实验4.利用核磁分析物质的结构实验报告.doc

湖北大学材料科学与工程学院硕士研究生生实验报告课程名称 现代高分子实验 实验项目 核磁共振法测聚合物的结构和构型 专业班级 2008应用化学 姓 名 袁婷婷 学 号 2008111106000508 一、实验目的1 了解NMR核磁共振法的测试原理及核磁共振的基本结构。2 掌握核磁共振图谱的分析方法。3 了解核磁共振在化学分析中的应用。4 掌握试样的制备方法。二、实验原理（摘选）核磁共振谱(NMR)与红外、紫外一样，实际上都是吸收光谱，它的频率范围是兆周(MC)或兆赫兹(MHz)，属于无线电波范围。红外光谱来源于分子振动-转动能级间的跃迁，紫外可见吸收光谱来源于分子的电子能级间的跃迁。在NMR中电磁辐射的频率为兆赫数量级，属于射频区，但是射频辐射只有置于强磁场F的原子核才会发生能级间的跃迁，即发生能级裂分。当吸收的辐射能量与核能级差相等时，就发生能级跃迁，从而产生核磁共振信号。核磁共振谱常按测定的核分类，测定氢核的称为氢谱(1HNMR)；测定碳-13的称为碳谱(13CNMR)。核磁共振谱不仅给出基团的种类，而且能提供基团在分子中的位置。在定量上NMR也相当可靠。高分辨1HNMR还能根据磁偶合规律确定核及电子所处环境的细小差别，从而研究高分子构型和共聚序列分布等结构问题的有力手段。而13CNMR主要提供高分子碳碳骨架的结构信息。1.1HNMR的测试原理：当测定1H1核磁共振谱时，将磁铁线圈通电，使磁场达到23847Gs(100MHz的仪器)，射频振荡器产生的100MHz无线电波，通过发射线圈照射样品，扫描线圈中通人电流且改变 其强度，即改变外磁场强度，当三个互相垂直的线圈不满足共振条件时，接受线圈没有电流 通过，如果满足共振条件时，则有电流通过，将它放大记录下来就得到了核磁共振谱图。lH_核磁共振(1H-NMR)也称为质子核磁共振，是研究化合物中1H1原子核(即质子)的核磁共振。可提供化合物分子中氢原子所处的不同化学环境和它们之间相互关联的信息，依据这些信息可确定分子的组成、连接方式及其空间结构。1.1屏蔽作用与化学位移：依照核磁共振产生的条件，由于1H1核的磁旋比是一定的，所以当外加磁场一定时，所有的质子的共振频率应该是一样的，但在实际测定化合物中处于不同化学环境中的质子时发现，其共振频率是有差异的。产生这一现象的主要原因是由于原子核周围存在电子云，在不同的化学环境中，核周围电子云密度是不同的。当原子核处于外磁场中时，核外电子的运动要产生感应磁场，核外电子对原子核的这种作用就是屏蔽作用。实际作用在原子核上的磁场为H0（1 ），屏蔽常数。在外磁场Ho的作用下核的共振频率为：=Ho(1-)/2当共振频率发生了变化，在谱图上反映出了谱峰位置的移动，这称为化学位移。由于质子所处的化学环境不同，值也不同，在谱图的不同位置上会出现了不同的峰，所以在核磁共振中，可用化学位移的大小来测定化合物的结构。1.2影响化学位移的主要因素：电负性的影响：在外磁场中，绕核旋转的电子产生的感应磁场是与外磁场方向相反的，因此质子周围的电子云密度越高屏蔽效应就越大，核磁共振就发生在较高场，化学位移值减小，反之同理。与质子相连的强电负性基团会使自治的电子云密度减小，使吸收峰移向低场由电负性基团而引发的诱导效应，随间隔键数的增多而减弱。电子环流效应：实际发现的有些现象是不能用上述电负性的影响来解释的，例如乙炔质子的化学位移(= 235)小于乙烯的质子(= 460)，而乙醛中的质子的值却达到979，这需要由邻近基团电子环流所引起的屏蔽效应来解释，其强度比电负性原子与质子相连所产生的诱导效应弱，但由于对质子是附加了各向异性的磁场，因此可提供空间立构的信息。2. 耦合常数：在高分辨的仪器上可以观察到更精细的结构，谱峰发生分裂，这种现象称为自旋自旋分裂。这是由于在分子内部相邻碳原子上氢核自旋也会相互干扰。通过成键电子之间的传递，形成相邻质子之间的自旋自旋耦合，而导致自旋自旋分裂。分裂峰之间的距离称为耦合常数，一般用J表示，单位为Hz，是核之间耦合强弱的标志，说明了它们之间相互作用的能量，因此是化合物的结构属性，与磁场强度的大小无关。分裂峰数是由相邻碳原子上的氢数决定的，若邻碳原子氢数为n，则分裂峰数为n+1。三、仪器和试剂VARIAN公司 INOVA 600型核磁共振仪，由磁体、探头、CONSOLE机柜、SUN工作站、空压机几大部分组成。四、实验步骤1 取有机物样品3mg左右放入核磁管中，加入CDCl3溶解。2 进入核磁测试区前，先检查身上有无金属物品，磁卡等，确保没有后打开换气扇，使室内N2，He等排出。3 选用1H谱探头，调节仪器参数，使之工作稳定（锁场，匀场，调谐）。4 将装有样品的核磁管放入金属套管中，再从仪器上部将套管送入仪器测试区。5 打开计算机控制软件，调节设定合适的参数，进行样品的测试。五、实验结果由 n=1.00/(0.12*4)=2.08六、实验问题1、什么叫核磁共振？答：所谓核磁共振，就是指处在某个磁场中的物质的原子核系统受到相应频率的电磁辐射作用时，在他们的磁能级之间发生的共振跃迁现象。2、具备什么样条件的化合物才能通过核磁共振谱法测定其分子量？答：端基峰与聚合物链中其它基团的峰彼此分开的聚合物才能通过核磁共振谱法测定其分子量，因为通过核磁共振谱法测定分子量是基于端基分析的。3、单位Hz和ppm有什么联系？答：HZ是频率的单位，ppm是化学位移的单位。它们满足下列关系： （试标）106/标（试标）106/0