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2024-03-07 20:12:32

核磁共振譜_百度百科

譜_百度百科網(wǎng)頁新聞貼吧知道網(wǎng)盤圖片視頻地圖文庫資訊采購百科百度首頁登錄注冊進入詞條全站搜索幫助首頁秒懂百科特色百科知識專題加入百科百科團隊權(quán)威合作下載百科APP個人中心核磁共振譜播報討論上傳視頻無損檢測技術收藏查看我的收藏0有用+10本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目審核。核磁共振波譜法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR ）NMR是研究原子核對射頻輻射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是對各種有機和無機物的成分、結(jié)構(gòu)進行定性分析的最強有力的工具之一，有時亦可進行定量分析。中文名核磁共振譜外文名Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy發(fā)現(xiàn)時間1946年發(fā)現(xiàn)者E.M.珀塞耳和F.布洛赫實????質(zhì)一種無損檢測技術注意問題雜質(zhì)的來源；各向異性效應的影響等目錄1簡史2簡介3原理4應用5注意問題簡史播報編輯核磁共振譜核磁共振現(xiàn)象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人發(fā)現(xiàn)。目前核磁共振迅速發(fā)展成為測定有機化合物結(jié)構(gòu)的有力工具。目前核磁共振與其他儀器配合，已鑒定了十幾萬種化合物。70年代以來，使用強磁場超導核磁共振儀,大大提高了儀器靈敏度,在生物學領域的應用迅速擴展。脈沖傅里葉變換核磁共振儀使得13C、15N等的核磁共振得到了廣泛應用。計算機解譜技術使復雜譜圖的分析成為可能。測量固體樣品的高分辨技術則是尚待解決的重大課題。核磁共振技術可以提供分子的化學結(jié)構(gòu)和分子動力學的信息，已成為分子結(jié)構(gòu)解析以及物質(zhì)理化性質(zhì)表征的常規(guī)技術手段，在物理、化學、生物、醫(yī)藥、食品等領域得到廣泛應用,，在化學中更是常規(guī)分析不可少的手段。 [1]簡介播報編輯核磁共振技術是有機物結(jié)構(gòu)測定的有力手段，不破壞樣品，是一種無損檢測技術。從連續(xù)波核磁共振波譜發(fā)展為脈沖傅立葉變換波譜，從傳統(tǒng)一維譜到多維譜，技術不斷發(fā)展，應用領域也越廣泛。核磁共振技術在有機分子結(jié)構(gòu)測定中扮演了非常重要的角色，核磁共振譜與紫外光譜、紅外光譜和質(zhì)譜一起被有機化學家們稱為“四大名譜”。 [2]核磁共振譜在強磁場中，原子核發(fā)生能級分裂(能級極?。涸?.41T磁場中，磁能級差約為25′10-3J)，當吸收外來電磁輻射(10-9-10-10nm,4-900MHz)時，將發(fā)生核能級的躍遷----產(chǎn)生所謂NMR現(xiàn)象。射頻輻射─原子核(強磁場下，能級分裂)-----吸收──能級躍遷──NMR，與UV-vis和紅外光譜法類似，NMR也屬于吸收光譜，只是研究的對象是處于強磁場中的原子核對射頻輻射的吸收。核磁共振譜1924年Pauli預言了NMR的基本理論：有些核同時具有自旋和磁量子數(shù)，這些核在磁場中會發(fā)生分裂；1946年，Harvard大學的Purcel和Stanford大學的Bloch各自首次發(fā)現(xiàn)并證實NMR現(xiàn)象，并于1952年分享了Nobel獎；1953年Varian開始商用儀器開發(fā)，并于同年做出了第一臺高分辨NMR儀。1956年，Knight發(fā)現(xiàn)元素所處的化學環(huán)境對NMR信號有影響，而這一影響與物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)有關。核磁共振現(xiàn)象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人發(fā)現(xiàn)。核磁共振迅速發(fā)展成為測定有機化合物結(jié)構(gòu)的有力工具。目前核磁共振與其他儀器配合，已鑒定了十幾萬種化合物。70年代以來，使用強磁場超導核磁共振儀,大大提高了儀器靈敏度,在生物學領域的應用迅速擴展。脈沖傅里葉變換核磁共振儀使得C、N等的核磁共振得到了廣泛應用。計算機解譜技術使復雜譜圖的分析成為可能。測量固體樣品的高分辨技術則是尚待解決的重大課題。原理播報編輯根據(jù)量子力學原理，與電子一樣，原子核也具有自旋角動量，其自旋角動量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)I決定，原子核的自旋量子數(shù)I由如下法則確定：1）中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為0；2）中子數(shù)加質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為半整數(shù)（如，1/2, 3/2, 5/2)；核磁共振譜3）中子數(shù)為奇數(shù)，質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為整數(shù)（如，1, 2, 3）。迄今為止，只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核，其核磁共振信號才能夠被人們利用，經(jīng)常為人們所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P。由于原子核攜帶電荷，當原子核自旋時，會產(chǎn)生一個磁矩。這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動量成正比。將原子核置于外加磁場中，若原子核磁矩與外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象類似陀螺在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)動軸的擺動，稱為進動。進動具有能量也具有一定的頻率。進動頻率又稱Larmor頻率：υ=γB/2πγ為磁旋比，B是外加磁場的強度。磁旋比γ是一個基本的核常數(shù)?？梢姡雍诉M動的頻率由外加磁場的強度和原子核本身的性質(zhì)決定，也就是說，對于某一特定原子，在已知強度的的外加磁場中，其原子核自旋進動的頻率是固定不變的。原子核發(fā)生進動的能量與磁場、原子核磁矩、以及磁矩與磁場的夾角相關，根據(jù)量子力學原理，自旋量子數(shù)為I的核在外加磁場中有2I+1個不同的取向，原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍，而不能平滑的變化，這樣就形成了一系列的能級。這些能級的能量為：E= -γhmB/2π式中，h是Planck常數(shù)（普朗克常數(shù)）（6.626x10-34）；m是磁量子數(shù)，取值范圍從-I到+I，即m= -I，-I+1， … I-1，I。當原子核在外加磁場中接受其他來源的能量輸入后，就會發(fā)生能級躍遷，也就是原子核磁矩與外加磁場的夾角會發(fā)生變化。根據(jù)選擇定則，能級的躍遷只能發(fā)生在Δm=±1之間，即在相鄰的兩個能級間躍遷。這種能級躍遷是獲取核磁共振信號的基礎。根據(jù)量子力學，躍遷所需要的能量變化：ΔE=γhB/2π為了讓原子核自旋的進動發(fā)生能級躍遷，需要為原子核提供躍遷所需要的能量，這一能量通常是通過外加射頻場來提供的。當外加射頻場的頻率與原子核自旋進動的頻率相同的時候，即入射光子的頻率與Larmor頻率γ相符時，射頻場的能量才能夠有效地被原子核吸收，為能級躍遷提供助力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場中，只吸收某一特定頻率射頻場提供的能量，這樣就形成了一個核磁共振信號。核磁共振譜核磁共振譜有兩大類：高分辨核磁共振譜儀和寬譜線核磁共振譜儀。高分辨核磁共振譜儀只能測液體樣品，譜線寬度可小于1赫，主要用于有機分析。寬譜線核磁共振譜儀可直接測量固體樣品，譜線寬度達10赫,在物理學領域用得較多。高分辨核磁共振譜儀使用普遍，通常所說的核磁共振譜儀即指高分辨譜儀。按譜儀的工作方式可分連續(xù)波核磁共振譜儀（普通譜儀）和傅里葉變換核磁共振譜儀。連續(xù)波核磁共振譜儀是改變磁場或頻率記譜，按這種方式測譜，對同位素豐度低的核，如C等，必須多次累加才能獲得可觀察的信號，很費時間。