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核磁共振氢谱分析

来源:未知作者:张劲辉 点击:所属专题: 氢谱法
基本概念 氢原子具有磁性,如电磁波照射氢原子核,它能通过共振吸收电磁波能量,发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号,处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同,在图谱上出现的位置也不同,利用化学位移,峰面积和积分值以及耦合常数等信息,进

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基本概念

氢原子具有磁性,如电磁波照射氢原子核,它能通过共振吸收电磁波能量,发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号,处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同,在图谱上出现的位置也不同,利用化学位移,峰面积和积分值以及耦合常数等信息,进而推测其在碳骨架上的位置。

在核磁共振氢谱图中,特征峰的数目反映了有机分子中氢原子化学环境的种类;不同特征峰的强度比(及特征峰的高度比)反映了不同化学环境氢原子的数目比。

化学位移

 氢原子在分子中的化学环境不同,而显示出不同的吸收峰,峰与峰之间的差距被称作化学位移;化学位移的大小,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,现在一般采用(CH3)4Si(四甲基核磁共振氢谱分析硅烷TMS)为标准化合物,其化学位移值为0 ppm。

裂分

由于相邻碳上质子之间的自旋偶合,因此能够引起吸收峰裂分。例如,一个质子共振峰不受相邻的另一个质子的自旋偶合影响,则表现为一个单峰,如果受其影响,就表现为一个二重峰,该二重峰强度相等,其总面积正好和未分裂的单峰面积相等。

自旋偶合使核磁共振谱中信号分裂成多重峰,峰的数目等于n+1,n是指邻近H的数目,例如CH3-CHCl2中CH3的共振峰是1+1=2,因为他邻近基团CHCl2上只有一个H;-CHCl2的共振峰是3+1=4,因为他邻近基团-甲基上有三个H。注意,只有当自旋偶合的邻近H原子都相同时才适用n+1规则。

当自旋偶合的邻近H原子不相同时,裂分数目为(n+1)(n'+1)(n''+1)。例如化合物Cl2CH- CH2-CHBr2中,两端两个基团-CHCl2和-CHBr2中的H并不相同,因而-CH2-应该裂分成为(1+1)(1+1)=4重峰。又如 ClCH2-CH2-CH2Br中-CH2-该裂分为(2+1)(2+1)=9重峰。

高度法

 核磁共振氢谱中,峰的数量就是氢的化学环境的数量,而峰的相对高度,就是对应的处于某种化学环境中的氢原子的数量。使用核磁共振仪自带的自动积分仪可以对各峰的面积进行自动积分,得到的数值用阶梯式积分曲线高度表示出来。

不同化学环境中的H,其峰的位置是不同的。峰的强度(也称为面积)之比代表不同环境H的数目比。


例1:CH3CH2OH中,有3种H,则有3个峰,强度比为:3:2:1;CH3OCH3中,只有一种H,则有1个峰;CH2=CH-CH3中,有三种H,个数比为:2:1:3;一氯苯中:有3种H,个数比:2:2:1;CH3COOCH3中有2种H,个数比3:3or1:1

核磁共振氢谱图有几种峰呢?显然有几种氢就有几种峰,关键就要理解等效氢。

要理解等效氢的概念:

定义:有机物分子中位置等同的氢叫等效氢. 等效氢是指当其他原子或原子团取代氢原子时,不论取代哪一个氢,得到的都是同一种物质,这样的一类氢原子称等效氢。  
    分子中等效氢原子一般有如下情况(可用对称法分析,在对称位置的氢是等效的):
  ①.分子中同一碳原子上连接的氢原子等效,如甲烷上的氢原子;
  ②.同一碳原子所连甲基上的氢原子等效,如新戊烷(可以看作四个甲基取代了甲烷分子中的四个氢原子而得),其四个甲基等效,各个甲基上的氢原子等效,也就是说新戊烷分子中的12个氢原子等效;
  ③.处于镜面对称位置(相当于平面成像时,物与像的关系)上的氢原子等效,如2,2,3,3-四甲基丁烷分子中的18个氢原子是等效的.


例2:在核磁共振氢谱中出现两组峰,其氢原子数之比为3:2的化合物是(D)


核磁共振氢谱分析

解析:用对称法分析。有机物结构对称的话,那么对称的氢是等价的,也就是处于相同的环境。

两组峰说明有两种氢原子,3:2说明每种原子的个数比。

 A中两个甲基上的氢以一种,共6个,=CH2有2个,所以6:2=3:1.

B中是三种氢原子;

C中两种,比例是6:8=3:4;

D中是两种,比例是6:4=3:2;

D对。

注意C和D中一个是环己烷基、一个是苯环。

(责任编辑:化学自习室)
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