化合物結(jié)構(gòu)表征課件第三章核磁共振譜

化合物結(jié)構(gòu)表征課件第三章核磁共振譜BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目錄CONTENTS核磁共振概述核磁共振譜的基本原理核磁共振氫譜核磁共振碳譜核磁共振譜的解析BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01核磁共振概述

核磁共振現(xiàn)象核磁共振現(xiàn)象原子核在磁場中發(fā)生能級分裂，當(dāng)外界射頻場頻率與分裂能級差相同時(shí)，發(fā)生共振吸收，產(chǎn)生核磁共振信號。原子核的自旋磁矩原子核具有自旋磁矩，自旋磁矩在磁場中受到洛倫茲力作用，產(chǎn)生能級分裂。核磁共振條件射頻場頻率必須與分裂能級差相等，磁場強(qiáng)度必須足夠強(qiáng)以使分裂能級明顯。產(chǎn)生強(qiáng)磁場，通常使用超導(dǎo)磁體。磁體系統(tǒng)產(chǎn)生特定頻率的射頻場，用于激發(fā)核磁共振。射頻系統(tǒng)接收核磁共振信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。接收系統(tǒng)控制儀器操作，采集和處理數(shù)據(jù)。控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)核磁共振波譜儀通過核磁共振譜確定有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)。有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定用于研究蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和動態(tài)。生物大分子結(jié)構(gòu)研究通過核磁共振監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)過程中分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的變化?；瘜W(xué)反應(yīng)機(jī)理研究利用核磁共振成像技術(shù)進(jìn)行無創(chuàng)、無痛、無輻射的醫(yī)學(xué)診斷。醫(yī)學(xué)成像診斷核磁共振的應(yīng)用BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02核磁共振譜的基本原理原子核具有磁矩，該磁矩與原子核的自旋角動量成正比。原子核的磁矩在外磁場中會受到洛倫茲力，導(dǎo)致能級分裂。不同自旋狀態(tài)的原子核在磁場中的能級不同，因此具有不同的共振頻率。原子核的磁矩在外磁場的作用下，自旋角動量會分裂成兩個(gè)能級，稱為磁能級分裂。磁能級分裂的能量差與外磁場強(qiáng)度和原子核自旋有關(guān)。當(dāng)外加射頻場能量與磁能級差相匹配時(shí)，原子核發(fā)生躍遷。核自旋磁能級分裂射頻場的頻率必須與原子核的磁能級差相匹配，才能實(shí)現(xiàn)共振。共振信號的強(qiáng)度與被檢測原子核的數(shù)量成正比，因此可以通過測量共振信號來檢測樣品中特定原子核的數(shù)量。當(dāng)外加射頻場的頻率與磁能級差相匹配時(shí)，原子核發(fā)生躍遷。核磁共振的躍遷條件化學(xué)位移是由于周圍化學(xué)環(huán)境的不同導(dǎo)致原子核共振頻率的變化。化學(xué)位移是核磁共振譜中最重要的信息之一，可以用來確定分子中特定原子核的連接方式和周圍化學(xué)環(huán)境。不同類型的原子核具有不同的化學(xué)位移范圍，因此可以根據(jù)化學(xué)位移來識別不同類型的原子核?；瘜W(xué)位移BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03核磁共振氫譜氫原子在化合物中的化學(xué)環(huán)境不同，導(dǎo)致其自旋磁矩的相互作用也不同，從而產(chǎn)生不同的共振頻率。氫原子周圍的電子密度、鍵合類型和鍵合強(qiáng)度等因素都會影響其化學(xué)環(huán)境，進(jìn)而影響其共振頻率。通過分析氫的化學(xué)環(huán)境，可以推斷出化合物中氫原子的連接方式和分子結(jié)構(gòu)。氫的化學(xué)環(huán)境

化學(xué)位移與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系化學(xué)位移是核磁共振譜中某一共振峰的位置，它反映了該氫原子周圍的電子環(huán)境和屏蔽作用。不同結(jié)構(gòu)的化合物中相同類型的氫原子，由于周圍電子環(huán)境和屏蔽作用的差異，會產(chǎn)生不同的化學(xué)位移。通過比較不同化合物的化學(xué)位移，可以推斷出化合物分子中的特定結(jié)構(gòu)和鍵合類型。在核磁共振氫譜中，每個(gè)共振峰代表一種特定的化學(xué)環(huán)境下的氫原子。峰面積的大小與該共振峰下氫原子的數(shù)目成正比，因此可以通過峰面積來計(jì)算氫原子數(shù)。在復(fù)雜化合物中，通過比較不同峰的面積和高度，可以確定不同類型氫原子的數(shù)目和比例，從而推斷出分子中的氫分布和連接方式。峰面積與氫原子數(shù)的關(guān)系BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04核磁共振碳譜碳的連接方式碳原子與其他原子的連接方式也會影響其核磁共振信號。例如，碳原子與氫、氟、氧等原子的連接會導(dǎo)致不同的化學(xué)位移。碳的雜化狀態(tài)碳原子在化合物中的雜化狀態(tài)決定了其周圍的電子密度，進(jìn)而影響其核磁共振信號。碳原子雜化狀態(tài)的變化會導(dǎo)致化學(xué)位移的變化。碳的鍵合環(huán)境碳原子與其他原子的鍵合環(huán)境也會影響其核磁共振信號。例如，碳原子與雙鍵、三鍵、芳香環(huán)等連接會導(dǎo)致不同的化學(xué)位移。碳的化學(xué)環(huán)境烷烴中的碳原子通常顯示較低的化學(xué)位移值，大約在0-50ppm之間。隨著碳原子級數(shù)的增加，化學(xué)位移值逐漸減小。烷烴的化學(xué)位移芳香烴中的碳原子通常顯示較高的化學(xué)位移值，大約在9-15ppm之間。不同取代基對芳香烴的化學(xué)位移也有影響。芳香烴的化學(xué)位移羰基中的碳原子通常顯示較高的化學(xué)位移值，大約在150-200ppm之間。不同類型的羰基化合物會有不同的化學(xué)位移。羰基的化學(xué)位移化學(xué)位移與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系在核磁共振碳譜中，峰面積與對應(yīng)的碳原子數(shù)成正比。因此，可以通過比較峰面積來確定不同類型碳原子的相對數(shù)量。峰面積與碳原子數(shù)成正比除了碳原子數(shù)外，其他因素也會影響峰面積，如碳原子的連接方式、鍵合環(huán)境等。這些因素會影響到峰的裂分和強(qiáng)度，進(jìn)而影響峰面積與碳原子數(shù)的關(guān)系。影響峰面積的因素峰面積與碳原子數(shù)的關(guān)系在有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征中具有重要應(yīng)用，可以幫助確定化合物的結(jié)構(gòu)、確定取代基的位置和數(shù)量等。應(yīng)用范圍峰面積與碳原子數(shù)的關(guān)系BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05核磁共振譜的解析確定分子中存在的元素和官能團(tuán)通過核磁共振譜的峰位置和強(qiáng)度，可以推斷出分子中存在的元素和官能團(tuán)。例如，氫核磁共振譜中不同峰的位置可以對應(yīng)于不同的碳原子類型。區(qū)分同分異構(gòu)體不同的同分異構(gòu)體在核磁共振譜上會有不同的峰形和峰位，通過解析可以區(qū)分它們。定性分析確定分子中各元素的含量通過核磁共振譜的峰面積或高度，可以計(jì)算出分子中各元素的含量，從而確定分子中各元素的摩爾比例。確定分子中氫鍵的存在氫鍵的存在會影響核磁共振譜的峰位置和形狀，通過解析可