当前课程知识点:有机化学(下) > 第八章 有机波谱学基础 > 8.3.1.1 核磁共振谱的基本原理 > 核磁共振谱基本原理
同学们好
现在我们开始学习核磁共振谱
核磁共振谱分三部分
氢核磁共振谱
碳核磁共振谱
和二维核磁共振谱
核磁共振谱是磁性核受辐射
而发生跃迁所形成的吸收光谱
它是研究分子结构
构型构象等的重要方法
1946年美国斯坦福大学布洛克
和哈佛大学的珀赛尔
为首的两个小组
几乎同时发现了核磁共振现象
二人因此获得1952年诺贝尔物理奖
1953年美国瓦里安公司
试制了第一台核磁共振谱仪
在氢核磁谱这部分
主要讲五方面的内容
核磁共振谱的基本原理
化学位移
自旋耦合和自旋裂分
峰的强度
峰面积
核磁共振氢谱的解析
从这张核磁共振氢谱图
可以看出有四个信息
峰的数目
几种类型质子
峰的位置
什么类型质子
峰的强度
质子的数目
峰的裂分
邻近碳上的质子数
我们来看
核磁共振谱的基本原理
原子核的磁矩
核磁共振研究的对象
是具有磁矩的原子核
存在自旋运动的原子核
其自旋运动将产生磁矩
自旋量子数的大小取决于
原子的质量数
和原子序数的奇偶性
自旋量子数等于零
原子核没有自旋运动
自旋量子数不等于0
原子核有自旋运动
常见原子核的原子序数
原子的质量数
和自旋量子数如表中所示
自旋量子数不为零
才会产生核磁共振信号
其中
自旋量子数I=1/2的核电荷
呈球形分布
核磁共振现象较为简单
氢核磁谱和碳13
是核磁共振研究的主要对象
我们来看看自旋核
在外磁场中的自旋取向
无磁场中质子取向是无规则的
在磁场中
质子取向与外磁场相同时 能量低
质子取向与外磁场相反时 能量高
看一下核磁共振能级跃迁
当I=1/2时
相对于外磁场B₀有二种
自旋相反的取向
+ 1/2 和-1/2
能级差
如公式1-1所示 γ-磁旋比
B₀-外磁场强度
核磁共振现象如图所示
质子从低能级跃迁到高能级时
发生共振吸收
我们看这个图大家思考一个问题
如果低能态的核
跃迁到高能态后
不能有效释放出能量
回到低能态
高能态的核数会越来越多
进而达到饱和
不再有净吸收
也就测量不到核磁共振信号
要持续接收吸收信号
必须保持低能级上的粒子数
始终多于高能级
这在红外和紫外吸收光谱中
并不存在这个问题
因为处于高能态上的粒子
可以通过自发辐射回到低能态
自发辐射的概率
与能级差成正比
电子能级和振动能级的能级差很大
自发辐射的过程
足以保证低能级上的粒子数
始终占优势
但在核磁共振谱中
磁场作用造成的能级差
比电子能级和振动能级小得多
自发辐射几乎为零
事实上
高能态的核可以通过
自旋弛豫回到低能态
以保持低能态的粒子数
始终多于高能级
这种从激发状态
恢复到玻尔兹曼平衡的过程
就是弛豫过程
在一定温度下
处于高或反磁场方向
和低顺磁场方向的
能态的粒子数
会达到一个热平衡
在平衡状态下
高低能级上的粒子数
由玻尔兹曼分配定律决定
如公式1-2所示
弛豫过程分为
自旋晶格弛豫也叫纵向弛豫
和自旋-自旋弛豫也叫横向弛豫
自旋-晶格弛豫
是处于高能态的原子核
将其过剩的能量
传递给周围介质
非同类原子核
而回到低能态
从而维持核磁共振吸收
自旋-自旋弛豫
是处于高能态的原子核
将其过剩的能量
传递给同种类
处于低能态的核
二者之间发生了能量交换
该种弛豫机制
并没有增加低能态原子核的数目
而是缩短了该核处于激发态
或基态的时间
这是核磁共振波谱仪的组成示意图
目前大部分商品仪器
采用扫描磁场的方式
即保持辐射频率不变
逐渐改变磁场强度
当磁场达到一定强度时
即可发生共振吸收
这种方法在操作上较方便
不同类型的质子
在高场还是低场下出现呢
下次课我们学习化学位移
这次课就上到这里
-8.1.1 紫外光谱的基本原理
--紫外光谱的基本原理
-8.1.2 紫外光谱与分子结构
--紫外光谱与分子结构
-8.1.3 紫外吸收波长影响因素
--紫外吸收波长影响因素
-8.1.4 最大吸收波长计算(一)
--最大吸收波长的计算(一)
-8.1.5最大吸收波长计算(二)
--最大吸收波长计算(二)
-8.1.6 紫外光谱的应用
--紫外光谱的应用
--紫外光谱的应用
-8.2.1 红外光谱的简介
--红外光谱简介
--红外光谱简介简介
-8.2.2 分子结构与红外光谱特征的吸收频率
--分子结构和红外光谱的特征频率
-8.2.3常见有机化合物的红外光谱图(一)
--烃及卤代烃红外光谱
-8.2.4 常见有机化合物的红外光谱图(二)
--含氧氮有机物红外光谱
-8.2.5 红外光谱应用
--红外光谱的应用
--红外光谱的应用
-8.3.1.1 核磁共振谱的基本原理
--核磁共振谱基本原理
-8.3.1.2 化学位移
--化学位移
--化学位移
-8.3.1.3 自旋耦合和自旋裂分
--自旋耦合和自旋裂分
-8.3.1.4 核磁共振氢谱的解析
--氢核磁谱图的解析
--氢核磁共振谱解析
