仪器分析考研辅导2012

发布时间 : 星期二 文章仪器分析考研辅导2012更新完毕开始阅读

同一试样在不同溶剂中由于受到不同溶剂分子的作用,化学位移发生变化,通过溶剂的极性、形成氢键、形成分子复合物以及屏蔽效应而发生作用。 2.偶合常数J

(1)自旋偶合和自旋裂分

化学位移是磁性核所处化学环境的表征,但是在核磁共振谱中化学位移等同的核其共振峰并不总表现为一个单一峰。氢核吸收峰的裂分是因为分子中相邻氢核之间发生了自旋相互作用,自旋核与自旋核的相互偶合作用称为自旋—自旋偶合。这作用虽然不影响化学位移,但会使共振峰形发生变化,引起峰的裂分,使谱线增多,简称自旋裂分。 自旋偶合和裂分一般具有如下规律;

① 裂分级数目由相邻偶合氢核数目n决定.即遵守n+1重峰规律。裂分峰之间的峰面积(或谱线强度)之比符合二项展开式(a+b)n 各项系数比的规律。

②一组氢核多重峰的位置,是以化学位移值为中心左右对称,并且各裂分峰间距相等。 ③把分子中化学位移相同的氢核称为化学等价核。把化学位移相同,偶合常数也相同的核称为磁等价核。磁等价核之间虽有偶合作用,但无裂分现象,在NMR谱图中为单蜂。例如C1

1

-CH2-CH2-C1分子中,-CH2上的氢核皆是磁等价核,出现的信号强度相当于4个H核的单峰。也就是说,磁不等价的氢核之间才能发生自旋偶合裂分。如下情况的氢核是磁不等价氢核:

(1)化学环境不相同的氢核;

(2)与不对称碳原子相连的-CH2上的氢核; (3)固定在环上的-CH2中的氢核;

(4)单键带有双键性质时,会产生磁不等价氢核; (5)单键不能自由旋转时,也会产生磁不等价氢核。

上述自旋偶合和裂分的规律,仅适用于一级谱。所谓一级谱是指分子中核之间相互作用时,仅产生简单的裂分行为,且两组偶合核之间的化学位移之差??远大于它们之间的偶合常数,即??/J?6,若??/J?6,为高级谱。

(2)偶合常数J

由自旋偶合作用产生的多重峰,裂分峰的间距称为偶合常数,以J表示,单位为Hz。J值大小表示氢核间相互偶合作用的强弱。偶合常数具有以下规律:

①J值的大小与B。无关。影响J值大小的主要因素是原子核的磁性和分子结构及构象。 ②自旋偶合作用力通过成键的价电子传递,因此,偶合常数J值的大小与两组不同类型氢核之间相隔的化学键数有关。相隔键数越小,J值越大,一般相隔4个单键以上的J值趋近于零,但在共轭?键存在的特殊条件下,仍能观察到自旋裂分现象。 ③两组氢核相互偶合的J值必然相等,即J =J 。 ④一般来说,氢核相互偶合的J值变化范围很大,为l~20Hz。通过双数键偶合的J为负值,通过单数键偶合的J为正值。

11

H与H的偶合常数可分为同碳偶合常数,即指间隔2个单键的偶合,J =10~16 Hz。邻碳偶合常数,即指间隔3个单键的偶合,H-C-C-H,J =5~9 Hz。、运程偶合常数,即指间隔大于3个单键的偶合,J=0~3 Hz ,对?体系较为重要,芳香族及杂原子化合物偶合常数等。

由于偶合常数的大小与外磁场强度无关,主要与原子核的磁性和分子结构及构象有关(如氢核之间的化学键数目、化学键的性质、取代基的电负性、分子立体结构等)。因此,可以根据J值大小及其变化规律,推断分子的结构和构象。

峰面积-各峰的面积(积分高度)正比于质子的数目。因此,核磁共振谱不仅能区分分

49

子中不同类型的质子,还能确定不同类型质子的数目。

三、 核磁共振波谱仪

核磁共振波谱仪按扫描方式不同可分为两大类:连续波核磁共振仪和脉冲傅里叶变换核磁共振仪。

四、 核磁共振波谱法应用

核磁共振波谱法主要用于有机化合物和生化分子结构鉴定。 1.解析化合物结构的一般步骤

(1)获取试样的各种信息和基本数据。如元素分析结果和相对分子质量数据或质谱数据,以获得正确的化学式。

(2) 根据被测物化学式计算该化合物的不饱和度。 (3) 根据积分曲线计算各峰所代表的氢核数。若不知化学式,可以从谱图中明显的甲基质子或其它孤立质子信号推测各峰代表的质子数。

(4) 根据化学位移,先解析比较特征的强峰、单峰。

(5) 解析符合n+1规律的一级谱图,读出J值,找到J值相等的偶合关系。 (6) 合理组合解析所得的结构单元,推出结构式。

(7) 结合UV、IR、MS等结果检查推导的结构式是否合理。 (8) 查阅有关文献和标准谱图,予以验证。 2. 谱图解析举例

例1 化合物C4H10O的质子核磁共振谱如图所示,试推测其结构。

可知为一饱和化合物。从左至右两组峰的积分高度比为8:12,既2:3。由于分子中有l0个氢核,所以?=3.3处有4个氢核,?=1.1处有6个氢核。从两组峰的裂分情况及偶合常数可知,分别有-CH2及-CH3存在,这是典型的-CH2-CH3基团偶合裂分峰,可判断有两个化学位移相同的乙基。从-CH2的?值增至3.3可以确定-CH2连在氧上。因此,该化合物的结构式为 CH3-CH2-O-CH2-CH3

例2 化合物C9H12的质子核磁共振谱如图所示,试推测其结构。

解 根据化学式,该化合物的不饱和度为

50

联系合同范文客服:xxxxx#qq.com(#替换为@)