当前课程知识点:有机化学 > 第七章 波谱分析在有机化学中的应用 > 7.2 核磁共振谱 > 7.2.1 核磁共振的基本原理
好 下面我们首先介绍有机波谱分析中
非常重要的核磁共振谱
首先介绍一下核磁共振的基本原理
大家知道原子核是带正电的粒子
其自旋运动将产生磁矩
如果我们假设它的自旋方向是这样的
由于是带正电的离子
它的自旋将产生类似这样的一个磁力线
磁感应线
那我们可以看到这样一个磁感线
我们可以把原子核类似地
等同于一个小磁铁
也就是说我们说它有磁矩
在化合物中这样的原子核有很多
而它的磁矩我们现在有一个箭头来表示
在不存在磁场的情况下
这些磁矩是无序取向的
而一旦有外加磁场
这些磁矩受到磁场的作用
它将进行有序的取向
有的是顺着磁场方向
有的是与磁场方向相反的
原子核的自旋运动
和核自旋量子数相关
这里我们把核自旋量子用I来表示
原子核当放于外磁场中
由于它是量子化的
它将有2I+1个取向
比如下面我们看一下例子
当I=1/2时 我们2I+1
相当于2×1/2+1
所以它就有两个取向
我们在这儿表示M=-1/2和M=1/2
这个M是磁量子数
也对应着在外磁场下
它将裂分成两个能级
如果I=1 我们可以看到将有三个取向
M=-1和M=0 M=1
当I=2时我们就可以
类似于得到五个取向
那么是不是所有的原子核都拥有磁矩呢
其实并不是
只有当I不等于0的时候原子核才有磁矩
我们看一下我们常见的一些原子核
比如说碳12 氧16
核自旋量子数都等于0
因此它没有核自旋
也就是说无法检测它的核磁共振
对于核磁共振来说对它是无能为力的
而比如说氢 碳13 磷 氮15 氟
这些我们常见的核它的I=1/2
这样是可以检测它的核磁共振的
还有氮14 它的I=1
也是可以检测到核磁共振现象的
从这里我们就可以知道
只要I不等于0
也就是说原子核它具有核自旋
我们就能够用核磁共振的方法进行检测
一般来说在有机化合物的结构鉴定中
我们主要检测的是氢 碳
他们的I都等于1/2
下面我们所介绍的主要以I=1/2为例
进行介绍
刚才我们说到 在没有外磁场的时候
核自旋我们用个箭头来表示
它的取向是随机的
这个时候我们说它的能级是简并的
当存在外磁场时
这个时候它的能级发生裂分
由于I=1/2
刚才我们说到 由于是量子化的
它主要分成两个能级
一个就是M=+1/2 一个是-1/2
我们分别管它叫做α自旋状态
和β自旋状态
这个时候它的两个能级之差
我们叫△E
当我们从外部给予的能量
恰好等于这两个能级之差△E时
原子核可以吸收这个能量
从而产生从低能级到高能级的跃迁
即我们所说的发生了核磁共振现象
那么产生核磁共振条件是什么
理论上我们可以得到这样一个公式△
E等于γH0/2π
这里头的γ叫旋磁比或者磁旋比
是各种磁性核的特征的固有的物理常数
h是Plank常数 H0是外加磁场
如果要产生核磁共振现象
我们就需要从外部给它施加能量
一般我们采用的是射频波段的电子波
当这个频率为ν的电磁波
施加给这个体系时
它的能量正好是hν
如果这个hν正好等于
刚才我们所示的这个能级差△E
也就是说γhH0/2π
这个时候它就可以吸收这样的电磁波
从而发生核磁共振
我们把这个公式可以简化一下
两边的Plank常数可以相互抵消掉
然后再把2π
左右同时乘以2π
我们就可以得到这么一个公式
这个公式在核磁共振中虽然简单
却非常重要
也就是ω=2πν=γH0
这里的ν刚才我们说到
是由外部提供的射频的频率
而ω我们就是角频率
那下面我们首先来看一张核磁共振的氢谱
这是2-溴丙烷的核磁共振氢谱
刚才我们介绍的ω
也就是角频率
实际上它也代表了化学的位移
也就是它的共振的位置
后面我们还会介绍到
在这一张谱中
我们主要有三个重要的要素
一个是信号的位置
也就是刚才我们介绍ω相关的
我们管它叫化学位移
比如说在这里头这个位置
以及这个位置
都出现了核磁共振的谱峰
那我们如何标这个位置
我们用化学位移来表示它
还有一个重要的信息就是偶合裂分
这块是一个放大图
是这组峰的放大图
这块是这一组峰的放大图
从这些放大图里我们可以看到
它们都发生了谱峰的裂分
而这个裂分我们叫做偶合裂分
它实际上后面我们会介绍到
也是在核磁共振中非常重要的一个参数
以及得到很多关于结构以及链接的信息
再有就是积分面积
也就是我们把这些峰进行一个积分
看它的积分强度是多少
从而判断它的氢的个数
下面我们就具体地来介绍一下
核磁共振氢谱的化学位移 偶合裂分
以及积分面积
-1.1 概论
--1.1.1 引言
-1.2 有机化学基本知识
-第一章 绪论--1.2 有机化学基本知识
-1.3 有机化合物命名的基本原则
-第一章 绪论--1.3 有机化合物命名的基本原则
-1.4 酸碱理论
-第一章 绪论--第一章章节测试题
-2.1 引言
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.1 引言
-2.2 烷烃——2.2.1 烷烃的构象
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.2 烷烃——2.2.1 烷烃的构象
-2.2 烷烃——2.2.2 烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.2 烷烃——2.2.2 烷烃的反应
-2.3 环烷烃——2.3.1 引言
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.1 引言
-2.3 环烷烃——2.3.2 环烷烃的命名
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.2 环烷烃的命名
-2.3 环烷烃——2.3.3 环烷烃的构象
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.3 环烷烃的构象