-8.3.2.1 碳核磁共振谱(上)
--碳核磁共振谱上
--碳核磁共振谱(上)
-8.3.2.2 碳核磁共振谱(下)
--碳核磁共振谱下
--碳核磁谱(下)
-8.3.3.1 二维核磁谱图(一)
--二维核磁谱图(一)
-8.3.3.2 二维核磁谱图(二)
--二维核磁谱图(二)
-8.4.1 质谱简介
--质谱简介
--质谱简介练习题
-8.4.2 有机质谱中的主要离子类型
--有机质谱中的主要离子类型练习题
-8.4.3 有机质谱中的裂解和重排
--有机质谱中的裂解和重排习题
-8.4.4 常见有机化合物的质谱特征(一)
--烃类的质谱特征练习题
-8.4.5 常见有机化合物的质谱特征(二)
--含氧化合物,醚和酮的质谱特征练习题
-8.4.6 常见有机化合物的质谱特征(三)
--醛,羧酸及杂原子有机物的质谱特征练习题
-8.4.7 质谱的解析
--质谱的解析
--质谱解析练习题
-8.5.1 单一谱图解析
--单一谱图解析
--单一谱图解析主观题
--单一谱图解析
-8.5.2 综合谱图解析
--综合谱图解析
--综合谱图解析主观题
--综合谱图解析客观题
-9.1.1 醇的命名和结构
--醇的命名和结构
--醇的结构和命名
-9.1.2 醇的制备
--醇的制备
--醇的制备
-9.1.3 醇的性质(一)
--醇的性质(一)
--醇的性质(一)
-9.1.4 醇的性质(二)
--醇的性质(二)
--醇的性质(二)
-9.1.5 醚的命名和制备
--醚的命名和制备
--醚的命名和制备
-9.1.6 醚的性质
--醚的性质
--醚的性质
-9.2.1 酚的命名、结构
--酚的命名、结构
--酚的命名和结构
-9.2.2酚的制备和物理性质
--酚的制备和物理性质
-9.2.3 酚的化学性质(一)
--酚的化学性质(一)
-9.2.4 酚的化学性质(二)
--酚的化学性质(二)
-9.3.1 醛酮的命名和结构
--醛酮的结构和命名
--醛酮的命名和结构
-9.3.2 醛酮的制备
--醛酮的制备
--醛酮的制备
-9.3.3 醛酮的性质(一)
--醛酮的性质(一)
--醛酮的性质(一)
-9.3.4 醛酮的性质(二)
--醛酮的性质(二)
--醛酮的性质(二)
-9.3.5 醛酮的性质(三)
--醛酮的性质(三)
--醛酮的化学性质(三)
-9.4.1 羧酸及其衍生物的结构、命名
--羧酸及其衍生物的结构、命名
-9.4.2 羧酸的制备
--羧酸的制备
--羧酸的制备
-9.4.3 羧酸衍生物制备及物理性质
--羧酸衍生物制备及物理性质
-9.4.4 羧酸的性质(一)
--羧酸的性质(一)
--羧酸的性质(一)
-9.4.5 羧酸的性质(二)
--羧酸的性质(二)
--羧酸的性质(二)
-9.4.6 羟基羧酸的制备及性质
--羟基羧酸的制备及性质
-9.4.7 羧酸衍生物的性质(一)
--羧酸衍生物的性质(一)
-9.4.8 羧酸衍生物的性质(二)
--羧酸衍生物的性质(二)
-9.5.1 β-二羰基化合物
--β-二羰基化合物
--β-二羰基化合物
-9.5.2 克莱森酯缩合及其在有机合成中的应用
--克莱森酯缩合及其在有机合成中的应用
-9.5.3 乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用
--乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用
-9.5.4 麦克尔加成
--麦克尔加成
--麦克尔加成
-10.1 硝基化合物的结构和命名
--硝基化合物的结构和命名
-10.2 硝基化合物的化学性质
--硝基化合物的化学性质
-10.3 胺的结构和命名
--胺的结构和命名
--胺的结构和命名
-10.4 胺的制备
--胺的制备方法
--胺的制备
-10.5 胺的化学性质(一)
--胺的化学性质(一)
-10.6 胺的化学性质(二)
--胺的化学性质(二)
-10.7 季铵盐和季铵碱
--季铵盐和季铵碱
--季铵盐和季铵碱
-10.8 腈和异腈
--腈和异腈
--腈和异腈
-10.9 重氮盐的性质(一)
--重氮盐的性质(一)
-10.10 重氮盐的性质(二)
--重氮盐的性质(二)
-11.1 杂环化合物的分类和命名
--杂环化合物的分类和命名
-11.2 杂环化合物的结构
--杂环化合物的结构
--杂环化合物的结构
-11.3 五元杂环化合物的性质
--五元杂环化合物的性质
-11.4 六元杂环化合物的性质
--六元杂环化合物的性质
-11.5 稠杂环化合物
--稠杂环化合物
--稠杂环化合物
-12.1 有机合成的任务
--有机合成的任务
--有机合成的任务
-12.2 有机合成路线的设计
--有机合成路线的设计
-12.3 药物合成案例
--药物合成案例
--药物合成案例
-有机化学下