傅里葉變換核磁共振譜儀，用一定寬度的強而短的射頻脈沖輻射樣品，樣品中所有被觀察的核同時被激發(fā)，并產(chǎn)生一響應函數(shù)，它經(jīng)計算機進行傅里葉變換，仍得到普通的核磁共振譜。傅里葉變換儀每發(fā)射脈沖一次即相當于連續(xù)波的一次測量，因而測量時間大大縮短。應用播報編輯核磁共振技術在有機合成中，不僅可對反應物或產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)解析和構(gòu)型確定，在研究合成反應中的電荷分布及其定位效應、探討反應機理等方面也有著廣泛應用。核磁共振波譜能夠精細地表征出各個氫核或碳核的電荷分布狀況，通過研究配合物中金屬離子與配體的相互作用，從微觀層次上闡明配合物的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關系，對有機合成反應機理的研究重要是對其產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的研究和動力學數(shù)據(jù)的推測來實現(xiàn)的。 [3]核磁共振是有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定的一個重要手段，一般根據(jù)化學位移鑒定基團；由耦合分裂峰數(shù)、偶合常數(shù)確定基團聯(lián)結(jié)關系；根據(jù)各H峰積分面積定出各基團質(zhì)子比。核磁共振譜可用于化學動力學方面的研究，如分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，化學交換等，因為它們都影響核外化學環(huán)境的狀況，從而譜圖上都應有所反映。核磁共振還用于研究聚合反應機理和高聚物序列結(jié)構(gòu)。H譜、C譜是應用量廣泛的核磁共振譜（見質(zhì)子磁共振譜），較常用的還有F、P、N等核磁共振譜。注意問題播報編輯1）雜質(zhì)的來源：溶劑含雜質(zhì)或重結(jié)晶的溶劑；未分離的化合物2）單鍵帶有雙鍵性質(zhì)時產(chǎn)生不等質(zhì)子3）互相變異構(gòu)現(xiàn)象的存在：如乙酰丙酮中酮式與烯醇式的互變異構(gòu)信號的同時存在4）手性碳原子的存在導致不等價質(zhì)子的存在5）受阻旋轉(zhuǎn)：單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生不等價質(zhì)子6）加重水在測定共振譜時，由于各種活潑氫交換速度不同產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象7）各向異性效應的影響新手上路成長任務編輯入門編輯規(guī)則本人編輯我有疑問內(nèi)容質(zhì)疑在線客服官方貼吧意見反饋投訴建議舉報不良信息未通過詞條申訴投訴侵權(quán)信息封禁查詢與解封?2024?Baidu?使用百度前必讀?|?百科協(xié)議?|?隱私政策?|?百度百科合作平臺?|?京ICP證030173號?京公網(wǎng)安備110000020000

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關于NMR，你想知道的都在這里了 - 知乎首發(fā)于藥物研發(fā)切換模式寫文章登錄/注冊關于NMR，你想知道的都在這里了藥物研發(fā)驛站醫(yī)藥領域從業(yè)者更多內(nèi)容，請關注公眾號：藥品研發(fā)驛站核磁共振波譜法（Nuclear Magnetic Resonance，簡寫為NMR）與紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、質(zhì)譜被人們稱為“四譜”，是對各種有機和無機物的成分、結(jié)構(gòu)進行定性分析的最強有力的工具之一，亦可進行定量分析。(核磁共振儀)原理在強磁場中，某些元素的原子核和電子能量本身所具有的磁性，被分裂成兩個或兩個以上量子化的能級。吸收適當頻率的電磁輻射，可在所產(chǎn)生的磁誘導能級之間發(fā)生躍遷。在磁場中，這種帶核磁性的分子或原子核吸收從低能態(tài)向高能態(tài)躍遷的兩個能級差的能量，會產(chǎn)生共振譜，可用于測定分子中某些原子的數(shù)目、類型和相對位置。分類NMR波譜按照測定對象分類可分為：1H-NMR譜（測定對象為氫原子核）、13C-NMR譜及氟譜、磷譜、氮譜等。有機化合物、高分子材料都主要由碳氫組成，所以在材料結(jié)構(gòu)與性能研究中，以1H譜和13C譜應用最為廣泛。NMR波譜按工作方式可分為兩種：1、連續(xù)波核磁共振譜儀(CW-NMR)射頻振蕩器產(chǎn)生的射頻波按頻率大小有順序地連續(xù)照射樣品，可得到頻率譜；2、脈沖傅立葉變換譜儀（PET-NMR）射頻振蕩器產(chǎn)生的射頻波以窄脈沖方式照射樣品，得到的時間譜經(jīng)過傅立葉變換得出頻率譜。連續(xù)波核磁共振譜儀由磁場、探頭、射頻發(fā)射單元、射頻、磁場掃描單元、] 射頻檢測單元、數(shù)據(jù)處理儀器控制六個部分組成。磁鐵用來產(chǎn)生磁場，主要有三種：頻率大的儀器，分辨率好、靈敏度高、圖譜簡單易于分析。用途除了運用在醫(yī)學成像檢查方面，在分析化學和有機分子的結(jié)構(gòu)研究及材料表征中運用最多。1. 有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定一般根據(jù)化學位移鑒定基團；由耦合分裂峰數(shù)、偶合常數(shù)確定基團聯(lián)結(jié)關系；根據(jù)各H峰積分面積定出各基團質(zhì)子比。核磁共振譜可用于化學動力學方面的研究，如分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，化學交換等，因為它們都影響核外化學環(huán)境的狀況，從而譜圖上都應有所反映。2. 高分子材料的NMR成像技術核磁共振成像技術已成功地用來探測材料內(nèi)部的缺陷或損傷，研究擠塑或發(fā)泡材料，粘合劑作用，孔狀材料中孔徑分布等?？梢员挥脕砀倪M加工條件，提高制品的質(zhì)量。3. 多組分材料分析材料的組分比較多時，每種組分的 NMR 參數(shù)獨立存在，研究聚合物之間的相容性，兩個聚合物之間的相同性良好時，共混物的馳豫時間應為相同的，但相容性比較差時，則不同，利用固體 NMR 技術測定聚合物共混物的馳豫時間，判定其相容性，了解材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及性能優(yōu)異性。此外，在研究聚合物還用于研究聚合反應機理、高聚物序列結(jié)構(gòu)、未知高分子的定性鑒別、機械及物理性能分析等等。樣品制備1、樣品量不同場強需要的樣品量不同，如300兆核磁、分子量是幾百的樣品，測氫譜大約需要2mg以上的樣品，測碳譜大約需要10mg以上。600兆核磁測氫譜大約需要幾百微克。2、氘代試劑的選擇因為測試時溶劑中的氫也會出峰，溶劑的量遠遠大于樣品的量，溶劑峰會掩蓋樣品峰，所以用氘取代溶劑中的氫，氘的共振峰頻率和氫差別很大，氫譜中不會出現(xiàn)氘的峰，減少了溶劑的干擾。在譜圖中出現(xiàn)的溶劑峰是氘的取代不完全的殘留氫的峰。另外，在測試時需要用氘峰進行鎖場。由于氘代溶劑的品種不是很多，要根據(jù)樣品的極性選擇極性相似的溶劑，氘代溶劑的極性從小到大是這樣排列的：苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亞砜、吡啶、甲醇、水。還要注意溶劑峰的化學位移，最好不要遮擋樣品峰。3、是否必須加TMS測試樣品加TMS(四甲基硅烷)是作為定化學位移的標尺，也可以不加TMS而用溶劑峰作標尺。譜圖分析1. 解析核磁共振氫譜一般先確定孤立甲基及類型，以孤立甲基峰面積的積分高度，計算出氫分布；其次是解析低場共振吸收峰（如醛基氫、羰基氫等），因這些氫易辨認，根據(jù)化學位移，確定歸屬；最后解析譜圖上的高級偶合部分，根據(jù)偶合常數(shù)、峰分裂情況及峰型推測取代位置、結(jié)構(gòu)異構(gòu)、立體異構(gòu)等二級結(jié)構(gòu)信息。2. 解析核磁共振碳譜一般先查看全去偶碳譜上譜線數(shù)與分子式中所含碳數(shù)是否相同？數(shù)目相同說明每個碳的化學環(huán)境都不同，分子無對稱性；數(shù)目不相同（少）說明有碳的化學環(huán)境相同，分子有對稱性；然后由偏共振譜，確定與碳偶合的氫數(shù)；最后由各碳的化學位移，確定碳的歸屬。3. 結(jié)合碳譜和氫譜C譜和H譜可互相補充。