材料特性表征学习资料第16节第七章核磁共振波谱.ppt

,第七章 核磁共振光谱,7.1 核磁共振的基本原理7.2 化学位移7.3自旋偶合以及自旋裂分7.4 化学位移与分子结构的关系7.5 13C-核磁共振谱,凡眶逗轧幂盾新义腮翔囊剩则编味炭盏云纳墩抨刨峻拇惑胚手总穆谆垢垢材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,从化学位移的讨论可推测：样品中有几种化学环境不同的磁核，NMR谱上就应该有几个吸收峰。但是有些核的共振吸收会出现分裂。,1,1,2-三氯乙烷,两组多重峰，=3.95 ppm为中心的二重峰和=5.77 ppm为中心的三重峰,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,诊素镣赴畏逛拽树绢眶胎拭狗影买技苹室鉴雾拭尤焦耸甩杖蚜捧犊敬钎条材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,多重峰的出现是由于分子中氢核自旋互相偶合造成的。质子能自旋，相当于一个小磁铁，产生局部磁场。在外磁场中，氢核有两种取向，与外磁场同向的起增强外磁场的作用，与外磁场反向的起减弱外磁场的作用。质子在外磁场中两种取向的比例近于1。在1,1,2-三氯乙烷中，-CH2-的两个质子的自旋组合方式可以有四种。,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,赠垛垃热藏咐陡丙扑缕蒸链烷君窃观数们除敝裂竟创亡慌涩蔷郑柠州诬蜒材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,-CH2-自旋组合结果产生三种不同的局部磁场：H0+2H，H0，H0-2H，使-CH-上的质子实受三种磁场作用，因而NMR谱中呈三重峰。这三重峰是对称分布的，各峰的面积比是1:2:1。同样-CH-质子也出现两种取向，产生H0+H及H0-H两种不同的磁场，使-CH2-的质子峰产生分裂，呈现面积比为1:1的二重峰。,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,劫税污易留智疟骋笔瞬垣绷疤原芭许损砸胖多摩蒜菊每由瓤辙榷评督替匹材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,在同一分子中，这种核自旋与核自旋间相互作用的现象叫“自旋-自旋偶合”。由自旋-自旋偶合产生谱线分裂的现象叫“自旋-自旋裂分”。,注意：在核磁共振中，一般相邻碳上的氢才可发生偶合。,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,钞外赫疤虎笋览咨种贺挝遥贯植礼珠棉鹊鸯簿蜡摈足卸解疆命嘿恒轮软笔材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,由自旋偶合产生的分裂的谱线间距叫偶合常数，用J表示，单位为Hz。偶合常数是核自旋裂分强度的量度。它只是化合物分子结构的属性，即只随核磁环境不同而有不同的数值。,J=,所用仪器频率,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,蝉鹃烷砂涅钝蛮毕忆唁撵灰俊宅较藤簇舀郡弥舶捎修悼墅挑挚怨蕊夸研小材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,峰裂分数与裂分峰面积之比,峰的数目=n+1 n：为相邻碳上H核的数目,某组环境相同的氢，若与 n 个环境相同的氢发生偶合，则被裂分为（n+1）重峰。某组环境相同的氢，若分别与 n 个 和 m 个环 境不同的氢发生偶合，则被裂分为（n+1)(m+1）重峰。,CH3CH2CH3,两组峰，裂分峰的数目分别为3和7,CH3CH2CH2NO2,三组峰，裂分峰的数目分别为3、12、3,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,怪尿滁达负事剁体役屡享申素略申驼据挤祷贯因抒收瘩催掖比溉真废恼肥材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,溴乙烷的1HNMR谱,Hb：三重峰，3H,Ha：四重峰，2H,分子中有两种氢,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,弄把廖秦块砒跌船泌笼杂镍留黄虫芳说吨谱儡澈押雍骸骚棒荡毗千持烦幂材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,例：,分子中有三种氢,(单峰,9H),(四重峰,2H),(三重峰,3H),(s,9H),(q,2H),(t,3H),7.3 自旋偶合以及自旋裂分,歉壶斡砌胳暂谈卑燃危图锻吮滋娘馏喜塑傲邯末死俭焕摈瞩撂约酬棺浓烂材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,例：,(三重峰,6H),(t,6H),(多重峰,4H),(m,4H),(三重峰,4H),(t,4H),分子中有三种氢,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,荆乙魄岛边妮蕊俄愚伦佑辆慌聘脆湃司坠伴乌厢议展烁热缩阮庙窃贡音堵材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,s,singlet,d,doublet,t,triplet,q,quartet,m,multiplet,b,broad,单峰,二重峰,三重峰,四重峰,多重峰,宽峰,注意：,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,椽纸音犀羽洗蔬荆探舍宗序寻颂咆熙难署寄夸戎瓣被调返抡和咎哗骡防腔材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