第十二章 核磁共振和质谱.ppt

第十二章核磁共振和质谱 本章基本内容 1HNMR基本原理屏蔽效应和化学位移影响化学位移的因素自旋偶合 裂分简单图谱解析 学习要求 初步了解核磁共振谱和质谱的一般原理 自学 能解析简单分子的核磁共振谱图和质谱图 初步掌握核磁共振谱在有机化合物分子结构测定中的应用 12 1核磁共振 12 1 11HNMR基本原理 12 1 2屏蔽效应和化学位移 1 化学位移由于氢原子在分子中的化学环境不同 因而在不同磁场强度下产生吸收峰 峰与峰之间的差距称为化学位移 例如 CH3CH2OH中有三种H 在三种不同的磁场强度下产生核磁共振 见下图 2 屏蔽效应 化学位移产生的原因 有机物分子中不同类型质子周围的电子云密度不一样 在外加磁场作用下 引起电子环流 电子环流围绕质子产生一个感应磁场 H 这个感应磁场使质子所感受到的磁场强度减弱了 即实际上作用于质子的磁场强度比Ho要小 屏蔽效应 这种由于电子产生的感应磁场对外加磁场的抵消作用称为屏蔽效应 3 化学位移值 不同类型氢的平均化学位移值见下表 4 影响化学位移的因素 1 诱导效应1 值随着邻近原子或原子团的电负性的增加而增加 如 CH3 HCH3 BrCH3 ClCH3 NO2 值0 232 693 064 29 2 值随着H原子与电负性基团距离的增大而减小 如 CH3 CH2 CH2 Cl 值1 061 813 47 3 烷烃中H的 值按伯 仲 叔次序依次增加 如 CH3 HRCH2 HR2CH HR3C H 值0 21 1 0 11 3 0 11 5 0 1 2 电子环流效应 烯烃 醛 芳环等中 电子在外加磁场作用下产生环流 使氢原子周围产生感应磁场 其方向与外加磁场相同 即增加了外加磁场 所以在外加磁场还没有达到Ho时 就发生能级的跃迁 因而它们的 很大 4 5 12 乙炔也有 电子环流 但炔氢的位置不同 处在屏蔽区 处在感应磁场与外加磁场对抗区 所以炔氢的 值较小 如下图 氢原子位于产生的感应磁场与外加磁场相同方向的去屏蔽区 所以在外加磁场强度还未达到Ho时 就发生能级的跃迁 故吸收峰移向低场 值增大 12 1 3峰面积与氢原子数目 在核磁共振谱图中 每一组吸收峰都代表一种氢 每种共振峰所包含的面积是不同的 其面积之比恰好是各种氢原子数之比 如乙醇中有三种氢其谱图为 12 1 4自旋偶合 裂分 1 峰的裂分 应用高分辨率的核磁共振仪时 得到等性质子的吸收峰可能不是一个单峰而是一组峰的信息 2 自旋偶合 裂分是因为相邻两个碳上质子之间的自旋偶合 自旋干扰 而产生的 我们把这种由于邻近不等性质子自旋的相互作用 干扰 而分裂成几重峰的现象称为自旋偶合 a 两个相邻氢的偶合例1 1 1 2 三氯乙烷的核磁共振谱 例2 3 戊酮的核磁共振谱 a 自旋偶合的产生 以溴乙烷为例 Ha在外磁场中自旋 产生两种方向的感应小磁场H H 作用于Hb周围时 使得Hb的实受磁场有两种情况 这样就使得Hb的信号分裂为二重峰 当两个Ha的自旋磁场作用于Hb时 Hb的实受磁场为 2个Ha对Hb偶合作用 使Hb的信号裂分为三重峰 其面积比为1 2 1 同上 三个Hb对Ha的偶合作用可使Ha分裂为四重峰 其面积比为1 3 3 1 如右图所示 b 偶合常数偶合使得吸收信号裂分为多重峰 多重峰中相邻两个峰之间的距离称为偶合常数 J 单位为赫 Hz J的数值大小表示两个质子间相互偶合 干扰 的大小 Jab Jba 12 1 5 简单核磁共振谱的解析 实例1 某化合物其分子式为C4H8O2 其1HNMR如下 试解析其结构 实例2 某化合物其分子式为C4H8O2 其1HNMR如下 试解析其结构 课堂练习 1 根据下面的1HNMR数据写出各化合物的结构 a C4H7BrO2 1 97 三重峰 3H 2 07 五重峰 2H 4 23 三重峰 1H 10 97 单峰 1H b C4H8O2 1 25 三重峰 3H 2 03 单峰 3H 4 12 四重峰 2H c C3H6Cl2 2 20 五重峰 2H 3 70 三重峰 4H 2 下列1HNMR数据分别与下面C5H10O异构体中的哪一种化合物相对应 1 1 02 d 2 13 s 2 22 七重峰 2 1 05 三重峰 2 47 s 2 22 四重峰 3 两个单峰 singlet doublet triplet quartet quintet pentet