第三章核磁共振氢谱核磁共振波谱法是吸收光谱的一种，用适宜的频率的电磁波照射置于强磁场下的原子核（使其能级发生分裂）。当核吸收的能量与核能级差相等时，就会发生核能级的跃迁，同时产生核磁共振信号，从而得到一种吸收光谱的核磁共振波谱，以这种原理建立的方法称核磁共振波谱法。核磁共振波谱法是结构分析的重要工具之一，经常使用的是1H和13C的共振波谱。核磁共振波谱中最常用的氢谱将提供：1.分子中不同种类氢原子有关化学环境的信息2.不同环境下氢原子的数目3.每个氢原子相邻的基团的结构δ/ppm异丙苯的1HNMR(400MHz)丁酸的1HNMR（400MHz）一、核磁共振基本原理原子核除具有电荷和质量外,许多原子核还具有自旋现象。通常用自旋量子数I或ms表示,原子的质量数A表示，及原子序数Z表示。由自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系可知：原子质量数和原子序数均为偶数的核,自旋量子数ms=0,即没有自旋现象;当自旋量子数ms=1/2时,有自旋现象,核电荷呈球型分布,它们的核磁共振现象较为简单。有1H1，13C6，15N7，19F9，31P15等。原子核有自旋现象,则有磁矩,在磁场中能够受磁场作用,能发生核磁共振现象;原子核无自旋现象,则无磁矩,不能发生核磁共振现象.h若将自旋核放入磁场为H0磁场中,由于磁矩与磁场相互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,按照量子力学原理有m=2I+1个取向。对于氢核I=1/2,即有m=2个取向,m=+1/2,m=-1/2两种取向,即当自旋取向与外加磁场一致时,m=+1/2,氢核处于一种低能级状态.(E1=－μzB0),相反时m=-1/2时,则处于一种高能级状态(E2=＋μzB0)磁矩与外加磁场相反高能自旋取向E2=(+1/2)(h/2)B0m=+1/2磁距与外加磁场一致低能自旋取向E1=(-1/2)(h/2)B0m=-1/22.核磁共振如果以射频照射处于外磁场H0中的核,且照射频率υ恰好满足下列关系时hυ=△E或υ=(/2)B0处于低能级的核将吸收射频能量而跃迁至高能级,这种现象称为核磁共振现象。由上式可知,一个核的跃迁频率与磁场强度B0成正比,使1H核发生共振，由自旋m=½取向变成m=-1/2的取向。应供给△E的电磁波(射频)。照射频率与外加磁场强度成正比。a.无外加磁场，H0=0时，两自旋态的能量相同ms=±1/2。b.有外加磁场，H0≠0，两自旋态的能量不同：1H自旋产生的磁矩与H0同向平行，为低能态；1H自旋产生的磁矩与H0反向平行，为高能态。两能级之差：ΔE=γhH0/2πc.核磁共振的条件：E射=△E，即：hυ射=γhH0/2π3.弛豫过程高能态的核自旋经过外辐射途径把多余的能量给予环境或其它低能态的核，这个过程称为“弛豫”前者称为纵向弛豫，也称“自旋--晶格子弛豫”T1后者称为横向弛豫，也称“自旋---自旋弛豫”T2自旋-晶格弛豫（spin-latticeRelaxation）自旋-自旋弛豫（spin-spinRelaxation）：二、核磁共振仪NMR波谱仪按照磁体分类，可分为：永久磁体，电磁体和超导磁体。按照射频频率(1H的共振频率)分类，可分为：60，80，90，100，200，300，400，500，600，700，900MHz等。按照射频源分类，又可以分为：连续波波谱仪(CW-NMR)和傅里叶变换波谱仪(PFT-NMR)。192021三、化学位移1.化学位移的产生在外磁场作用下,核外电子会产生环电流,并感应产生一个与外磁场方向相反的对抗磁场，这种对抗磁场的作用被称为电子屏蔽效应。由于电子的屏蔽效应,使某一个质子实际上受到的磁场强度不完全与外磁场强度一致，分子中处于不同化学环境中的质子,核外电子云的分布情况不同。因此,不同化学环境中的质子,受到不同程度的屏蔽作用。在此情况下质子实际受到的磁场强度Beff等于外加磁场强度B0减去其外围电子产生的对抗磁场B’,可用下式表示:Beff=B0-B’由于对抗磁场的大小正比于所加的外磁场强度,上式可写为：Beff=B0-σB0=H0（1-σ）.式中:σ为屏蔽常数σ与核外的电子密度及所处的化学环境有关,电子云密度越大,屏蔽程度越大,σ值也越大,我们把在一定照射频率下，处于不同化学环境的有机化合物中不同质子,产生NMR的磁场强度不同的现象称为“化学位移”。化学位移的差别是很小的。但是,这是一个很重要的现象,它是核磁共振在化学中应用的基础。例如:图1给出了乙基苯在100MHz时的高分辨率核磁共振图谱.在乙基苯的分子中,-CH3上的三个质子,-CH2-上的两个质子，C6H5－上的五个质子.它们在不同的磁场强度下产生共振吸收峰,也就是说,它们有着不同的化学位移.2.