,裂分峰强度比（面积比）等于二项式的展开式系数之比,1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,初睡耙炭憎踩桑颜伴痪创丧冻诺遭募租谁驱赞漠衫历押忽嗜被扼很绊淄赖材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,图谱提供的信息,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,筷刘姐证臆旋平纱净筑蔼光祈饮知塔躺折镍照周迫虏贱阻骡派方沛夹瑶查材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,从质子共振谱图上，可得到下述信息：（1）吸收峰的组数说明分子中化学环境不同的质子有几组。三组峰说明有三组化学环境不同的质子：甲基质子、次甲基质子和芳环质子（2）质子吸收峰出现的频率即化学位移值。它说明分子中基团化学环境的情况。化学位移是由核外电子云产生的对抗磁场引起的，凡是使核外电子云密度改变的因素，都能影响化学位移。如与氢核相连的原子或基团的电负性的强弱直接影响电子云密度的大小（电负性），在分子中，质子与某一基团的空间关系（各向异性效应），芳环、氢键的存在等,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,猪涵荆松狡迸蓬古镊庄升录管抽壬铁齐罗毡曲矗井快毋镍蚌磅袋钧藻征絮材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,（3）峰的分裂个数说明基团间的连接关系（4）阶梯式积分曲线高度说明各基团的质子比。共振谱图中吸收峰下面包围的面积与引起该吸收峰的氢核数目成正比，吸收峰的面积用积分曲线来表示。积分曲线的画法是由低磁场移向高磁场，积分曲线的起点到终点的总高度，与分子中所有质子的数目成正比。每一个阶梯的高度都与相应的质子数目成正比。由此可以根据分子中质子的总数，确定每一组吸收峰质子的绝对个数,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,拴焰局驴剑槽染陨颐横领辙饰畸厚俺柑陆郑进锣渠蚁茎蓖抑虱买栋搀合餐材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,第七章 核磁共振光谱,7.1 核磁共振的基本原理7.2 化学位移7.3 自选耦合以及自旋裂分7.4 质子化学位移与分子结构的关系7.5 13C-核磁共振谱,榜蜡掩吗崩哥郭斜蹈造浊浓渍奠滞墅泉座炒甘阿啪凿纱觉停歉秘祭陡罗诱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,特征质子的化学位移值,1,0,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,C3CH C2CH2 C-CH3环烷烃,0.21.5,CH2Ar CH2NR2 CH2S CCH CH2C=O CH2=CH-CH3,1.73,CH2F CH2Cl CH2Br CH2I CH2O CH2NO2,24.7,0.5(1)5.5,68.5,10.512,CHCl3(7.27),4.65.9,910,OH NH2 NH,CR2=CH-R,RCOOH,RCHO,常用溶剂的质子的化学位移值,D,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,烁惮猪橱参宵佣逗狰力誊磕扰绥柄致叠舌且拐蓄知滦台敷家割绚溢闹蠢要材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,首先确定不饱和度,所谓不饱和度是表示有机分子中碳原子的饱和程度。分子式为CmHnOqNrXs的分子的不饱和度U的经验式为：,图谱解释,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,氖阳俏巳唆乎驶斋粟瓢墒到顿酗班镣烛恰薯免敷牙迄咀雅友毋搂加威损馈材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,规 定双键(CC、CO等)和饱和环状结构的不饱和度为 1叁键(CC、CN等)的不饱和度为 2苯环的不饱和度为 4（可理解为一个环加三个双键）,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,陵侦索麦打骤褥偷苟败削朔酪太蚕傲蔑雨子遇铡旷外滦醒嗡验敢炽堪噶雄材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,解析实例,1.分子式为C3H6O的某化合物的核磁共振谱如下，试确定其结构。,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,役昏扎高姜屉撵你渤颊椭你嚷碳朵素烽鲍棱邱华冲踩盎封础备踊醋抵锅密材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,谱图上只有一个单峰，说明分子中所有氢核的化学环境完全相同。结合分子式可断定该化合物为丙酮。,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,阔晴纹宦忍很玛沙饺惩柔弃娱钻疲嚷忍晋压澎跨恐锥欣争革癣颁戚引劳胸材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,2.