H譜不能測定不含氫的官能團，如羰基和氰基等；對于含碳較多的有機物，如甾體化合物，常因烷氫的化學環(huán)境相似，而無法區(qū)別，這是氫譜的弱點；而碳譜彌補了氫譜的不足，它能給出各種含碳官能團的信息，幾乎可分辨每一個碳核，能給出豐富的碳骨架信息。但是普通碳譜的峰高常不與碳數(shù)成正比是其缺點，而氫譜峰面積的積分高度與氫數(shù)成正比，因此二者可互為補充。常見類型的有機化合物的化學位移4. 如何計算偶合常數(shù)？在網(wǎng)上有這樣一個求助帖：請教偶合常數(shù)的計算，比如：—OCH2CH3 這兩個碳上的氫之間的化學位移差值一般超過2了，400M核磁，那再乘以400的話，偶合常數(shù)豈不是快一千了？首先我們得搞明白偶合常數(shù)的定義：自旋偶合會產(chǎn)生共振峰的分裂后，兩裂分峰之間的距離（以Hz為單位）稱為偶合常數(shù)。不是兩組氫之間化學位移的差值，而是一組峰中相鄰兩個峰之間的化學位移的差值！可以從偶合常數(shù)看出基團間的關系，鄰位偶合常數(shù)較大，遠程偶合常數(shù)較小。還可以利用Kapulus公式計算鄰位氫的二面角。對于有雙鍵的化合物，順式的氫之間偶合常數(shù)為6～10Hz，反式的氫之間偶合常數(shù)為12～16Hz。常見問題1、元素周期表中所有元素都可以測出核磁共振譜嗎？不是。首先，被測的原子核的自旋量子數(shù)要不為零；其次，自旋量子數(shù)最好為1/2（自旋量子數(shù)大于1的原子核有電四極矩，峰很復雜）；第三，被測的元素（或其同位素）的自然豐度比較高（自然豐度低，靈敏度太低，測不出信號）。2、怎么在H譜中更好的顯示活潑氫？與O、S、N相連的氫是活潑氫，想要看到活潑氫一定選擇氘代氯仿或DMSO做溶劑。在DMSO中活潑氫的出峰位置要比CDCl3中偏低場些?；顫姎溆捎谑軞滏I、濃度、溫度等因素的影響，化學位移值會在一定范圍內(nèi)變化，有時分子內(nèi)的氫鍵的作用會使峰型變得尖銳。3、怎么做重水交換？為了確定活潑氫，要做重水交換。方法是：測完樣品的氫譜后，向樣品管中滴幾滴重水（不宜加入過多，一般1-2滴即可），振搖一下，再測氫譜，譜中的活潑氫就消失了。醛氫和酰胺類的氨基氫交換得很慢，需要長時間放置再測譜或者用電吹風加熱一下，放置一會再進行檢測。此時會發(fā)現(xiàn)譜圖中水峰信號增強，在CDCl3中此時的HDO峰會在4.8ppm的位置。此外，甲醇和三氟醋酸都有重水交換作用，看不到活潑氫的峰。4、解析合成化合物的譜、植物中提取化合物的譜和未知化合物的譜，思路有什么不同？合成化合物的結(jié)果是已知的，只要用譜和結(jié)構(gòu)對照就可以知道化合物和預定的結(jié)構(gòu)是否一致。對于植物中提取化合物的譜，首先應看是哪一類化合物，然后用已知的文獻數(shù)據(jù)對照，看是否為已知物，如果文獻中沒有這個數(shù)據(jù)則繼續(xù)測DEPT譜和二維譜，推出結(jié)構(gòu)。對于一個全未知的化合物，除測核磁共振外，還要結(jié)合質(zhì)譜、紅外、紫外和元素分析，一步步推測結(jié)構(gòu)。5、配制樣品為什么要用氘代試劑？怎樣選擇氘代試劑？因為測試時溶劑中的氫也會出峰，溶劑的量遠遠大于樣品的量，溶劑峰會掩蓋樣品峰，所以用氘取代溶劑中的氫，氘的共振峰頻率和氫差別很大，氫譜中不會出現(xiàn)氘的峰，減少了溶劑的干擾。在譜圖中出現(xiàn)的溶劑峰是氘的取代不完全的殘留氫的峰。另外，在測試時需要用氘峰進行鎖場。由于氘代溶劑的品種不是很多，要根據(jù)樣品的極性選擇極性相似的溶劑，氘代溶劑的極性從小到大是這樣排列的：苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亞砜、吡啶、甲醇、水。還要注意溶劑峰的化學位移，最好不要遮擋樣品峰。更多內(nèi)容，請關注公眾號：藥品研發(fā)驛站發(fā)布于 2019-08-05 13:38?贊同 111??14 條評論?分享?喜歡?收藏?申請轉(zhuǎn)載?文章被以下專欄收錄藥

一文讀懂核磁共振（NMR）（一） - 知乎

一文讀懂核磁共振（NMR）（一） - 知乎首發(fā)于歡迎關注碩博測試圈公眾號-更多測試資訊切換模式寫文章登錄/注冊一文讀懂核磁共振（NMR）（一）云云?一、原理及產(chǎn)生1.核磁共振是指具有固定磁矩的原子核在恒定磁場與交變磁場的作用下，自旋核吸收特定頻率的電磁波，從較低能級躍遷到較高能級，與交變磁場發(fā)生能量交換的現(xiàn)象。NMR信號時發(fā)射出的電磁射線的物理現(xiàn)象，與核密度成一定比例。因此可以用NMR信號來反映樣品的化學結(jié)構(gòu)、分子或原子的擴散系數(shù)、反應速率、化學變化以及其他性質(zhì)。原子核的自旋運動,不同的原子核，自旋運動的情況不同，它們可以用核的自旋量子數(shù)I來表示。自旋量子數(shù)與原子的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)之間存在一定的關系，大致分為三種情況。分類質(zhì)量數(shù)原子序數(shù)自旋量子數(shù)INMR信號I偶數(shù)偶數(shù)0無II偶數(shù)奇數(shù)1,2,3，…（I為整數(shù)）有III奇數(shù)奇數(shù)或偶數(shù)0.5,1.5，2.5，…（I為半整數(shù)）有2.弛豫過程根據(jù)玻爾茲曼定律，受激態(tài)磁核與低能級磁核保持一定比例的平衡。受激態(tài)高能級磁核，失去能量回到低能級磁核的非輻射過程，稱為弛豫。a.橫向弛豫受激態(tài)高能級磁核將能量傳遞給同種低能級磁核，自身回到低能級磁核的過程。1/T1b.縱向弛豫:受激態(tài)高能級磁核將能量傳遞給周圍的介質(zhì)粒子，自身回復到低能磁核的過程。1/T2二、光譜類型原則上凡自旋量子數(shù)不為零的原子核均能測得 NMR信號，但目前為止僅限于1H、13C、19F、31P、15N等原子核，其中氫譜和碳譜應用最為廣泛。三、基本參數(shù)1.化學位移在實際測定化合物時發(fā)現(xiàn)，分子中相同的原子核，由于所處的化學環(huán)境不同，屏蔽常數(shù)不同，其共振頻率因而也不相同，也就是說共振頻率發(fā)生了變化。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因主要是由于原子核周圍存在電子云，在不同的化學環(huán)境中，核周圍電子云密度是不同的。當原子核處于外磁場中時，核外電子運動要產(chǎn)生感應磁場，核外電子對原子核的這種作用就是屏蔽作用。一般地，把分子中同類磁核，因化學環(huán)境不同而產(chǎn)生的共振頻率的變化量，即在圖譜上反映出譜峰位置的移動，稱為化學位移?；瘜W位移:同一種原子核在不同化學環(huán)境中具有不同的核磁共振信號頻率，通常以四甲基硅烷為基準進行衡量。a.產(chǎn)生原理抗磁屏蔽效應:原子核外具有高度對稱的電子云在外加磁場作用下，將產(chǎn)生相反方向的感應磁場。使磁核所受的實際磁場強度小于外加磁場強度H0。順磁屏蔽效應:原子核外具有非球形對稱的電子云在外加磁場作用下將產(chǎn)生同方向的感應磁場，使磁核所受實際磁場強度高于外加磁場強度H0。遠磁屏蔽效應:除了磁核自身的核外電子云外，遠處各類原子或基團的成鍵電子云也將產(chǎn)生感應磁場，使磁核所受磁場強度高于或低于外加磁場H0。2.自旋耦合和自旋分裂由于相鄰磁核在外加磁場作用下發(fā)生取向，高分辨下將導致譜峰分裂。峰的裂分原因:相鄰兩個氫核之間的自旋耦合。3.共振信號強度核磁共振曲線上各峰積分面積對應于磁核數(shù)量，通過積分面積之比可以確定化合物的結(jié)構(gòu)組成等定量信息。4.核磁共振譜圖的形式譜圖中化合物的信息(1)峰的組數(shù):標志分子中磁不等價質(zhì)子的種類，多少種H。(2)峰的強度(面積):每類質(zhì)子的數(shù)目(相對)，多少個H。(3)峰的位移(δ):每類質(zhì)子所處的化學環(huán)境，化合物中位置。(4)峰的裂分數(shù):相鄰碳原子上H質(zhì)子數(shù)。(5)偶合常數(shù)(J）:確定化合物構(gòu)型。譜圖解析(1)由分子式求不飽和度。(2)由積分曲線求各組1H核的相對數(shù)目。(3)解析各基團。(4)由化學位移，耦合常數(shù)和峰數(shù)目用一級譜解析氫核的化學結(jié)構(gòu)單元。(5)推斷結(jié)構(gòu)并加以驗證。解析補充：單鍵對不飽和度不產(chǎn)生影響，因此烷烴的不飽和度是0(所有原子均已飽和)。1.一個雙鍵(烯烴亞胺、羰基化合物等)貢獻1個不飽和度。2.一個三鍵(炔烴、腈等)貢獻2個不飽和度。3.一個環(huán)(如環(huán)烷烴)貢獻1個不飽和度。4.環(huán)烯烴貢獻2個不飽和度。5.一個苯環(huán)貢獻4個不飽和度。6.