提供理论依据.

化学位移的计算某些基团或化合物的质子化学位移可以用经验公式计12亚甲基与次甲基的δ计算对于亚甲基可以用Shoolery公式加以计算δ=1.25+Σσ(2-1)式中σ为取代基的经验屏蔽常数.表中给出其数值.亚甲基与次甲基的δ计算对于亚甲基可以用Shoolery公式加13表2.2Shoolery公式中的经验屏蔽常数(σ)取代基σRC=C-PhClBrIOH-OR-OPh-OCOR-OCOPhNH2NR2NO2SR-CHO-COR-COOH-COORCN0.00.80.91.32.01.91.41.71.52.32.72.91.01.03.01.01.21.20.80.71.2表2.2Shoolery公式中的经验屏蔽常数(σ)σR014对于次甲基的δ值依然可以用Shoolery经验公式计算,但常数项改为1.5.δ=1.50+Σσ烯烃的化学位移计算δC=C-H=5.25+Z同+Z顺+Z反

Z同,Z顺,Z反分别代表相应取代基的取代参数.参阅宁永成P40`41

对于次甲基的δ值依然可以用Shoolery经验公式计算,但常15δ=5.25+1.08+0.18-1.02=5.49(5.56)Ha=5.25+Z同（－CO2R)+Z顺（CH2Br)+Z反（－H)=5.25+0.8+0.11+0=6.16(实际测定6.10）Hb=5.25+Z同（－CH2Br)+Z顺（CO2R)+Z反（－H)=5.25+0.70+1.18+0=7.13(实际测定7.10)δ=5.25+1.08+0.18-1.02=5.4916苯环质子化学位移的计算取代苯环的氢化学位移可按照下式计算:δ=7.26+ΣZi7.26是未取代的苯环的δ值,Zi是取代参数.Zi的值取决于取代基地种类以及取代基相对于苯环氢的位置。计算苯环化学位移的经验参数参照林永成有机化合物结构鉴定与有机波谱学P40苯环质子化学位移的计算取代苯环的氢化学位移可按照下式计算:172.2.偶合常数偶合常数反映有机化合物结构的信息,特别是反映立体化学的信息.当自旋体系存在自旋－自旋偶合时，核磁共振谱线发生分裂。由分裂所产生的裂距反映了相互偶合作用的强弱，称之为偶合常数（Couplingconstant）.用J表示。J以赫兹（Hz）(周/秒)为单位。偶合常数J反映的是两个核之间作用的强弱，故其数值与仪器的工作频率无关

2.2.偶合常数偶合常数反映有机化合物结构的信息,特别是反映18类型J(Hz)类型J(Hz)12-152-906,5-7,55,5-7,0aa5-8ae2-4ee2-40,5-37-1213-184-100,5-2,509-132-31-32-4o6-9m1-3p0-11-21,6-2,01-30,6-1,01-41,3-1,82-33,2-3,8典型nJH,H-偶合常数类型J(Hz)类型J(Hz)12-152-906,5-191-22,0-2,61-31,5-2,21-41,8-2,32-32,8-4,01-24,6-5,81-31,0-1,81-42,1-3,32-33,0-4,21-24,9-5,71-31,6-2,61-40,7-1,11-50,2-0,52-37,2-8,52-41,4-1,9第二章---核磁共振氢谱ppt课件202.3自旋偶合体系(spinsystem)2.3.1化学等价(chemicalequivalence)化学等价是立体化学中的一个重要观念.如果分子中两个相同原子(或两相同基团)处于相同化学环境时,它们是化学等价.化学不等价的两个基团,在化学反应中,可以反映出不同的反应速度,在光谱,波谱的测量中,可能有不同的测量结果,因而可用谱学方法来研究化学等价性.2.3自旋偶合体系(spinsystem)2.3.1化学211。考察分子各原子核相对静止状态

