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核磁共振谱图的表示方法屏蔽效应和化学位移

如上图，装有样品的玻璃管放在磁场强度很大的电磁铁的两极之间，用恒定频率的无线电波照射通过样品。在扫描发生器的线圈中通直流电流，产生一个微小磁场，使总磁场强度逐渐增加，当磁场强度达到一定的值Ho时，样品中某一类型的质子发生能级跃迁，这时产生吸收，接受器就会收到信号，由记录器记录下来，得到核磁共振谱。 2．核磁共振谱图的表示方法 二、屏蔽效应和化学位移 1．化学位移 氢质子（1H）用扫场的方法产生的核磁共振，理论上都在同一磁场强度（Ho）下吸收，只产生一个吸收信号。实际上，分子中各种不同环境下的氢，再不同Ho下发生核磁共振，给出不同的吸收信号。例如，对乙醇进行扫场则出现三种吸收信号，在谱图上就是三个吸收峰。 如图： 这种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。 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的周围的电子云密度不一样，在加磁场作用下，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。 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 化学位移值的大小，可采用一个标准化合物为原点，测出峰与原点的距离，就是该峰的化学位移值，一般采用四甲基硅烷为标准物（代号为TMS）。 化学位移是依赖于磁场强度的。不同频率的仪器测出的化学位移值是不同的， 为了使在不同频率的核磁共振仪上测得的化学位移值同（不依赖于测定时的条件），通常用δ来表示，δ的定义为： 标准化合物TMS的δ值为0。 4．影响化学位移的因素 （1）诱导效应 1°δ值随着邻近原子或原子团的电负性的增加而增加。 2° δ值随着H原子与电负性基团距离的增大而减小。 3° 烷烃中H的δ值按伯、仲、叔次序依次增加。 （2） 电子环流效应（次级磁场的屏蔽作用） 烯烃、醛、芳环等中，π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δ很大（δ= 4.5~12）。 乙炔也有π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δ值较小。 如右图，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， δ值增大。 三、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： 故核磁共振谱不仅揭示了各种不同H的化学位移，并且表示了各种不同氢的数目。 四、峰的裂分和自旋偶合 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不是一个单峰而是一组峰的信息。这种使吸收峰分裂增多的现象称为峰的裂分。 例如：乙醚的裂分图示如下。 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。 （1）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′ 当两个Ha的自旋磁场作用于H b时，其偶合情况为： （2）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。 当Ha和H b化学位移之差（Δυ）与偶合常数（Jab）之比大于6与上时，可用上述方法来分析自旋裂分的信号，当Δυ接近或小于Jab时，则出现复杂的多重峰。等性氢之间不产生信号的自旋裂分。 （3）自旋偶合的限度（条件） 1°磁等性质子之间不发生偶合。 2°两个磁不等性质子相隔三个σ键以上时，则不发生偶合。 3°同碳上的磁不等性质子可偶合裂分。 3．裂分峰数的计算 裂分峰数用n + 1规则来计算（n—邻近等性质子个数；n + 1—裂分峰数） 例如： 当邻近氢原子有几种磁不等性氢时，裂分峰数为 （n + 1）（n′+ 1）（n″+ 1） 五、核磁共振谱的解析及应用 1．应用 核磁共振谱图主要可以得到如下信息： （1）由吸收峰数可知分子中氢原子的种类。 （2）由化学位移可了解各类氢的化学环境。 （3）由裂分峰数目大致可知各种氢的数目。 （4）由各种峰的面积比即知各种氢的数目。 2．谱图解析 例 某分子式为C5H12O的化合物，含有五组不等性

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