一個碳氧雙鍵貢獻1個不飽和度。7.一個-NO2貢獻1個不飽和度。四、應用領域1.分子結(jié)構(gòu)的測定。2.生物膜和脂質(zhì)的多形性研究。 3.化學位移各向異性的研究。4.脂質(zhì)雙分子層的脂質(zhì)分子動態(tài)結(jié)構(gòu)。 5.金屬離子同位素的應用。6.生物膜蛋白質(zhì)--脂質(zhì)的互相作用。 7.動力學核磁研究。8.壓力作用下血紅蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。 9.質(zhì)子密度成像。 10.生物體中水的研究。11.T1T2成像。 12.生命組織研究中的應用。 13.化學位移成像。 14.生物化學中的應用。 15.其它核的成像。 16.在表面活性劑方面的研究。 17.指定部位的高分辨成像。 18.原油的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析。19.元素的定量分析。 20.瀝青化學結(jié)構(gòu)分析。 21.有機化合物的結(jié)構(gòu)解析。22.涂料分析。 23.表面化學。 24.農(nóng)藥鑒定。25.有機化合物中異構(gòu)體的區(qū)分和確定。26.食品分析。27.大分子化學結(jié)構(gòu)的分析。 28.藥品鑒定。發(fā)布于 2021-09-29 13:55科研核磁共振?贊同 73??3 條評論?分享?喜歡?收藏?申請轉(zhuǎn)載?文章被以下專欄收錄歡迎關注碩博測試圈公眾號-更多測試資訊碩博圈生活、實驗、測試、資訊等相關

核磁共振波譜法_百度百科

波譜法_百度百科網(wǎng)頁新聞貼吧知道網(wǎng)盤圖片視頻地圖文庫資訊采購百科百度首頁登錄注冊進入詞條全站搜索幫助首頁秒懂百科特色百科知識專題加入百科百科團隊權(quán)威合作下載百科APP個人中心核磁共振波譜法播報討論上傳視頻將核磁共振現(xiàn)象應用于測定分子結(jié)構(gòu)的譜學技術收藏查看我的收藏0有用+10本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目審核。核磁共振波譜法（英語：Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy，簡稱 NMR spectroscopy 或 NMRS ），又稱核磁共振波譜，是將核磁共振現(xiàn)象應用于測定分子結(jié)構(gòu)的一種譜學技術。核磁共振波譜的研究主要集中在氫譜和碳譜兩類原子核的波譜。人們可以從核磁共振波譜上獲取很多信息，正如同紅外光譜一樣，核磁共振波譜也可以提供分子中化學官能團的數(shù)目和種類，但除此之外，它還可以提供許多紅外光譜無法提供的信息。核磁共振波譜對自然科學研究有著深遠的影響，人們不僅可以借助它來研究反應機理，還可以用來研究蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)與功能。供研究的核磁樣品可為液體或固體。波譜這一譯名是科學家丁渝提出的。中文名核磁共振波譜法外文名Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy領????域結(jié)構(gòu)生物學功????能確定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)特????點分辨率高目錄1簡介2歷史3基本的NMR技術?共振頻率?樣品處理?氘代NMR溶劑4相關譜5固態(tài)核磁共振光譜6生物分子核磁共振光譜?蛋白質(zhì)?核酸?糖類7另見簡介播報編輯核磁共振波譜法（英語：Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy，簡稱 NMR spectroscopy 或NMRS），又稱核磁共振波譜，是將核磁共振現(xiàn)象應用于測定分子結(jié)構(gòu)的一種譜學技術。核磁共振波譜的研究主要集中在氫譜和碳譜兩類原子核的波譜。人們可以從核磁共振波譜上獲取很多信息，正如同紅外光譜一樣，核磁共振波譜也可以提供分子中化學官能團的數(shù)目和種類，但除此之外，它還可以提供許多紅外光譜無法提供的信息。核磁共振波譜對自然科學研究有著深遠的影響，人們不僅可以借助它來研究反應機理，還可以用來研究蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)與功能。供研究的核磁樣品可為液體或固體。波譜這一譯名是科學家丁渝提出的。 [1]歷史播報編輯哈佛大學的珀塞爾小組和斯坦福大學的布洛赫小組在1940年代末和50年代初獨立開發(fā)了核磁共振波譜法。因為他們的發(fā)現(xiàn)，愛德華·珀塞爾（Edward Mills Purcell）和費利克斯·布洛赫（Felix Bloch）分享了1952年度的諾貝爾物理學獎。 [1]基本的NMR技術播報編輯共振頻率當放置在磁場中時，核磁共振活性的原子核（比如1H和13C），以同位素的頻率特性吸收電磁輻射。共振頻率，原子核吸收的能量以及信號強度與磁場強度成正比。比方說，在場強為21特斯拉的磁場中，質(zhì)子的共振頻率為900MHz。盡管其他磁性核在此場強下?lián)碛胁煌墓舱耦l率，但人們通常把21特斯拉和900MHz頻率進行直接對應。樣品處理核磁共振波譜儀通常由一個旋轉(zhuǎn)的樣品架，一個非常強的磁鐵，一個射頻發(fā)射器和一個接收器組成，探頭（天線組件）在磁鐵內(nèi)部環(huán)繞樣品，可選擇用于擴散測量的梯度線圈和電子設備來控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)樣品是平均擴散運動所必需的。而擴散常數(shù)（擴散有序光譜法或DOSY）的測量是在樣品靜止和離心的情況下進行的，流動池可用于在線分析工藝流程。氘代NMR溶劑NMR溶液中的絕大多數(shù)原子核屬于溶劑，大多數(shù)常規(guī)溶劑是烴，并含有NMR響應的質(zhì)子。因此，氘（氫-2）被取代（99+%）。雖然氘氧化物 (D2O)和氘代DMSO(DMSO-d6)用于親水分析物，氘代苯也是常見的，但氘代溶劑最常用的是氘代氯仿(CDCl3)。取決于電子溶劑化效應，不同溶劑中的化學位移稍有不同。NMR波譜通常相對于已知的溶劑殘余質(zhì)子峰值，而不是添加的四甲基硅烷進行校準。 [1]相關譜播報編輯主條目：關聯(lián)性磁振頻譜相關譜（Correlation Spectroscopy）是二維核磁波譜的一種，常常簡寫為COSY。其它二維譜還包括J頻譜（J-spectroscopy），交換頻譜（EXSY，Exchange spectroscopy），核歐佛豪瑟效應頻譜（NOESY，Nuclear Overhauser effect spectroscopy），全相關譜（TOCSY，total correlation spectroscopy），近程碳氫相關（HSQC，Heteronuclear single quantum coherence），遠程碳氫相關（HMBC，Heteronuclear multiple bond coherence）等。二維譜在解析分子結(jié)構(gòu)方面可比一維譜提供更多的信息，特別是用一維譜解析復雜分子結(jié)構(gòu)遇到困難的時候，二維譜可以提供幫助。歷史上首次二維譜實驗方法由比利時布魯塞爾自由大學（Université Libre de Bruxelles）教授讓·吉納（Jean Jeener）于1971年提出，之后其實驗操作由沃爾特·歐（Walter P. Aue），恩里克·巴爾托爾蒂（Enrico Bartholdi）和理查德·恩斯特（Richard R. Ernst）完成，并于1976年發(fā)表。 [1]固態(tài)核磁共振光譜播報編輯液體核磁樣品如果放在某些特定的物理環(huán)境下，是無法進行研究的，而其它原子級別的光譜技術對此也無能為力。但在固體中，像晶體，微晶粉末，膠質(zhì)這樣的，偶極耦合和化學位移的磁各向異性將在核自旋系統(tǒng)占據(jù)主導，在這種情況下如果使用傳統(tǒng)的液態(tài)核磁技術，譜圖上的峰將大大增寬，不利于研究。已經(jīng)有一系列的高分辨率固體核磁技術被研發(fā)出來。高解析固體核磁技術包含兩個重要概念，即通過高速旋轉(zhuǎn)來限制分子自取向和消除磁各向異性，對于后者，最常用的旋轉(zhuǎn)方式是魔角旋轉(zhuǎn)（Magic angle spinning），即旋轉(zhuǎn)軸和主磁場的夾角為54.7°。固體核磁技術常被用于膜蛋白，蛋白纖維和聚合物的結(jié)構(gòu)探究，以及無機化學中的化學分析。但同樣可被應用于研究于樹葉和燃油。 [1]生物分子核磁共振光譜播報編輯蛋白質(zhì)利用核磁譜研究蛋白質(zhì)，已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)生物學領域的一項重要技術手段。X射線單晶衍射和核磁都可獲得高分辨率的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，不過核磁常局限于35kDa以下的小分子蛋白，盡管隨著技術的進步，稍大的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)也可以被核磁解析出來。另外，獲得本質(zhì)上非結(jié)構(gòu)化（Intrinsically Unstructured）的蛋白質(zhì)的高分辨率信息，通常只有核磁能夠做到。蛋白質(zhì)分子量大，結(jié)構(gòu)復雜，一維核磁譜常顯得重疊擁擠而無法進行解析，使用二維，三維甚至四維核磁譜，并采用C和N標記可以簡化解析過程。另外，NOESY是最重要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析方法之一，人們通過NOESY獲得蛋白質(zhì)分子內(nèi)官能團間距，之后通過電腦模擬得到分子的三維結(jié)構(gòu)。核酸“核酸核磁共振”是利用核磁共振光譜學獲得關于多核酸如DNA或RNA的結(jié)構(gòu)和動力學的信息。截至2003年，所有已知RNA結(jié)構(gòu)中近一半已通過核磁共振波譜法確定。核酸和蛋白質(zhì)核磁共振波譜相似但存在差異。核酸具有較小的氫原子百分比，這是在NMR光譜學中通常觀察到的原子，并且因為核酸雙股螺旋是剛性的且大致線性的，所以它們不會自行折疊以產(chǎn)生“長程”相關性。通常用核酸完成的NMR的類型是H或質(zhì)子NMR，13C NMR，15N NMR和31P NMR。幾乎總是使用二維核磁共振波譜方法，例如相關光譜學（COSY）和總相干轉(zhuǎn)移光譜學（TOCSY）來檢測穿透式核耦合，核歐佛豪瑟效應(Nuclear Overhauser effect)光譜法（NOESY）來檢測彼此在空間上靠近的核之間的耦合。糖類糖類核磁共振光譜解決糖類結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的問題。 [2]另見播報編輯核磁共振核磁共振成像核磁管丁渝新手上路成長任務編輯入門編輯規(guī)則本人編輯我有疑問內(nèi)容質(zhì)疑在線客服官方貼吧意見反饋投訴建議舉報不良信息未通過詞條申訴投訴侵權(quán)信息封禁查詢與解封?2024?Baidu?使用百度前必讀?|?百科協(xié)議?|?隱私政策?|?百度百科合作平臺?|?京ICP證030173號?京公網(wǎng)安備110000020000

如何迅速看懂一張核磁共振氫譜圖？ - 知乎

如何迅速看懂一張核磁共振氫譜圖？ - 知乎首頁知乎知學堂發(fā)現(xiàn)等你來答?切換模式登錄/注冊有機化學分析化學核磁共振原子與分子物理如何迅速看懂一張核磁共振氫譜圖？給沒有相關專業(yè)背景的人講解有機化合物的核磁共振，怎樣簡潔明瞭地闡釋其核心或要點？顯示全部 ?關注者402被瀏覽981,186關注問題?寫回答?邀請回答?好問題 82?1 條評論?分享?17 個回答默認排序知乎用戶寫在開頭，如果你對本文有任何疑問，或者發(fā)現(xiàn)任何錯誤，請及時指出，我會及時做出更改。（別吝嗇給個贊再走，我看到好多只收藏不點贊的白嫖，哼！）另外: 我真的沒空解答問題，問的人太多了，而且我有自己的工作，我一天下來挺忙的。3. 核磁共振 Nuclear Magnetic Resonance （NMR）核磁共振有包含了 H1-NMR, C13-NMR, DEPT, COSY 等分析技術我先講H1-NMR吧，其他的如果需要我再寫（昨晚想了半天，不講電子自旋沒法解題，必須一步一步的來）3.1. H1-NMR 核磁共振氫譜化學位移（chemical shift）：同種核由于在分子中的化學環(huán)境不同而在不同共振磁感應強度下的吸收峰，這稱為化學位移。屏蔽效應和化學位移起因：分子中磁性核不是完全裸漏的，質(zhì)子被價電子包圍著，這些電子在外界磁場的作用下發(fā)生循環(huán)的流動，會產(chǎn)生一個感應磁場，感應磁場與外界磁場相反，所以，質(zhì)子實際上感受到有效的磁感應強度應是外界磁場強度減去磁場強度。B有效 = B0（1-\sigma）=B0-\sigma B0=B0-B感應核外電子對核產(chǎn)生的這種作用稱為屏蔽效應downfield ＆ upfield影響化學位移的因素3.1.1.電負性：電負性大的原子（或者基團）吸電子能力強吸電子基團降低了氫核周圍電子云的密度，屏蔽效應就降低了，質(zhì)子化學位移向低場移動，左移同理，給電子基團-----》氫核周圍電子云密度上升 -----》化學位移向高場3.1.2. 各向異性效應當分子中某些基團的電子云排布不成球形對稱，它對臨近的氫核產(chǎn)生一個各向異性效應的磁場，從而使得某些空間位置接受屏蔽，某些空間位置上去屏蔽（就是沒有被屏蔽）以下，我給出三個例子，來自我的筆記（出處：基礎有機化學邢大本）各向異性效應例一各向異性效應例二例三（看不懂的字請問，怕我字體太難看，有些字你看不懂)下面我們說耦合常數(shù) coupling constant想必，你們一定學了這個東西啦，耦合常數(shù)定義我就不給你寫了，你書上寫的比我說的要清楚，然后，你也應該n+1定律，不明白的話我再說一遍好啦所謂n+1信號，就是一個質(zhì)子發(fā)生的信號會被分裂成兩個（n個質(zhì)子發(fā)生的信號會被分裂成n+1個）但是注意了，如果一個質(zhì)子被兩個質(zhì)子裂分，的確會看到一個三重峰（被裂分成了2+1個峰），但是這僅僅是這個兩個質(zhì)子（-CH2亞甲基)是在同一個環(huán)境中，如果兩個質(zhì)子不是等位氫，那么你就會看到兩個雙重峰。所以我們看到三重峰啥意思呢？？有個碳旁邊的一個碳，它是CH2兩個二重峰啥意思？有個碳旁邊有兩個碳，每個碳上都有個H四重峰，旁邊有 CH3, 雙雙雙重峰，旁邊有個三個CH（兩個CH是雙雙重峰，三個就是雙雙雙了，能理解？）下面我們看題不用看管其他，我們就看產(chǎn)物三，產(chǎn)物三給出了兩組核磁共振氫譜，因為產(chǎn)物三用兩種同分異體，化合物1在被硼氫化鈉還原羰基的時候，出現(xiàn)了一個立體性選擇的問題，所以導致了醇羥基不知道是上面還是下面，那么我們根據(jù)這個數(shù)值，來分辨以下，表1（左邊）和表2（右邊）各代表哪個產(chǎn)物。首先不要管羥基和胺上的H，題中說數(shù)據(jù)里沒有給。我們看第一個結(jié)構(gòu)式，里面有四個不同位置的氫，已經(jīng)很好分辨是右表了，同理，第二個就是左表。但是我們一個一個分析每個氫的數(shù)據(jù)。第一個結(jié)構(gòu)式H2 和 H3 不是同一個位置，所以他倆對H1的影響就會是一個雙雙重峰（double doublet）所以 H1 ---》 dd （double doublet）再看 H2 同理，一樣被H1和H3裂分成一個雙雙重峰。我們再看 H3 被三個不同位置的氫裂分（H1 H2 H4) 所以你會看到雙雙雙重峰（double double doublet）H3 ---》ddd H4？周圍只有H3，兩個H3 所以被裂分為（注意是兩個H3，相當于CH2，根據(jù)n+1）一個三重峰（triplet）問題來了，我們?nèi)绾螀^(qū)分H1 和 H2 都是雙雙重峰啊如果兩個氫為180° 則耦合常數(shù)在10-12hz，若是 60° 耦合常數(shù)在2-5hz我們畫出椅式結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn) H2 與 H3 是 60°，H1 和 H3 是 180°所以根據(jù)右表可以知道 J H1-H3 =10.2 Hz, JH2-H3 =4.4 Hz綜上所述3.72 (2H, ddd, J 10.2, 8.5, 4.4 Hz) 為 H33.46 (1H, t, J 8.5 Hz) 為 H43.40 (2H, dd, J 12.7, 4.4 Hz) 為 H1 2.86 (2H, dd, J 12.7, 10.2 Hz) 為 H2對于左表，你喜歡的話，你也可以分析一下。給一個我的分析結(jié)果我們說一個簡單的吧，看題首先積分比為 1：3：6對應的分別是七重峰單峰雙重峰算一下不飽和度（（4*2+2）-10）/2=0\frac{碳原子數(shù)\times 2 ＋2 - 氫原子數(shù)}{2}= 不飽和度算不飽和度的目的是看這個結(jié)構(gòu)式里有沒有雙鍵或者環(huán)。