可用对称操作分析两个基团能否相互交换来判断两个基团(核)是否化学等价.可分为三种情况.两个取代基完全相同,Ha,Hb可以用二次对称轴C2和对称平面相互交换.具有相同的化学位移,它们是化学等价的.1。考察分子各原子核相对静止状态可用对称操作分析两个基团能22两个取代基不同,但可以用对称平面,或者二次旋转对称轴联系起来,具有相同的化学位移,它们是化学等价的.反之则是化学不等价.例如两个取代基不同,但可以用对称平面,或者二次旋转对称轴联系起来232.分子内存在着快速运动常见的分子内存在有链的旋转,环的翻转.由于分子内的快速运动,一些不能通过对称操作而交换的基团有可能为化学等价,但也不是两个相同的基团就一定成为化学等价基团.2.分子内存在着快速运动常见的分子内存在有链的旋转,环的翻转24RCH2-CXYZ从分子旋转的角度,分子总是处于1,2,3三种构象之一,当温度升高,链的旋转速度加大,三种构象的分子逐步接近,当无论如何,Ha与Hb也不能是化学等价的.如果把R=H,三个氢是完全等价的.所以甲基的三个氢总是在同一位置.RCH2-CXYZ从分子旋转的角度,分子总是处于1,2,3253.前手性(prochirality)在有机化合物中,如果与某碳原子相连的四个基团相互不等同,则是一手性中心,如果连有一对相同基团时,该碳原子则是前手性中心.一般来说前手性中心与手性中心相连,那么这一对相同的基团肯定是化学不等价.如果不与手性中心相连则用对称面原则来判断,若存在对称面,两个基团则是对映异位的.反之则是非对映异位.3.前手性(prochirality)在有机化合物中,如果与26第二章---核磁共振氢谱ppt课件274.同一碳相同二基团a).固定在环上CH2两个氢不是化学等价的.例如

Δδ=0.39ppm4.同一碳相同二基团a).固定在环上CH2两个氢不是化学等价28b).单键不能快速旋转,同碳上两个基团是不等价的.由于C-N单键具有双键性质,不能自由旋转,氮上两个甲基是化学不等价的.b).单键不能快速旋转,同碳上两个基团是不等价的.由于C-N29C).与手性碳相连的CH2的两个氢是不等价的.

C).与手性碳相连的CH2的两个氢是不等价的.302.3.2磁等价(magneticequivalence)两个核磁等价必须满足下列两个条件:它们是化学等价的它们对任意另外一个核的偶合常数相同(数值与符号).例如2.3.2磁等价(magneticequivalence)31虽然它们的化学位移是一样,但由于与顺反氟原子的偶合常数不一样.同样下面两个苯环上Ha,Ha’质子.虽然它们的化学位移是一样,但由于与顺反氟原子的偶合常数不一样322.3.3自旋体系(spinsystem)1.定义相互偶合的核组成一个自旋体系.体系内的核相互偶合但不与体系外任何一个核偶合.在体系内部不要求一个核和它以外所有的核都偶合.例如CH3COOC2H5分别存在A3和A3X2两个自旋体系.2.3.3自旋体系(spinsystem)1.定义332.谱图分类的原则1).分子中化学位移相同而且对外偶合常数也相同(磁等价),用一个大写英文字母表示,如A1,A2,A3….,下标为核的数目.2).分子中化学位移不同的核用不同的大写英文字母表示.如果核之间的化学位移之差Δν与J数值相当,用AB,ABC,ABCD….表示,如果Δν比J大许多(Δν/J>6),用AX,AMX,AMPX…表示.3).化学等价但磁不等价的核用AA’,BB’表示

2.谱图分类的原则1).分子中化学位移相同而且对外偶合常数也34表2.3一些分子自旋体系和波谱类型CH3CH2NO2CH3CH=CH2分子自旋体系分子自旋体系A4AXA3X2orA3M2XABXorABCAA’XX’ABCDH2C=CCl2CH2F2ClCH=CHNO2A2A2X2A3X2ABCX3AA’BB’ABCH4Cl2CHCHOCH3CH2OHPh-CH=CH2表2.3一些分子自旋体系和波谱类型A4H2C=CCl353.核磁共振的谱图的分类

核磁谱图可分为一级谱图和二级谱图.一级谱图表现满足两个条件:Δν/J>6同一核组的核必须是磁等价.一级谱图有以下特点:峰的数目可用n+1规律描述.峰的强度可用二项式展开系数表示.从谱图中可以直接读出δ,J.峰的中心位置为δ,相邻两峰之间的距离为J.3.核磁共振的谱图的分类

核磁谱图可分为一级谱图和二级谱图.361.5Δν/J6.55.54.52.51.51.5Δν/J6.55.54.52.51.5372.3.4一级谱图的分析所谓的一级谱，就是核之间的偶合较弱，因而谱线分裂较简单，并且服从(n+1)分裂规律（I=1/2)那些NMR谱图。除此外均为高级谱。一级谱的特征：1。各组峰的中心为各基团相应质子化学位移的值。（一般以TMS为原点。）2。各组峰的面积为各基团相应质子数之比。2.3.4一级谱图的分析所谓的一级谱，就是核之间的偶合较弱，383。谱线服从（n+1)规律，其中n为邻近基团的核数。4。谱线的裂距等于偶合常数（J).5.谱线的强度服从于二项式系数规律。6。如果一种核受到不同邻近基团核的偶合作用，谱线分裂数目等于各种偶合所引起谱线分裂数目的乘积，即N＝(n+1)(n’+1).7.如果不同邻近基团的核与所研究的核之间有相同的偶合常数，这时谱线分裂的数目不在是N＝(n+1)(n’+1).而是（n+n’+1).3。谱线服从（n+1)规律，其中n为邻近基团的核数。39第二章---核磁共振氢谱ppt课件40第二章---核磁共振氢谱ppt课件41自旋系统二旋系统

