核核磁磁共共振振NuclearMagneticResonanceNMRNMR核磁共振(NMR)现象的发现1945年Stanford大学F.Bloch小组Harvard大学E.M.Purcell小组F.BlochE.M.Purcell对NMR作出贡献的12位Nobel奖得主1I.Rabi19447A.Kastler19662F.Bloch19528J.H.VanVleck19773E.M.Purcell19529N.Bloembergen19814W.E.Lamb195510H.Taube19835P.Kusch195511N.F.Ramsey19896C.H.Townes196412R.R.Ernst1991RichardR.Ernst唯一一位因为在核磁共振方面的突出贡献获而得Nobel化学奖的科学家zFouriertransformationandpulsetechniquesinNMRspectroscopyzMultidimensionalNMRNMR的发展第一阶段1945~1946年：F.Bloch和E.M.Purcell两个小组几乎同时发现NMR现象1950年代初：NMR首次应用于有机化学1960年代初：VarianAssociatesA60Spectrometer问世，NMR开始广泛应用第二阶段1970年代：FourierTransform的应用13C-NMR技术（碳骨架）第三阶段1980年代：Two-dimensional(2D)NMR诞生（COSY，碳骨架连接顺序，非键原子间距离，生物大分子结构，……）应用领域广泛z核磁共振谱有机化学、生物化学、药物化学、物理化学、无机化学研究，以及多种工业部门，……z核磁共振成像临床医学第四章第四章核磁共振谱核磁共振谱【基本要求】¾理解核磁共振谱的基本原理，基本概念和常用术语¾掌握核磁共振谱与有机化合物分子结构之间的关系¾掌握运用核磁共振谱解析分子结构的方法【重点难点】¾核磁共振谱与有机化合物分子结构之间的关系¾核磁共振谱解析分子结构的方法第四章第四章核磁共振谱核磁共振谱§4.1核磁共振的基本原理强磁场中原子无线电波核磁共振核的自旋运动电磁辐射4.1.1原子核的自旋和自旋磁矩原子核的自旋运动：自旋量子数（I）原子的质量数(A)和原子序数(Z)AZAIXZ121632偶数偶数0C6,O8,S1611315193177H1,C6,N7,F9,P15,Se34,1/2113119195199Cd48,Sn50,Pt78,Hg80等奇数7911233335奇数Li3,Be4,B5,Na11,S16,Cl17,或偶数37396365793/2Cl17,K19,Cu29,Cu29,Br35,81Br35等17252755675/2O8,Mg12,Al13,Mn25,Zn30等26145810奇数偶数1,2,3···H1,Li3,N7,Co27,B5自旋量子数I=0的原子核：没有自旋运动自旋量子数I≠0的原子核：都有自旋运动自旋量子数I≠0的原子核磁性核自旋磁矩μ都有自旋运动核磁共振现象自自旋磁矩（μ）μ=γ·P旋轴γ为旋磁比1H26.7519×107T-1s-1+13C6.7283×107T-1s-1γ值越大，核的磁性越强，检测灵敏度越高h自旋角动量（P）P=(II+1)2π4.1.2原子核在外磁场B0中的自旋运动——进动重力场中陀螺的运动自旋量子数I=1/2的自旋核在外磁场中的运动B0B0进动μ回旋轴Larmor自旋轴θ核回旋的频率（ν0）θ频率自旋轴Larmor回旋轴μγm=+—11ν0=⎯B02m=−—22π4.1.3自旋磁矩的空间取向量子化自旋量子数为I的核在外磁场中的自旋状态有：2I+1种其自旋磁矩的空间取向：2I+1种自旋磁量子数(m)m=I,I−1,···,−I等。zzB0B0m=+1m=+—112I=—I=1m=02m=−—12m=−1zB0μz——自旋磁矩（μ）在B0方向（z轴）的分量m=+—1μz2hμz=γPz=γm⎯2π1m=−—2Pz——自旋角动量（P）在B0方向（z轴）的分量hP=mI=—1z⎯22π核磁能级在外磁场中，自旋核各自4.1.4旋状态的能量是量子化的h各自旋状态的能量为E=−μB=−γm⎯Bz02π0I=—1的核2μB0z核磁能级h1E=+γ⎯B0高能态