不飽和度=1 含有一個雙鍵，或者環(huán)不飽和度=2 含有兩個雙鍵，或者一個三鍵，或者兩個環(huán)，或者一個雙鍵和一個環(huán)不飽和度=4 可能含有苯環(huán)這個結(jié)構(gòu)式里面全部都是碳碳單鍵，因為不飽和度為0分析峰值 a. 七重峰根據(jù)n+1，說明旁邊有六個等位氫把一個氫原子裂分了很可能是兩個CH3 b. 單峰，說明有一個碳上一個氫都沒有（當n=0時，n+1=1 單峰）c. 雙重峰，說明一個氫被另外一個氫裂分，積分為6，說明有六個等位氫被一個氫裂分了。為什么是醚而不是醇？從峰的耦合常數(shù)我們可以看出來，與電負性基團相連（醚鍵），向低場位移?；蛘?。。。。查紅外光譜，看官能團的峰位。這時候就體現(xiàn)出紅外的作用了。令群眾要求，更新一下C13-NMR 和 COSY 所有內(nèi)容都是全部手打，更新可能會很慢，也會很長，希望觀看之余點個贊，謝啦3.2 C13-NMR 碳譜開始的時候先簡單介紹下，讓我們再回歸到最開始的地方，自旋，而且我發(fā)現(xiàn)了一個很可怕的東西，我最開始沒有講自旋，那在這里我就慢慢的給大家介紹好了，我也是一個小菜B，化學學的一般，所以我就用我最淺顯的語言來講給大家好啦，以下的內(nèi)容不會有太多像教科書上的東西，即使有，我也會解釋的?？床欢挠浀脝栁遥F(xiàn)在我們開始。我們先說，自旋（spin），學過化學的都知道，大學化學里有很多奇奇怪怪超過人認知的東西，例如成鍵軌道，反鍵軌道，這些東西。我們看書，書上說“自旋是粒子的一個內(nèi)稟性質(zhì)”。故名思意，自旋就是自己轉(zhuǎn)圈圈，我敢肯定，你腦子里的模型一定是一個地球在自轉(zhuǎn)的樣子，正好符合了自旋這個東西，但是事實不是的，你可以這樣理解，事實上是粒子會自己產(chǎn)生一個角動量，然后形成‘自旋’這個東西。具體是如何產(chǎn)生的，可能以我的學識，給大家解釋清楚特別困難，并且說多了就跑題了。綜上所述，你要接受一個觀點就是，一個粒子從‘出生’開始就帶有一個內(nèi)稟性質(zhì)，這個性質(zhì)叫做自旋（角動量），就像你出生就可以確定是男生還是女生了，或者是雙性人。大概就這個意思。你接受這個觀點以后，我們再繼續(xù)往下進行，一個自旋為1/2的粒子，會產(chǎn)生一個磁場，而和外部的磁場相互作用就會讓你看到核磁共振信號，但是自旋為0的粒子，就不會。例如C12他的自旋為0,沒有核磁共振信號，但是C13就會產(chǎn)生核磁共振信號，因為C13的自旋為1/2.如果以上你沒看明白，那么沒關系，我們之間進入正題，C13-NMR（如果你沒看明白還想去搞明白，那么建議你去B站搜媽咪說的視頻，有一期講自旋的，講的特別詳細）C13的化學位移是用四甲基硅烷作為標準的，規(guī)定四甲基硅烷的化學位移為0，然而，影響C13的化學位移因素特別多，電子屏蔽和周圍電子云的密度都會有影響。廢話不多說，直接上題。以下例題12道，都是我自己的筆記上來的，我們一邊講，一邊學，希望你也可以把這12道題抄下來，仔細搞懂12道題。基本就沒什么問題了。例1（當然我的答案給出來了。。。我懶得去答案了，我就來解釋一下這些來源好了，我今天撐死寫幾個例子，我還要去學有機，這幾天慢慢的給大家寫完）我們看這個例子，一用四個峰，化合物結(jié)構(gòu)式也給你了，要你匹配四個碳分別對應哪四個峰，這個化合物我們很清晰的可以看出，四個碳的化學環(huán)境不同，沒有等位碳（看不出來的私我）第一點，先記住（敲黑板，劃重點，記筆記）醚，酯，醇類的化合物，化學位移均在50-100解釋：也就是是和醚，酯，醇，這些基團直接相鏈接的碳，它的化學位移大概在50-100那么為什么？解釋：碳原子和氧原子相連，氧的電負性大，所以向低場位移（變大）這樣我們就可以如圖碳b的位置了吧。現(xiàn)在問題來了，碳a和碳c距離氧的位置一樣啊，我該如何區(qū)分ac呢？第二點，一般情況下！二級碳的化學位移大于一級碳，同理三級碳的化學位移大于二級碳化學位移 3°＞2°＞1°碳a是一級碳，而碳c是二級碳，所以！ac的位置我們可以確定了。其次d就很好判斷了，也因為d離氧最遠，所以向低場位移（變小）看看我們從第一道題里學到了什么？醚醇酯的化學位移碳的級數(shù)化學位移和電負性原子越近化學位移越大，反之越遠越小我們繼續(xù)看題。。。例2化合物五個碳，峰有四個，c峰為最大，d為最小，a的高度為其他的二倍?；衔锱c碳b相連的兩個甲基a為等位碳，其他都不存在等位碳。請問誰的化學位移最?。拷忉專禾糳的化學位移最小，因為碳d為一級碳。問題又來了，a也是一級碳，為什么a的比d大？解釋：因為，與a相連的是3級碳，而與d相連的卻是2級碳如圖，方框里的數(shù)字是我標記的相連碳的級數(shù)，例如碳a，他和三級碳相連，方框里數(shù)字就是3，而碳c他和兩個一級一個二級碳相連（2+1+1）數(shù)字為4，其他同理所以，得出結(jié)論，如果碳的級數(shù)一樣，誰鏈接的碳級數(shù)越大，誰的化學位移就高這也就是為什么a要大于d的原因。在解釋c和d，以上很好判別，三級碳的位移要大于二級碳，我上面說過了，所以不做太多贅述。例3看這個題，我圓圈里寫的數(shù)字就是和與之相連的碳的級數(shù)相加，例如碳b，和它相連的有兩個一級碳（碳a）和一個二級碳，所以是4（2+1+1）。其他同理?？磮D譜，先找最低和最高，圓圈里面的數(shù)字最低是2，最高是5。分別對應碳e和碳c，最低和最高就找到了，其次碳a有兩個等位碳，所以，最高的峰為是a。現(xiàn)在就是分清碳b和碳d，不用多說，b是4，d是3，所以b要比d大，依次判斷。例4（翻譯）如圖是戊烷C-13NMR圖譜，顯示了三個信號化學位移分別是14，23和34ppm，請匹配這個三個化學位移分別對應哪一個碳。首先bc都是2級別碳，但是唯獨a是一級碳，所以呢。。。a的化學位移最小。比較bc的化學位移還是看和它們相連碳的級數(shù)，圓圈里我算出來的分別是3和4，所以b大于c。例5一樣的分析過程，一樣的套路。我們就用這道題來結(jié)束一下烷烴的圖譜吧。這道題我就不解釋了，不懂得問我就好了。下面我們來說一個新的章節(jié)（我真的后悔寫這個回答了，真的好長，我真的是在給自己挖坑填）化學位移和電負性的關系。如圖可見，隨著官能團上的原子電負性增加，其與之相連的碳的化學位移越來越大。（感謝 @求解小白指出的錯誤，這里已經(jīng)做修改）和電負性強的原子相連的碳，化學位移一定比沒用相連的大，或者說靠近。下面給出幾個例子左上，和氯直接相連的碳就要比沒用鏈接的要大。圖示（碳a大于碳c）右上，最右邊的一級碳離氯的距離要比最右邊的一級碳近，所以同樣兩個一級碳最左邊的碳化學位移大。（無視一些標注數(shù)字，當時筆記有誤,看我這里寫的就行）左中，由于溴的電負性不大，所以碳a的化學位移并沒有碳b大左下，碳a和碳b的鏈接數(shù)都是2，但是碘的電負性更小，所以b的化學位移大于a。上面給出了不同的醇的碳原子化學位移左邊和右邊的例子相比較都說明了碳相連的級數(shù)越高，化學位移越大。繼續(xù)例題例6（翻譯）如圖所示圖譜吧啦吧啦。。告訴你了這個物質(zhì)分子式是C6H14O，通過圖譜確定一下結(jié)構(gòu)式吧。先算不飽和度，IHD（index of hydrogen deficiency）前面有說過怎么算的，忘了的回去翻。IHD=（2×6＋2-14）/2=0這說明化合物里面沒用不飽和鍵，如果有的話，雙鍵是1，三鍵是2，環(huán)是1，假設你計算出來IHD是3，可能的結(jié)構(gòu)是1.含有三個雙鍵，2，含有三個環(huán)，3，含有一個環(huán)兩個雙鍵，3，含有一個雙鍵兩個環(huán)，4，含有一個三鍵和一個環(huán)，5，含有一個三鍵和一個雙鍵。既然沒有雙鍵，我們首先排除羰基和碳碳雙鍵?？赡艿慕Y(jié)構(gòu)就是醇或者醚了，又碳峰比可知，有三個等位碳，其他三個碳并不等位我們可以知道可能存在的結(jié)構(gòu)。因為醇和醚的化學位移都在50-100ppm左右，怎么判斷呢，如果是醇的話只可能一個碳在50-100這個范圍的化學位移，醚的話，和氧相連接的有兩個碳，圖中正好符合，在50-100直接有兩個峰，所以是醚而不是醇，（醇C-OH,醚C-O-C)能理解嗎？這個時候存在兩種同分異構(gòu)答案是1，但是為什么不是2，如果是結(jié)構(gòu)式2，那么碳c和碳d當之無愧是前面兩個峰(50-100ppm)因為他倆和氧相連接，那么最高的那個峰一定是a，可是碳a的鏈接數(shù)是3，碳b的鏈接數(shù)是5，理應碳b的化學位移大于碳a，但是圖譜正好相反，所以結(jié)構(gòu)式一完美的契合了。下面我們來說炔烴我們在計算炔烴相連的碳級數(shù)時，把碳碳三鍵的碳都當做二級碳。如圖所示，炔烴的化學位移一般在70-100ppm第一個結(jié)構(gòu)式我就不解釋了，第二個結(jié)構(gòu)式我們先計算出它們的相連碳級數(shù)，碳c為4所以化學位移要比碳b高，a比e高是因為e距離三鍵比a遠。