>C=CH2,X-CH=CH-Y,C*-CH2-等。三旋系统

X-CH=CH2,-CH2-CH<,三取代苯，二取代吡啶等。四旋系统

X-CH2-CH2-Y，二取代苯，一取代吡啶等。五旋系统

CH3-CH2-X,一取代苯等。自旋系统二旋系统>C=CH2,X-CH=CH-Y,C42二旋系统AX,AB,A2（>C=CH2,X-CH=CH-Y,C*-CH2-等）

二旋系统AX,AB,A2（>C=CH2,X-CH=431.AX体系AX自旋体系(1).两条谱线的中心点为化学位移(2).两条谱线频率之差为偶合常数.(3).四条谱线的强度相同.1.AX体系AX自旋体系44第二章---核磁共振氢谱ppt课件45AB系统ΔvAB=

v中心=[v1+v4]=[v2+v3]vA=v中心+（vA>vB）vB=v中心

[1-2]=[3-4]=JAB[1-3]=[2-4]=DAB系统[1-2]=[3-4]=JAB[1-3]46

例2，3-二甲氧基-β-硝基苯乙烯的1HNMR(100MHz)如下,v1828Hz,v2813Hz,v3782,v4767Hz，确定双键上取代基的位置，计算准确的化学位移值。

例2，3-二甲氧基-β-硝基苯乙烯的1HNMR(1047v中=[v1+v4]=[v2+v3]=797.5HzvA=v中心+=819Hz(δ8.19ppm)vB

=v中心

=776Hz(δ7.76ppm)JAB=[1-2]=[3-4]=15HzD=[1-3]=[2-4]=46HzΔvAB==43.5HzJAB=[1-2]=[3-4]=15Hz48三旋系统

A3AX2AB2AMXABXABC系统(X-CH=CH2,-CH2-CH<,三取代苯，二取代吡啶等)A3系统：A3(s3H)，

CH3O-,CH3CO-,CH3-Ar…

AX2系统：A(t1H)X2(d2H)三旋系统A3AX2AB2AMXABX49例CHCl2CH2Cl的1HNMR谱如下，AX2系统例CHCl2CH2Cl的1HNMR谱如下，AX2系统50AB2

系统

AB2系统比较复杂，最多时出现9条峰，其中A4条峰,1H；B4条峰，2H；1条综合峰。AB2系统AB2系统比较复杂，最多时出现9条峰，其51常见的AB2系统如下

（注意：虽结构不对称，但值相近）

常见的AB2系统如下（注意：虽结构不对称，但值相近）52

随着ΔvAB/J值的降低，二者化学位移接近，综合峰强度增大。随着ΔvAB/J值的降低，二者化学位移接近，综合峰53第二章---核磁共振氢谱ppt课件54AB2系统的化学位移和偶合常数由下式求出：vA=v3

vB=(v5+v7)JAB={[1-4]+[6-8]}AB2系统的化学位移和偶合常数由下式求出：vA=v355例2，6-二甲基吡啶的1HNMR谱(60MHz)如下:

v1~v8

依次为456，449.5，447，440.5，421.5，420.5，414，412.5Hz

由上式计算得

δA=7.45ppm,δB=6.96ppm,JAB=7.8Hz例2，6-二甲基吡啶的1HNMR谱(60MHz)如下:由56AMX系统：AMX系统，12条峰.A(dd,1H,JAM,JAX)M(dd,1H,JAM,JMX)X(dd,1H,JAX,JMX)在A，M，X各4条谱线中，[1-2]=[3-4]等于一种偶合常数，[1-3]=[2-4]等于另一种偶合常数，化学位移值约等于4条谱线的中心。AMX系统：AMX系统，12条峰.在A，57第二章---核磁共振氢谱ppt课件58AMX属于一级谱,但由于体系包括三个偶合常数.解析方法有特殊之处.该体系共有12条谱线,强度大体相同,分为三组,其中心位置就是相应的化学位移,谱线间隔就是偶合常数.(如图所示)AMX属于一级谱,但由于体系包括三个偶合常数.解析方法有特殊59X7.057.157.30,7.40M5.00,4.95,4.754.68A4.604.67,4.50,4.45JMx=15HzJAx=6.0,JMX=3HzX7.057.157.30,7.40M5.00,460例：C8H8O的1HNMR谱如下,

推导其结构并解释谱图。例：C8H8O的1HNMR谱如下,

推导其61

δ7.15,3.69,2.96,2.61ppmJ

5.5Hz,4.1Hz,2.5Hzδ7.15,3.69,2.96,2.61p62例：解释α-呋喃甲酸甲酯的1HNMR谱.