-2.3 环烷烃——2.3.4 环烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.4 环烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--HW-第二章章节测试题
-3.1 不饱和烃的概述
-3.2. 烯烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.2. 烯烃的化学反应
-3.3 炔烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.3 炔烃的化学反应
-3.4 二烯烃——3.4.1 二烯烃的结构
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.4 二烯烃——3.4.1 二烯烃的结构
-3.4 二烯烃——3.4.2 二烯烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.4 二烯烃——3.4.2 二烯烃的化学
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--HW-第三章章节测试题
-4.1 芳烃概论
--4.1 芳烃概论
-4.2 芳烃的分类和命名
-4.3 苯的物理性质
-4.4 苯的结构
-4.5 单环芳烃的化学性质
--4.5.5.6 Friedel-Crafts 烷基化反应
--4.5.5.7 Friedel-Crafts 酰基化反应
-4.6 芳环上亲电取代反应的定位效应
-4.7 稠环芳烃
-4.8 非苯芳烃及芳香性
-第四章 芳香烃--4.8 非苯芳烃及芳香性
-第四章 芳香烃--HW-第四章章节测试题
-5.1 手性和对称性
-第五章 对映异构--5.1 手性和对称性
-5.2 含一个不对称碳的化合物
-第五章 对映异构--5.2 含一个不对称碳的化合物
-5.3 含两个及多个不对称碳的化合物
-第五章 对映异构--5.3 含两个及多个不对称碳的化合物
-5.4 环状手性化合物
-第五章 对映异构--5.4 环状手性化合物
-5.5 其他不含不对称碳原子的手性化合物
-第五章 对映异构--5.5 其他不含不对称碳原子的手性化合物
-第五章 对映异构--HW-第五章章节测试题
-6.1 卤代烃的概述
--题目要求
-6.2 亲核取代反应
-第六章 卤代烃--6.2 亲核取代反应
-6.3 消除反应
-第六章 卤代烃--6.3 消除反应
-6.4 与金属的反应
-6.5 不饱和卤代烃
-第六章 卤代烃--HW-第六章章节测试题
-7.1 本章引言
-7.2 核磁共振谱
--7.2.2 核磁共振氢谱——7.2.2.4 氢谱的基本解析
-7.3 质谱
-7.4 红外光谱
--7.4.2 红外光谱与分子结构——7.4.2.1 特征官能团的红外吸收
-7.5 有机波谱综合解析
-第七章 波谱分析在有机化学中的应用--HW-第七章章节测试题
-8.1 引言
--8.1引言
-8.2 醇
-第八章 醇酚醚--8.2 醇
-8.3 酚
-第八章 醇酚醚--8.3 酚
-8.4 醚
-第八章 醇酚醚--8.4 醚
-第八章 醇酚醚--HW-第八章章节测试题
-9.1 引言
--9.1 引言
-第九章 醛和酮--9.1 引言
-9.2 醛、酮的物理性质
-第九章 醛和酮--9.2 醛、酮的物理性质
-9.3.1 醛、酮的反应概述
-9.3.2 醛、酮的亲核加成
-第九章 醛和酮--9.3.2 醛、酮的亲核加成
-9.3.3 醛、酮α-氢的反应
-第九章 醛和酮--9.3.3 醛、酮α-氢的反应
-9.3.4 醛、酮的氧化还原反应
-第九章 醛和酮--9.3.4 醛、酮的氧化还原反应
-9.4 α、β-不饱和醛、酮的化学反应
-第九章 醛和酮--9.4 α、β-不饱和醛、酮的化学反应
-9.5 醛、酮的制备
-第九章 醛和酮--HW-第九章章节测试
-10.1 概论
--10.1 概论
-10.2 羧酸的结构、分类和命名
-10.3 羧酸的物理性质和波谱特征
-10.4 羧酸的化学性质
-10.5 羧酸衍生物的结构与命名
-10.6 羧酸衍生物的物理性质和波谱特征
-10.7 羧酸衍生物的化学性质
-10.8 羟基酸的分类和命名
-10.9 羟基酸的化学性质
-10.10 β-二羰基化合物
-10.11 α-卤代酸及其衍生物
-10.12 羧酸的制备
-10.13 专题:油脂 蜡 磷脂
-11.1 绪论
--本章引言
-11.2 胺
--11.2.1
--11.2.2
--11.2.3.1
--11.2.3.2
--11.2.3.3
--11.2.3.4
-11.3 硝基化合物
-11.4 腈
-11.5 异腈
-11.6 重氮化合物
-11.7 偶氮化合物
-11.8 本章小结
-12.1 杂环化合物概述
--12.1概述
-12.2 吡咯、呋喃、噻吩
-12.3 吲哚 (苯并吡咯)
-12.4 吡啶
-12.5 喹啉、异喹啉 (苯并吡啶)
-12.6 含氧六元杂环
-12.7 多杂原子五元环、六元环介绍
-第十二章 杂环化合物--HW-第十二章章节测试题
-13.1 有机合成基础-part 1
-第十三章 有机化学专题--13.1 有机合成基础-part 1
-13.1 有机合成基础-part 2
-第十三章 有机化学专题--13.1 有机合成基础-part 2
-13.2 重排反应在实际有机合成中的应用
-13.3 碳水化合物-part 1
-13.3. 碳水化合物-part 2
--13.3.3.4 单糖的反应——醛糖的递升与递降反应及酮糖的特殊反应
-13.3. 碳水化合物-part 3
-13.3 碳水化合物-part 4
-13.4 氨基酸与多肽
-期中考试--二、 选择题
-期中考试--一、判断题
-期末考试--期末考试试题