第三個結(jié)構(gòu)式，我們可以看出，三鍵上的碳原子總要高于單鍵，其次我們再看相連碳級數(shù)?，F(xiàn)在看例題例7題目說，這個化合物分子式是C6H10但是有兩個同分異構(gòu)體，請正確匹配每個同分異構(gòu)體對應的結(jié)構(gòu)式。第一步算IHDIHD=(2×6+2-10）/10=2不飽和度為2，可能情況是，兩個雙鍵，兩個環(huán)，或者一個三鍵。雙鍵的化學位移在100-150，圖中最高沒超過80，所以pass，如果是兩個環(huán)，那么至少三個碳原子才能連城一個環(huán)，存在的環(huán)數(shù)為3元，或者四元，這兩者都存在angle strain(我忘了中文叫啥了，不知道的朋友，你自己查一下吧）所以不穩(wěn)定，其次峰比也對不上。所以只可能存在一個三鍵。題中已經(jīng)給了提示，左邊的是內(nèi)部炔，右邊是末端炔。先來看第一個，如果是內(nèi)部炔，存在同分異構(gòu)體可能為：只有第一個有六個信號峰，所以是第一個。第二個五個信號，第三個三個信號。再看末端炔，因為顯示有一個峰比其他峰都高出三倍，說明存在C-(CH3)3所以沒毛病吧例82-甲基-1-丁烯有五個信號峰，化學位移分別是12，22，31，109，148，請把每一個化學位移對應到每一個碳上。先計算相鄰碳級數(shù)，a=3 b=4 c=3 d=4 e=2 (不會算的問我）109和148肯定是碳ab，由于b的級數(shù)大于a，所以b是148，a是109其次碳級數(shù)d＞c＞e，根據(jù)數(shù)字依次排列a為109 b為148 c為22 d為31 e為12例9分子式為C8H10,寫出化學式。峰值比為1：2：1不飽和數(shù)算出來 IHD=（2×8+2-10）/2=4分子式可以一眼看出來絕對含有苯環(huán)，題目還限制了三個峰，所以為了保證對稱性只可以鏈接對位，如果是鄰位的兩個甲基會有四個峰，如果間位會有5個峰值。a：b：c=2：2：4苯環(huán)上的碳化學位移為128.5左右，碳b相連級數(shù)高于碳c所以，c為129，b為135，a為21寫在最后，可能要爛尾了，這個帖子是我大學閑得無聊寫的，寫起來每個圖我還要自己去畫，好麻煩，包括整理筆記，再轉(zhuǎn)述出來，不能出錯，挺累的，現(xiàn)在也工作了，我看有機會繼續(xù)發(fā)布。另外不要私信我了，拜托拜托，私信的人好多我壓根看不過來編輯于 2021-05-10 16:51?贊同 2320??177 條評論?分享?收藏?喜歡收起?知乎用戶半懂不懂的進，因為你得明白啥是化學位移(判斷大概基團)，耦合常數(shù)(判斷氫鍵位置)，n＋1規(guī)律(判斷峰重數(shù)與峰的裂分)筆記在最下面！(做題用)步驟:一，計算不飽和度二，排除溶劑峰及其對應水峰三，計算積分曲線四，計算耦合常數(shù)五，分析[例] 某未知化合物M的分子式為C9H8O3，其H-NMR譜(400 MHz,CD3OD)試解析推斷其結(jié)構(gòu)一，計算不飽和度Ω=(9×2-8+2)/2＝6飽和度＞4時大多時候含有苯環(huán)二，排除溶劑峰及其對應水峰CD3OD氘代甲醇:溶劑峰(3.30)水峰(4.8)排除水峰溶劑峰ABCD放大圖三，計算積分曲線ABCD峰面積之比為1:2:2:1，推測為A:1H B:2H C:2H D:1H如果為ABCD為2442H，則有12H 但是化學式中總氫數(shù)為8＜12，所以只能是1221H共6個，至于剩下兩個，可能是譜圖沒測出來。四，計算耦合常數(shù)J＝相鄰兩峰的化學位移之差×儀器磁場強度Ja=(7.48856-7.44877)×400＝15.9HzJd＝(6.20993-6.16963)×400＝15.9HzJc＝(7.34863-7.34372)×400＝8.7HzJb＝(6.71477-6.70982)×400＝8.7Hz五，分析part oneD: δ6.19(1H,d,15.9hz)一個氫鄰近有一種化學環(huán)境的氫A: δ7.47(1H,d,15.9hz)一個氫鄰近有一種化學環(huán)境的氫解:①化學位移δ6-7 ②J相近 ③一個氫(1H)鄰近有一種(雙峰d)化學環(huán)境的氫CH-CH①②③→典型雙鍵又: 鄰碳耦合: J(12-18)反式 J(6-12)順式所以:反式雙鍵(很典型，記住！)片段一part twoB: δ6.70(2H,d,8.7hz)兩個氫鄰近有一種化學環(huán)境的氫C: δ7.34(2H,d,8.7hz)兩個氫鄰近有一種化學環(huán)境的氫CH2-CHn解:①化學位移δ6-7 ②J相近 ③兩個氫(2H)鄰近有一種(雙峰d)化學環(huán)境的氫①②③→對二取代苯環(huán)(很典型，記??！)片段二知道這里就差不多了，剩下的需要靠紅外才能完全推測出相應結(jié)構(gòu)，為化學結(jié)構(gòu)檢查答案現(xiàn)在我們根據(jù)它的化學結(jié)構(gòu)再反推譜圖試試對稱結(jié)構(gòu)對稱結(jié)構(gòu)(紅線標記處為對稱軸)→兩個H1等價(所以用相同的編號表示)，同理，兩個H2也等價。兩個H1受H2影響，兩個H2也受H1影響H3H4同理，所以耦合常數(shù)相等耦合常數(shù)相等而-OH和-COOH的信號沒有體現(xiàn)出來所以積分曲線的計算少兩個H筆記:知識補充一，反推譜圖在這里還想說說能根據(jù)化學結(jié)構(gòu)反推譜圖更能說明你掌握了，舉個例子除了得明白abc是什么峰還得知道怎么區(qū)分:a和c都是d峰，那在譜圖中怎么區(qū)分呢？①a在低場(去屏蔽區(qū) 化學位移大)②a的耦合常數(shù)大二，常見的峰最典型的峰歸納基礎峰練習(答案在下面)1.C3H6O22.C5H10O3.C2H4O4.C4H8O25.C8H8O6.C3H6O7.C4H10O28.C10H14O9.C8H9Br答案三，小試牛刀好，現(xiàn)在根據(jù)我舉的例子再試一個，看看自己是否已經(jīng)掌握。提示:飽和度5，可能有苯環(huán)bd為溶劑峰水峰積分曲線之比a:c＝1:3a(2H，s)， c(6H，s)，對稱結(jié)構(gòu)a苯環(huán)兩個對稱H，c兩個對稱-OCH3推測片段知道這么多就差不多了！大家再試試反推譜圖看合不合理。如果以上知識都整明白了，那么一張氫譜圖就能看懂個八九不離十了編輯于 2020-11-06 20:23?贊同 593??40 條評論?分享?收藏?喜歡

核磁共振技術_百度百科

技術_百度百科網(wǎng)頁新聞貼吧知道網(wǎng)盤圖片視頻地圖文庫資訊采購百科百度首頁登錄注冊進入詞條全站搜索幫助首頁秒懂百科特色百科知識專題加入百科百科團隊權(quán)威合作下載百科APP個人中心收藏查看我的收藏0有用+10核磁共振技術播報討論上傳視頻醫(yī)學科術語本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目審核。核磁共振技術可以直接研究溶液和活細胞中相對分子質(zhì)量較小(20，000 道爾頓以下)的蛋白質(zhì)、核酸以及其它分子的結(jié)構(gòu)，而不損傷細胞。與此同時，其可以解決蛋白質(zhì)、DNA/RNA、碳水化合物的結(jié)構(gòu)，可以鑒定動態(tài)特征。中文名核磁共振技術外文名Nuclear magnetic resonance (NMR) technology研????究細胞中相對分子質(zhì)量較小開始時間1930年代目錄1概念2發(fā)展歷史3工作原理4學科分支5相關科研及成果6在生物研究上的應用7NMR發(fā)展動向概念播報編輯核磁共振，是指核磁矩不為零的原子核，在外磁場的作用下，核自旋能級發(fā)生塞曼分裂（Zeeman Splitting），共振吸收某一特定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振信號是大量核的貢獻的總和。受激輻射和受激吸收 [1]的幾率相同，此外，在射頻場作用下的凈躍遷由上下能級的布居數(shù)之差決定。發(fā)展歷史播報編輯核磁共振技術的歷史1930年代，物理學家伊西多·拉比發(fā)現(xiàn)在磁場中的原子核會沿磁場方向呈正向或反向有序平行排列，而施加無線電波之后，原子核的自旋方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)。這是人類關于原子核與磁場以及外加射頻場相互作用的最早認識。由于這項研究，拉比于1944年獲得了諾貝爾物理學獎 [2]。1946年兩位美國科學家布洛赫和珀塞爾發(fā)現(xiàn)，將具有奇數(shù)個核子（包括質(zhì)子和中子）的原子核置于磁場中，再施加以特定頻率的射頻場，就會發(fā)生原子核吸收射頻場能量的現(xiàn)象，這就是人們最初對核磁共振現(xiàn)象的認識。為此他們兩人獲得了1950年度諾貝爾物理學獎。