JAM=3.5,JMX=1.8,JAX=~1Hz例：解释α-呋喃甲酸甲酯的1HNMR谱.JAM=3.5,63ABX系统：

常见的二级谱。

ABX系统最多出现14条峰，AB8条峰，X4条峰，两条综合峰。AB部分的8条峰相互交错，不易归属，裂距不等于偶合常数。ABX系统：常见的二级谱64第二章---核磁共振氢谱ppt课件65ΔvAB/J值不是太小时，可近似作为一级谱处理。AB四重峰进一步被X裂分为8条峰。根据峰形的相对强度和4个相等的裂距，找出两个AB四重峰，如1，3，5，7和2，4，6，8峰。JAB≈[1-3]=[5-7]=[2-4]=[6-8]JAX≈[1-2]=[3-4]JBX≈[5-6]=[7-8]若ΔvAB/J值太小，需进行较复杂的计算。ΔvAB/J值不是太小时，可近似作为一级谱处理。AB四66ABC随着ΔvAB/J

值的降低，AMX→ABX→ABC

ABC系统更加复杂，最多出现15条峰，峰的相对强度差别大，且相互交错，难以解析提高仪器的磁场强度，ΔvAB

/J值增大，使二级谱转化为一级谱ABC→ABX→AMXABC随着ΔvAB/J值的降低，AMX→ABX→ABC67例如：60兆赫兹的谱图中属于ABC系统，但

220兆赫兹的谱图可用AMX系统处理

例如：60兆赫兹的谱图中属于ABC系统，但68四旋系统4个质子间的相互偶合,常见的有

AX3,A2X2,A2B2,AA′BB′AX3A2X2一级谱

A2B2,AA′BB′ˊ二级谱例如：CH3CHO,CH3CHX-,-OCH2CH2CO-等一级谱处理。

四旋系统4个质子间的相互偶合,常见的有AX69A2B2系统

A2B2系统理论上18条峰，常见14条峰，A、B各自为7条峰，峰形对称。vA=v5，vB=v5ˊ，JAB=1/2[1-6]A2B2系统

A270例如：β-氯乙醇

例如：β-氯乙醇71AAˊBBˊ系统:理论上出现28条峰，AA′，BB′各自14条峰。

例如：AAˊBBˊ系统:理论上出现28条峰，AA′，BB′各自1472邻二氯苯的谱图如下：邻二氯苯的谱图如下：73第二章---核磁共振氢谱ppt课件74第二章---核磁共振氢谱ppt课件75P-CH3OC6H4CH2Cl

芳氢核磁共振吸收的展开图Jo

两主峰间的距离,8HzJm两侧峰间的距离的1/2，2Hz.δAA′,δBB′ˊ近似估计或经验计算。P-CH3OC6H4CH2Cl芳氢核磁共振吸收的展开图76ABX体系

1.ABX谱图的特征及解析方法ABX体系谱图可分AB和X两个部分.AB部分有8条谱线,可分成两组,每组都构成AB体系.谱线位置和强度完全符合AB体系的规律.X部分有6条谱线其中两条是综合峰,6条谱线的中心为νx值.ABX体系

1.ABX谱图的特征及解析方法ABX体系谱图可分77ABX体系的理论谱图AB部分X部分ABX体系的理论谱图AB部分X部分78AB部分两组四重峰的1,3两线的间隔分别为R+与R-,其中间隔大R+间隔小为为R-两组四重峰的中心分别为p,q.p-q=1/2(JAX+JBX)AB部分两组四重峰的1,3两线的间隔分别为R+与R-,其中间792.两组四重峰相对位置与JAX,JBX的符号关系2.两组四重峰相对位置与JAX,JBX的符号关系801。两组不发生交盖(eclipded),JAX,JBX符号相同.2。两组峰交盖JAX,JBX符号可能相同,也可能相反.3。两组峰完全交盖,JAX,JBX符号相反,可规定JAX>0J,JBX<0.4。两组峰一组谱线发生重叠(Overlap).JBX=0或JAX,JBX符号相反