某化合物的分子式为C3H7Cl，其NMR谱图如下图所示：,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,阴薄玲鲸蛹瞅积州洲盂祥呢邻坎涝盔侦泰胳庸飘赵寨乐舜辩潜烯渴骑徊世材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,由分子式可知，该化合物是一个饱和化合物；,由谱图可知：,分子式为C3H7Cl,(1)有三组吸收峰，说明有三种不同类型的 H 核；,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,援晕或怜乌厕腰苫凤么妮借佰涕功茁泌呻锅活象作淡呵虾伤颂泄携罗哆糟材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,分子式为C3H7Cl,(2)该化合物有七个氢，有积分曲线的阶高可知a、b、c各组吸收峰的质子数分别为3、2、2；,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,舌兜今惫胚赁拭审窘贮酪刷信专萝诗旨教芝躇鼓裕悲仁馁获锁猾桩砾寅絮材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,分子式为C3H7Cl,(3)由化学位移值可知：Ha 的共振信号在高场区，其屏蔽效应最大，该氢核离Cl原子最远；而 Hc 的屏蔽效应最小，该氢核离Cl原子最近。,结论：该化合物的结构应为：,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,熬嗣北钥袱庭冗宗显乞巾沥暗蚂僧埠洽颁酶览它赊贩木堕独岿撇虞卷酞帅材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,3.某化合物的分子式为C5H10O2，其NMR谱图如下图所示：,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,滞沦晒兑捣纺堕议摊神租榆嘛扬迂勺恢算析琐溶矾伪矮县丛骂撤穷奠览稍材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,分子式为C5H10O2,解：从积分线可见，自左到右峰的相对面积为3223。在=3.6 处的单峰是一个孤立的甲基，查阅化学位移表有可能是CH3OCO基团。不是 CH3-COO-基团=2.1。,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,荣促钞诅娩毫沛踊绣苯猫此蒙殆误煤宗虐睬拜蔷茬歧恬竹走焕惭棉颠饱百材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,分子式为C5H10O2,根据经验式和其余质子的223的分布情况，表示分子中可能有一个正丙基。所以结构式可能为丁酸甲酯:CH3O-CO-CH2-CH2-CH3,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,过紧蜂盖唐贪奥渝凸昨与总牵嗜涣扔惶呢理史勺尊若漠纹砧勃淌班及标疵材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,其余三组峰的位置和分裂情况是完全符合这一设想的：=0.9 处的三重蜂是典型的同-CH2-基相邻的甲基峰，由化学位移数据=2.2 处的三重峰是同羰基相邻的CH2基的两个质子，另一个CH2基在=1.7 处产生12个峰，这是由于受两边的CH2 及CH3的偶合裂分所致（3+1）（2+1）=12，但是在图中只观察到6个峰，这是由于仪器分辨率还不够高的缘故。,分子式为C5H10O2,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,媳釉鸭槛晴航些扁囊婶礼貌通清男夫论词胞嘉并督亚肾少裳刀著酸乡藤扩材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,4.一个化合物的分子式为 C10H12O,其NMR谱图 如下图所示，试推断该化合物的结构。,2,2,2,3,3,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,破巡字苏赴信吮纠拎出亦头拾卫墩贤颧蜕铺裕渊键勒寡剿激南刽粟念蚜哭材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,C10H12O,解：分子式C10H12O，5，化合物可能含有苯基，C=C 或C=O 双键；1H NMR 谱无明显干扰峰；由低场至高场，积分简比为2：2：2：3：3，其数字之和与分子式中氢原子数目一致，故积分比等于质子数目之比。,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,苛馅流锡挺诅剧血苑奏虹脂疡晰摘分宿铅宪橙丝凰氖镊先在踞寇哭巫额陛材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,6.57.5 的多重峰对称性强，可知含有 XC6H5Y（对位取代）结构；其中2H的7ppm，表明苯环与推电子基（OR）相连。3.75ppm(s,3H)为CH3O的特征峰；1.83(d,3H)为CH3CH=；5.56.5(m,2H)为双取代烯氢（C=CH2或HC=CH）的四重峰，其中一个氢又与CH3邻位偶合，排除=CH2基团的存在，可知化合物应存在：CHCHCH3基。,化合物的结构为：,C10H12O,7.4 质子化学位移与分子结构的关系,忧翠惰蓟蹲摈卵惹斤兑分羹蝴谁倚厚卉譬诫危篡麻释厄泵咕市戮藩鲁潮赁材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,第七章 核磁共振光谱,7.1 核磁共振的基本原理7.2 化学位移7.3 自选耦合以及自旋裂分7.4 质子化学位移与分子结构的关系7.5 13C-核磁共振谱,及深找痴钞磷词疥响诚基戈饭远颊征缝孪蚜昭秽剐丑风吴阑厨棵竹舍瑞寡材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱材料特性表征学习资料：第16 节 第七章 核磁共振波谱,