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 > 7.2.2 核磁共振氢谱——7.2.2.2 偶合裂分
前面我们介绍一个质子它带有自旋
如果在它附近还有其他的质子也带有自旋
这两者之间将产生偶合
这就是我们所说的偶合裂分
我们先看一下这个例子
如果我们现在只考虑质子
也就是氢A 先不用看氢B
这个时候在这个环境下
它将产生一条共振谱线
也就是一个核磁共振的峰
在这里我们用虚线来表示
但是我们知道在有机化合物中
经常会碰到这种情况
就是在这个相邻碳上也同样存在一个氢时
比如这个例子
这两者之间将发生自旋 自旋的偶合
我们看一下 对于氢B来说
由于它的核自旋也是1/2
所以它将有两个磁矩方向
一个是与外磁场一致的
我们叫+1/2
一个与外磁场相反的 我们叫-1/2
在这个情况下对于HA来说
它除了感受到外磁场H0以外
同时还会感受到另一个
相当一个小磁场HB所引起的小磁场
这个小磁场它有两个方向
所以原来只有一条共振谱线 在这个位置
现在它在两处产生共振谱线
这个位置和这个位置
一条是因为它感受到了平行
且方向一致的这样一个
由HB所引起的磁场
还有一条是外磁场相反的
也是HB引起的一个附加磁场
这个我们有效磁场就分成两部分
所以HA也会在两处出峰
它的强度一般是一比一的一个强度
而这个 两条谱线的间距
可以得到一个参数 叫J值
也叫偶合常数
这里写JAB代表了A核和B核之间
相互作用的大小
我们在这里只分析了HA
同样对HB来说我们可以想像
如果我们着眼于HB
HA也会对HB进行偶合
这个时候我们测HB的时候
我们会发现它也会被HA裂分为两条谱线
那下面我们来看一下
这种偶合裂分都有哪些规律
首先我们看一下如果是一个饱和的烷基链
一般来说偶合裂分是通过键来传递的
在这一个 比如说这个正丙基
像这块这个氢 用红色标出的氢
与蓝色标出的氢
中间隔了一根两根三根四根键
也就是说在这样饱和烷基中
当相隔比较远 就是四根键以上时
我们一般认为它的J值等于零
也就是说我们可以不考虑
他们之间的偶合裂分
一般我们只考虑J3偶合
也就是说这部分的氢与这块的氢
他们只隔了三根键
我们可以观测到它的偶合裂分
再有就是J2偶合
也就类似这样的同碳二氢之间的偶合
当然如果这个同碳二氢他们之间是等价的
前面我们讲过化学等价
是通过对称操作来判断
还有一种像这样的直链烷基
它的碳碳单键是可以快速旋转
我们可以近似认为这两个氢是等价的
那这个时候的J2我们是观测不到的
这里头我们所介绍的偶合
都是通过单键来传递的
如果我们是像一些共轭体系
比如说苯环
由于苯环它是有共轭体系
有π键的传递 可以传递得相对比较远
所以我们在苯环中经常
会观测到J4 J5这样的长程偶合
对于氢谱或者其他的I=1/2的核的
核磁共振谱时
我们有一个重要的关于偶合裂分的规则
叫n+1规则
n+1规则说的是一组化学等价的质子
被一组数目为n的等价质子裂分时
那么这一组化学等价质子
将被裂分成n+1个峰
而这n+1个峰的强度
是符合于二项式展开的系数
下面我们看一个这个乙基的例子
在乙基中这个端甲基上头有三个氢
亚甲基上有两个氢
我们先看甲基
甲基上的三个氢是等价的
他们之间我们是观测不到
他们的相互偶合裂分的
我们看一下与他相邻的两个亚甲基上的氢
对甲基的偶合
按照n+1规则这有两个氢
这俩也是等价的
所以就是2+1应该是三个峰
而这三个峰的强度
是按照二项式展开系数
也就是1:2:1
是这么一个强度
同样我们再看一下亚甲基上的两个氢
它会受到甲基上的三个氢的偶合
按照n+1规则他就是一二三 四条峰
而这四个峰它的峰的强度的
比例是1:3:3:1
这两者之间相互偶合
他们的偶合常数是一致的
也就是说这边的JAB
我们在这儿已经标出来了
以及这亚甲基上的JAB
这是四个峰 每个峰之间的裂分的大小
都是一致的 这就是他们的偶合常数
为什么会产生这样的一个现象
我们简单地做一个解释
在这里还是刚才的乙基
甲基我们用红色来表示
亚甲基我们用绿色来表示
甲基上的氢除了受到外磁场影响外
还会受到另外亚甲基上两个氢的影响
而这两个氢相当于两个小磁场
他们分别都会对甲基上的氢产生影响
我们看一下这两个亚甲基上的氢
它的取向有几种组合
一种 两个氢它的附加磁场的取向
与外磁场方向一致
也就是两个都是α状态
还有一种 两个都是β状态
这个都各自只有这一种情况
而处于中间一个是α 一个是β
这种状态实际上是两种
这样我们就看到对于甲基上的氢来说
可以感受到三种不同状态
而三种中中间这一种
同时一个氢是α 一个氢是β的就有两种
这是一个 正好是1:2:1这样一个比率
所以当它峰裂分时
也是按1:2:1这样裂分的
我们再看一下亚甲基上的氢
亚甲基同样受到甲基上的氢的偶合
而这时甲基上有三个氢
这三个氢同时相当于三个小磁场
他们有各自的磁场方向
我们看一下在外磁场作用下
他们可以同时都是α
也可以同时都是β
也就是都是与外磁场方向相反
而这两种情况只有这种组合只有一种
而其他的比如说我有两个是α
一个是β的情况会出现三种组合
而有两个β 一个α的情况也会有三种
所以它出现的几率是1:3:3:1
这样它的出峰也是1:3:3:1这么个比例
那么再进一步地把这个规则拓展一下
我们知道 刚才我们举的是个最简单的例子
比如说我们现在考虑正丙基的一个情况
这个时候我们看一下中间的亚甲基上的氢
它会被偶合裂分成什么情况
我们分两种情况来讨论
一种就是这里说的一组化学等价的质子
被两组数目分别为n和n'的等价质子裂分
那么其吸收峰的数目为
(n+1)(n'+1)
用这个例子来看
也就是说这个亚甲基
对这块亚甲基的偶合
是有一个偶合裂分常数
而甲基对于这个亚甲基的偶合
有另外一个偶合常数
这两个偶合常数不相等
在这种情况下中间的这个亚甲基
所会裂分出峰的个数将为2+1
这个2是亚甲基上的氢的个数 也就是说3
乘以3+1 这个3是甲基上的氢的个数
理论上也就是说3×4 应该是12条峰
而这12条峰中间当然也可能会有重叠
峰会复杂一些
如果这两个J3近似相等
也就是相当于我们底下说得情况
就是如果两组质子分别的偶合常数
相同或相近
则它吸收峰的数目大约就变成了n+n'+1
也就是说在这种情况下就是2+3+1
应该等于六条峰
顺便说一下我们在核磁共振谱中
经常会看到这样一些符号
S D T Q M等
这样就分别代表了峰型
是单峰 也就是是单重峰 还是两重峰
还是三重峰 还是四重峰 还是多重峰
由此来表示
-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