1。两组不发生交盖(eclipded),JAX,JBX符81ABX体系解析

1).辨认X部分和AB部分各谱线的归属和位置.2).由X部分的中心读出δX.3).按照AB体系解析方法求出JAB,然后取平均值.4)分别求出两组AB四重峰的中心p和q.P=1/4(A1+A2+B2+B1)q=1/4(A1’+A2’+B2’+B1’)然后由p-q=1/2(JAx＋JBx)求出(JAx＋JBx)ABX体系解析1).辨认X部分和AB部分各谱线的归属和位置82(5)分别求出两组AB四重峰的1，3两线的距离R+,R-.(6)如果X部分是四条谱线，按照下图（a)计算，如果是六条谱线按照（b)计算。（a)(5)分别求出两组AB四重峰的1，3两线的距离R+,R-.（83(b)(b)84(7)由（JAx-JBX)和（JAX+JBX)求出JAX,JBX.(8)由p,q中心点求出δA+δBp+q=δA+δB然后⊿AB=δA-δB求出δA，δB。(7)由（JAx-JBX)和（JAX+JBX)求出JAX,J85234567891011122.642.702.742.782.983.053.073.133.733.773.803.84234586(1)AB部分辨认AB四重峰A1,A2,B2,B1(8,6,4,2),和A1,’A2’,B1’,B2’（7,5,3,1).X部分为X1,X2,X3,X4(9,10,11,12)(2)有X部分求出δXδX=1/4(3.73+3.74+3.80+3.84)=3.78(ppm)(3)求出JABJAB=1/4((A1-A2)+(B2-B1)+(A1’-A2’)+(B2’-B1’))=1/4(5.5+5.6+5.5+5.6)=5.55Hz(4)求p,q和(JAX+JBx)p=1/4(A1+A2+B2+B1)=1/4(3.13+3.05+2.78+2.70)=2.91(1)AB部分辨认AB四重峰87q＝1/4(A1’+A2’+B2’+B1’)=1/4(3.07+2.98+2.74+2.64)=2.80JAX+JBx=2(P-q)=0.22(5)求R+,R-R+=1/2((A1-B2)+(A2-B1))=1/2((3.13-2.78)+(3.05-2.70))=0.35R-=1/2((A1’-B2’)+(A2’-B1’))=1/2((3.07-2.74)+(2.98-2.64))=0.33（6）JAx-JBX和⊿AB=δA-δBq＝1/4(A1’+A2’+B2’+B1’)=1/4(3.088⊿AB－1/2(JAX-JBX)=R_2-J2AB=0.302⊿AB+1/2(JAX-JBX)==0.343⊿AB=0.303JAX-JBX=0.026R+2－J2AB(7)求JAx和JBXJAX+JBX=6.5HzJAX-JBX=1.56Hz⊿AB－1/2(JAX-JBX)=R_2-J2AB=0.3089δA+δB=p+q=2.91+2.80δA-δB=⊿AB=0.303δA=3.05δB=2.72δA+δB=p+q=2.91+2.8090234567891011122.642.702.742.782.983.053.073.133.733.773.803.84234591苯环上氢的核磁共振苯由于产生感应磁场而导致化学位移值达到7ppm左右。许多有机物分子中都含有苯环，因而核磁共振氢谱图上，苯环的峰非常特征，易于判断。正常的苯环上6个氢的化学位移δ值在7.18ppm，但有机物分子中的苯环上的氢至少被一个基团取代，最多能被六个取代基取代（此时不再有苯环氢，7ppm左右无峰）。常见的是单取代和双取代.苯环上氢的核磁共振苯由于产生感应磁场而导致化学位移值达到792苯环单取代苯环对位双取代苯环邻位双取代苯环间位双取代苯环单取代苯环对位双取代苯环邻位双取代苯环间位双取931。苯环单取代，苯环上还有5个氢，这5个氢在核磁共振谱图上是否发生分裂，取决于取代基X的吸斥电子和共轭等效应的大小。A)若X为烃基，-Cl,Br等则Ha，Ha’，Hb，Hb’和Hc五个氢没有明显的差别，在核磁共振谱图上表现为单一的宽峰。B)但X为O、N和S等杂原子或是，则5个氢可以分成三组，即Ha，Ha’；Hb，Hb’和Hc。分为较高场的邻对位三个氢峰组和相对低场的间位二个氢。间位氢显示3J偶合三重峰。属于这类取代基的有－OH,-OR,-NH2,NHR,-NRR’,SH,SR等。1。苯环单取代，苯环上还有5个氢，这5个氢在核磁共振谱图上是94第二章---核磁共振氢谱ppt课件95对于苯环双取代，若两个取代基相同（X=X’），则对位取代苯环上的四个氢Ha=Ha’=Hb=Hb’，在核磁共振谱图上表现为单峰。若邻位取代，苯环上四个氢分成Ha，Ha’和Hb，Hb’两类，在核磁共振谱图上表现为双峰。若间位取代，苯环上四个氢分成Ha；Hb，Hb’和Hc三类，而且这三类氢还会发生偶合作用，因而在核磁共振谱图上表现位三组分裂的多重峰（参见图9.5a）。当苯环双取代的两个取代基不同（X≠X’）时，情况更为复杂。对于对位取代，苯环上四个氢将分成Ha=Ha’和Hb=Hb’两组，而且两组氢会发生偶合作用，在谱图上表现为两组双重峰。对于邻位和间位取代，苯环上四个氢完全不同，依据两个取代基的情况，会分成2－4组各自分裂的峰。对于苯环双取代，若两个取代基相同（X=X’），则对位取代苯环96双硝基不同位置取代苯的核磁共振谱图双硝基不同位置取代苯的核磁共振谱图97对硝基苯谱图只有单峰，表明苯环上四个氢一致。间硝基苯谱图有三组分裂的峰，表明苯环上四个氢在两个硝基的作用下分成三组各自偶合的峰。而邻硝基苯谱图上有一个分裂的双重峰，表明苯环上四个氢分成能偶合的两组。顺便一提：由于两个硝基强大的吸电子和共轭作用，苯环上氢的化学位移δ值大大增加，已达到8.0ppm以上。对硝基苯谱图只有单峰，表明苯环上四个氢一致。间硝基苯谱图有三98间和对-硝基苯乙酸的核磁共振氢谱间和对-硝基苯乙酸的核磁共振氢谱99由于苯环上两个取代基不同，苯环上四个氢至少被分成两组。对于对硝基苯乙酸，苯环上四个氢分成对称的两组，因而谱图上是对称的两组双峰。而间硝基苯甲酸，苯环上四个氢不再对称，因而谱图上峰的分裂也是不规则的。另外，硝基苯甲酸分子中除了苯环氢外，还有羧基中羟基氢和一个亚甲基氢，3.8ppm的单峰是亚甲基氢由于苯环上两个取代基不同，苯环上四个氢至少被分成两组。对于对1002．5波谱分析方法的简化1.提高磁场强度提高磁场的灵敏度根据波尔兹曼的分布，随着场强H0的增强低能态的核子数也随着增加，从而提高仪器的灵敏度。，实际上谱仪的灵敏度（信噪比S/N）是场强的3/2次方成正比。S/N=H03/22．5波谱分析方法的简化1.提高磁场强度101(2)提高谱仪的分辨率随着场强的增加，特别是超导磁体，可以获得很高的磁场均匀度，从而提高谱仪的分辨率。因此使用高频率的仪器，可简化图谱。前面我们已经讨论了Δν/J决定了谱图的复杂程度。J的数值反映了核磁距相互作用能量的大小，它是分子本身固有的，化学位移也是不随着仪器的频率改变而发生变化。但是Δν的确与仪器的频率成正比。(2)提高谱仪的分辨率随着场强的增加，特别是超导磁体，可以获102例如：60兆赫兹的谱图中属于ABC系统，但

