核磁共振氫譜

核磁共振氫譜

核磁共振氫譜是指利用核磁共振儀記錄下原子在共振下的有關信號繪製的圖譜。在核磁共振氫譜圖中,特徵峰的數目反映了有機分子中氫原子化學環境的種類。

基本概念


氫原子具有磁性,如電磁波照射氫原子核,它能通過共振吸收電磁波能量,發生躍遷。用核磁共振儀可以記錄到有關信號,處在不同環境中的氫原子因產生共振時吸收電磁波的頻率不同,在圖譜上出現的位置也不同,各種氫原子的這種差異被稱為化學位移。利用化學位移,峰面積和積分值以及耦合常數等信息,進而推測其在碳骨架上的位置。
在核磁共振氫譜圖中,特徵峰的數目反映了有機分子中氫原子化學環境的種類;不同特徵峰的強度比(及特徵峰的高度比)反映了不同化學環境氫原子的數目比。

化學位移


氫原子在分子中的化學環境不同,而顯示出不同的吸收峰,峰與峰之間的差距被稱作化學位移;化學位移的大小,可採用一個標準化合物為原點,測出峰與原點的距離,就是該峰的化學位移,現在一般採用(CH)Si(四甲基硅烷TMS)為標準化合物,其化學位移值為0 ppm。

裂分


由於相鄰碳上質子之間的自旋偶合,因此能夠引起吸收峰裂分。例如,一個質子共振峰不受相鄰的另一個質子的自旋偶合影響,則表現為一個單峰,如果受其影響,就表現為一個二重峰,該二重峰強度相等,其總面積正好和未分裂的單峰面積相等。
自旋偶合使核磁共振譜中信號分裂成多重峰,峰的數目等於n+1,n是指鄰近H的數目,例如CH3-CHCl2中CH3的共振峰是1+1=2,因為他鄰近基團CHCl2上只有一個H;-CHCl2的共振峰是3+1=4,因為他鄰近基團-甲基上有三個H。注意,只有當自旋偶合的鄰近H原子都相同時才適用n+1規則。
當自旋偶合的鄰近H原子不相同時,裂分數目為(n+1)(n'+1)(n''+1)。例如化合物Cl2CH-CH2-CHBr2中,兩端兩個基團-CHCl2和-CHBr2中的H並不相同,因而-CH2-應該裂分成為(1+1)(1+1)=4重峰。又如ClCH2-CH2-CH2Br中-CH2-該裂分為(2+1)(2+1)=9重峰

高度法


核磁共振氫譜中,峰的數量就是氫的化學環境的數量,而峰的相對高度,就是對應的處於某種化學環境中的氫原子的數量。使用核磁共振儀自帶的自動積分儀可以對各峰的面積進行自動積分,得到的數值用階梯式積分曲線高度表示出來。
不同化學環境中的H,其峰的位置是不同的。峰的強度(也稱為面積)之比代表不同環境H的數目比。
例:CH3CH2OH中,有3種H,則有3個峰,強度比為:3:2:1。
CH3OCH3中,只有一種H,則有1個峰。
CH2=CH-CH3中,有四種H,個數比為:1:1:1:3
一氯苯中:有3種H,個數比:2:2:1
CH3COOCH3中有2種H,個數比3:3or1:1