220兆赫兹的谱图可用AMX系统处理。例如：60兆赫兹的谱图中属于ABC系统，但103(3)重氢交换如果化合物中含有与O,N,S相连的氢，在溶液中可以进行重水交换，相应的峰消失。其顺序是OH>NH>SH.这样可以简化图谱。通常溶剂是D2O.重氢交换是用氘代试剂中的D取代含有-OH、-NH、-SH和-COOH等活性氢原子有机物分子中的H，这一技术是向已测定核磁共振氢谱的有机物样品管中，加少量重水（D2O），振摇后再测定核磁共振。若有核磁共振峰消失或减少现象，就可以推断相应的化学位移处是有-OH、-NH、-SH或-COOH活性氢原子的。同样，用氘氧化钠（NaOD）等试剂可以将一些有机物分子中的甲基或亚甲基上的H换成D，这样就使原本能自旋偶合的相邻H被D阻隔而相互不再发生峰分裂。从而不仅确定了重氢交换处相关氢的位置，而且也对重氢交换相邻处氢的判断提供了依据。重氢交换方法非常简单易行，因此，在核磁共振氢谱的测定过程中经常被运用。(3)重氢交换如果化合物中含有与O,N,S相连的氢，在溶液中104D2O交换:

-OH,-NH2,-COOH,-SH…NaOD交换:

例如：D2O交换:-OH,-NH2,-COOH,-S105(4)化学位移试剂我们知道：正常的核磁共振氢谱的化学位移值在0－10ppm范围，化学位移的范围非常窄。假如，化学位移范围被拉大，尤其是相邻重叠峰的化学位移增加，则各峰之间就可以区别分辨。(4)化学位移试剂我们知道：正常的核磁共振氢谱的化学位移值在106a是不加位移试剂的正己醇的核磁共振氢谱，四个相邻的亚甲基具有差不多的化学位移，分裂的峰重叠在一起，根本不能区分。但当加入Eu(DPM)3位移试剂后，不仅各峰的化学位移增加，而且各峰分开，分裂的多重峰也清晰可辩（图b）。这样，就可以很容易地将正己醇分子中的各种氢都能推断出来aba是不加位移试剂的正己醇的核磁共振氢谱，四个相邻的亚甲基具有107含有未配对电子的金属离子具有磁性，这样在有机样品中加入金属离子配合物往往会引起试样的核磁共振峰的化学位移变化，这类能引起有机物分子核磁共振峰化学位移变化的试剂就是位移试剂。常用的位移试剂是镧系元素铕(Eu)和镨（Pr）的三价正离子与β－二酮及其衍生物形成的配合物。通常Eu3＋的位移试剂是使有机物分子中特定氢的化学位移增加，即向高δ值方向移动；Pr3＋位移试剂则相反，是将有机物分子中特定氢的化学位移向低δ值方向移动。因绝大多数有机物分子中氢的化学位移δ值为正含有未配对电子的金属离子具有磁性，这样在有机样品中加入金属离108数，因而Eu3＋位移试剂使用比较普遍。最常见的商品位移试剂是Eu(DPM)3（DipivalomethanatoEuropium），其对不同类型有机物分子中的特定氢分子位移的影响有显著差异（表9.2）。Eu(DPM)3能将胺基和羟基氢的化学位移增加到100ppm以上，而对其它有机基团氢的位移分别从3ppm增加到30ppm。对硝基和卤化物、烯类和酚等酸性有机物，位移试剂将被分解而不可用。数，因而Eu3＋位移试剂使用比较普遍。最常见的商品位移试剂是109位移试剂Eu(DPM)3对不同类型有机物分子中氢化学位移的影响有机物分子氢类型（H）位移增加（ppm，CCl4为溶剂）*RCH2NH2～150RCH2OH～100RCH2NH230～40RCH2OH20～50RCH2CHO11～19RCH2COR10～17RCH2SOR9～11(RCH2)2O10RCH2CO2R7RCH2CO2CH2R5～6RCH2CN3～7硝基和卤化物、烯类0RCOOH和酚位移试剂不可用（分解）位移试剂Eu(DPM)3对不同类型有机物分子中氢化学位移的影110(5)双共振（doubleresonance）

双共振又叫双照射（doubleirradiation）.正常的核磁共振.正常的核磁共振是用单一的电磁波对有机样品进行照射，有机物分子相邻的氢核会产生自旋偶合而发生峰分裂。对于这些能发生自旋偶合的氢核，如果再同时利用第二个电磁波照射，而且照射频率刚好与自旋氢核的频率相同，这就消除了自旋氢核间的偶合效应，相邻氢核不再有偶合现象，峰不会发生分裂，这样就使谱图简单明辩.(5)双共振（doubleresonance）双共振又叫111自旋去偶是双共振（spindecoupling）最常用的方法。以AX体系为例，A的谱线被X分裂，但若A被照射而共振（该照射的频率为ν1）,以强的功率照射X（ν2），X的核发生共振被饱和，在A核处产生的附加磁场平均为零，这消除了X核对A核的偶合作用。自旋去偶是双共振（spindecoupling）最常用的方112第二章---核磁共振氢谱ppt课件113第二章---核磁共振氢谱ppt课件1142．5NOE效应（NuclearOverhausereffect）1.定义在一个分子中，当两个氢核Ha和Hb在空间靠近，以νb照射，将使Hb的核跃迁至高能级，这些核通过驰豫（Relaxation）过程的能量转移使Ha核比较多处于低能级，其结果使得低能级Ha核吸收射频的强度增加，在谱图上Ha谱线增高，这种现象称之为NOE效应。2．5NOE效应（NuclearOverhausere115NOE效应产生机制是两个空间相近核磁距作用的偶极偶合。而自旋偶合是通过化学键传递的，通过化学键传递偶合的称之物标量偶合。因此两个核空间靠近是发生NOE效应的必须条件，而与它们相隔的化学键的数目无关。当然二者空间距离在一定的范围之内，一般说来不超过5个化学键。因此NOE效应就成为研究立体化学的重要手段。NOE效应产生机制是两个空间相近核磁距作用的偶极偶合。而自旋116在具体的实验中，需要观察比较选择去偶前后的谱线的强度。这种方法在NOE弱的情况下是相当受限制的，只有吸收强度改变大于10％，才能肯定两个氢核在空间相近。即使观察不到NOE也不能否定两个氢核在空间靠近，可能存在着其它的干扰而掩盖了NOE.到了八十年代后期，在此基础上，发展了NOE差谱技术。在具体的实验中，需要观察比较选择去偶前后的谱线的强度。这种方1172。NOE差谱所谓NOE差谱就是将脉冲傅立叶变换（PFT）仪器双照射前后所得的自由诱导衰减信号（FID）进行扣除便得到NOE差谱。差谱中所显示的仅仅是那些由NOE诱导而发生强度变化的核信号，所有其它信号都被扣除。所以即使是很小的增益也可靠检测出，同时不存在其它重叠信号的干扰。2。NOE差谱所谓NOE差谱就是将脉冲傅立叶变换（PFT）仪118第二章---核磁共振氢谱ppt课件119第二章---核磁共振氢谱ppt课件120饱和型3J的应用用于赤式和苏式构型的确定

HNMR在结构分析中的应用饱和型3J的应用用于赤式和苏式构型的确定HNMR在结构分121

赤式构型的稳定构像以(I)为主，3Jab

8~12Hz。

若有分子内氢键存在时，以形成内氢键的稳定构像为主。

赤式的Newman投影赤式构型的稳定构像以(I)为主，赤式的Newman投122

苏式构型的稳定构像以(III)为主，3Jab2~4Hz。

若有分子内氢键存在时，以形成内氢键的稳定构像为主。

苏式的Newman投影苏式构型的稳定构像以(III)为主，苏式的Newm123麻黄碱（赤式构型）的稳定构像麻黄碱（赤式构型）的稳定构像124

伪麻黄（苏式构型）的稳定构像

伪麻黄（苏式构型）的稳定构像1253Jef=4Hz,分子内氢键，赤式构像，麻黄碱。3Jef=4Hz,分子内氢键，赤式构像，麻黄碱。1263Jcf=10Hz,分子内氢键，苏式构像，伪麻黄碱3Jcf=10Hz,分子内氢键，127用于确定六元环中CH3为a或e键（实测17Hz）用于确定六元环中CH3为a或e键（实测17Hz）128用于判断烯烃取代基的位置烯烃用于判断烯烃取代基的位置烯烃129例C10H10O的1HNMR谱如下，推导其结构例C10H10O的1HNMR谱如下，推导其结构130例C5H8O2的1HNMR谱如下,推导其结构例C5H8O2的1HNMR谱如下,推导其结构131δppm:1.16(t3H),2.36(q2H),4.47(dd1H),4.77(dd1H),7.24(dd1H)δppm:1.16(t3H),2.36(q2H),132Jo

6~8HzJ2,3=J5,6

3J2,5

3J2,5

3J2,5

Jm1~2Hz~5Hz1.5Hz2.1Hz2.8HzJp0~1HzJ3,4=J4,5

~8Hz芳环及杂芳环上芳氢的偶合Jo6~8HzJ2,3=J5,6133例C11H12O5的1HNMR谱如下，推导其结构例C11H12O5的1HNMR谱如下，推导其结构134C11H12O5的1HNMR谱的部分展开图C11H12O5的1HNMR谱的部分展开图135远程偶合大于叁键的偶合称之远程偶合。远程偶合(4J,5J)的偶合常数一般较小，在0~2Hz范围。芳环体系苯的衍生物Jm=4J~2Hz,Jp=5J0~1Hz吡啶衍生物J2,4

J3,5J4,6=4J~2Hz

J2.5

J3,6=5J0~1Hz

呋喃，吡咯类衍生物4J=

J2,4=

J3,51~2Hz远程偶合大于叁键的偶合称之远程偶合。远程偶合(4J,5J)136例分子式C4H6O2，ppm:1.9s3H，11.5s1H（该氢可重氢交换）1HNMR谱如下，推导其结构。

Namen(ppm)12311H111.70021H16.2000.0031H15.6000.002.0041H31.9500.002.702.70例分子式C4H6O2，ppm:1.9s3H137C4H6O21HNMR谱的部分展开谱C4H6O21HNMR谱的部分展开谱138

例C5H8O2两种异构体的1HNMR谱如下，确定其结构A图

例C5H8O2两种异构体的1HNMR谱如下，确定其139A展开图A展开图140

B图a1.87d3Hb3.71s3Hc5.83m1Hd7.03m1HB图a1.87d3H141B展开图B展