工作原理播報編輯核磁共振的基本原理是：原子核有自旋運動，在恒定的磁場中，自旋的原子核將繞外加磁場作回旋轉(zhuǎn)動，叫進動(precession)。進動有一定的頻率，它與所加磁場的強度成正比。如在此基礎上再加一個固定頻率的電磁波，并調(diào)節(jié)外加磁場的強度，使進動頻率與電磁波頻率相同。這時原子核進動與電磁波產(chǎn)生共振，叫核磁共振。核磁共振時，原子核吸收電磁波的能量，記錄下的吸收曲線就是核磁共振譜(NMR-spectrum)。由于不同分子中原子核的化學環(huán)境不同，將會有不同的共振頻率，產(chǎn)生不同的共振譜。記錄這種波譜即可判斷該原子在分子中所處的位置及相對數(shù)目，用以進行定量分析 [3]及分子量的測定，并對有機化合物進行結(jié)構(gòu)分析。學科分支播報編輯核磁共振技術主要有兩個學科分支：核磁共振波譜（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，簡稱MRI [4]）。核磁共振波譜技術是基于化學位移理論發(fā)展起來的，主要用于測定物質(zhì)的化學成分和分子結(jié)構(gòu)。磁共振成像技術誕生于 1973年，它是一種無損測量技術，可以用于獲取多種物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖象。由于核磁共振可獲取的信息豐富，因此應用領域十分廣泛，如分析化學、生命科學、材料檢測、石油勘探和水資源探查等等。在這諸多應用中，生命科學方面的應用是近年來發(fā)展最為迅速的，已經(jīng)成為當前核磁共振技術研究的熱點。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1985 年到 2001 年間發(fā)表在《Science》上的與核磁共振有關的 602 篇文獻中有 80 % 屬于生命科學。相關科研及成果播報編輯人們在發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象之后很快就產(chǎn)生了實際用途 [5]，化學家利用分子結(jié)構(gòu)對氫原子周圍磁場產(chǎn)生的影響，發(fā)展出了核磁共振譜，用于解析分子結(jié)構(gòu)，隨著時間的推移，核磁共振譜技術不斷發(fā)展，從最初的一維氫譜發(fā)展到13C譜、二維核磁共振譜等高級譜圖，核磁共振技術解析分子結(jié)構(gòu)的能力也越來越強，進入1990年代以后，人們甚至發(fā)展出了依靠核磁共振信息確定蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)的技術，使得溶液相蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的精確測定成為可能。另一方面，醫(yī)學家們發(fā)現(xiàn)水分子中的氫原子可以產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，利用這一現(xiàn)象可以獲取人體內(nèi)水分子分布的信息，從而精確繪制人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在這一理論基礎上1969年，紐約州立大學南部醫(yī)學中心的醫(yī)學博士達馬迪安通過測核磁共振的弛豫時間成功的將小鼠的癌細胞與正常組織細胞區(qū)分開來，在達馬迪安新技術的啟發(fā)下紐約州立大學石溪分校的物理學家保羅·勞特伯爾于1973年開發(fā)出了基于核磁共振現(xiàn)象的成像技術(MRI)，并且應用他的設備成功地繪制出了一個活體蛤蜊地內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像。勞特伯爾之后，MRI技術日趨成熟，應用范圍日益廣泛，成為一項常規(guī)的醫(yī)學檢測手段，廣泛應用于帕金森氏癥、多發(fā)性硬化癥等腦部與脊椎病變以及癌癥的治療和診斷。2003年，保羅·勞特伯爾和英國諾丁漢大學教授彼得·曼斯菲爾因為他們在核磁共振成像技術方面的貢獻獲得了當年度的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。從70年代后期起，隨著計算機和NMR在理論和技術上的完善，NMR無論在廣度、深度上都獲得了長足的發(fā)展，它已成為物理、化學、生物、醫(yī)學和地學研究中必不可少的實驗手段。在生物研究上的應用播報編輯生物膜上含有的H、C、P等具有非零自旋的磁性核 [6]，當與外磁場和射頻場相互作用，并且滿足共振條件時，將吸收射頻場能量而發(fā)生自旋能級間的躍遷，這就是核磁共振(NMR)的基本原理。由于NMR技術可以對含水樣品進行非破壞性測量，從而使觀測能在接近生理條件下實現(xiàn)，并可通過生物膜上H、C和P進行綜合研究，尤其是可以從原子或基團水平上提供分子的動態(tài)結(jié)構(gòu)和運動的信息，是研究生物膜結(jié)構(gòu)的有力工具。生物膜主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成，結(jié)構(gòu)比較復雜，而磷脂脂質(zhì)體卻能表現(xiàn)出生物膜結(jié)構(gòu)的許多性質(zhì)，是生物膜的理想模型。磷脂脂質(zhì)體主要以凝膠相和液晶相存在，在凝膠相，分子的局部運動很慢，分子間和分子內(nèi)的偶極相互作用沒有被有效地平均，所以NMR譜線很寬，得到的信息非常少;而在液晶相，分子局部運動受到的限制減少，運動加快，從而使NMR譜線窄化，得到高分辨的NMR譜。NMR技術在生物膜結(jié)構(gòu)研究中應用非常廣泛。用H、C和P NMR譜可以鑒定磷脂的種類。通過弛豫時間測定的方法可以研究磷脂雙分子層不同部位的流動性。將磷脂分子不同位置的氫選擇氘代，用H四極分裂和P化學位移各向異性的方法可以研究磷脂脂酰鏈的流動性、極性基團的構(gòu)象以及磷脂與其它分子的相互作用(蛋白質(zhì)、藥物和金屬離子等)，利用P化學位移各向?qū)苑椒梢匝芯苛字亩嘈涡?。近年來，隨著NMR技術的發(fā)展，二維(2D)和固體高分辨NMR技術也被應用于生物膜研究領域，并且已成為非常重要的手段。利用通過化學鍵建立的相關譜(如COSY等)可以進行多組分磷脂或磷脂與其它分子混合體系每個基團的譜線歸屬。而通過空間建立的相關譜(如NOESY等)可以直接提供基團之間距離的信息，是研究膜脂結(jié)構(gòu)以及與其它分子相互作用的有力工具。固體高分辨技術不僅可以研究液晶態(tài)的磷脂，而且可以應用于凝膠態(tài)磷脂的研究中。對于某一種磁性核，其磁矩在磁場中可以有不同的取向。對于質(zhì)子而言，可以有兩種取向，即與靜磁場平行和反平行，前者屬于低能態(tài)，后者屬于高能態(tài)。如果在垂直于靜磁場的方向上加一個射頻場，當射頻場的頻率與核的Larmor頻率(核磁矩繞磁場方向進動頻率)相等時，處于低能態(tài)的核子便吸收射頻能，躍遷到高能態(tài)。射頻場去掉后，高能態(tài)的核子通過弛豫過程又回到低能態(tài)，從而就能觀察到NMR的信號。弛豫過程有兩種，一種是自旋—晶格弛豫，此過程用T1表示;另一種是自旋—自旋弛豫，用T2表示。T1是描述自旋體系吸收能量后將其能量轉(zhuǎn)移給它周圍環(huán)境而恢復到平穩(wěn)態(tài)的時間，T2過程中自旋體系內(nèi)部有能量的偶合，自旋體系總能量沒有變化。弛豫時間與分子運動有關，通過弛豫時間的測定，可以研究生物膜各部位的流動性。生物膜C和P化學位移各向異性與運動有很大關系。所謂化學位移各向異性，是指核所處的靜磁場方向改變，核的共振頻率(即化學位移)就發(fā)生變化，由于I=的核周圍電子密度分布是球?qū)ΨQ，所以如果靜磁場方向改變，核的有效感應磁場也就隨之變化，處于不同形態(tài)，其運動方式不同，因而化學位移被平均的取向也不同。通過P化學位移各向異性可以研究磷脂的多形性;此外，還可以用I=1的H各向異性(四極分裂)譜研究磷脂分子空間取向的平均分布信息。2D NMR有別于常規(guī)一維(1D)NMR的主要點在于1D NMR只涉及一個頻率變量，是吸收峰強度對一個頻率變量作圖;而2D NMR譜則代表兩個獨立頻率，是吸收峰強度對兩個頻率變量作圖。一般將2D NMR實驗分4個區(qū)域，即預備期、發(fā)展期(t1)、混合期(可以沒有)和檢測期(t2)。預備期是為了使磁化矢量達到適當?shù)某跏紤B(tài)而設置的，接著在發(fā)展期磁化矢量進行演化，在混合期內(nèi)自旋系統(tǒng)發(fā)生相干轉(zhuǎn)移，最后在檢測期信號被檢測。逐次改變t1反復循環(huán)累加，最后將所得數(shù)據(jù)進行兩次傅里葉變換：即可得到2D NMR譜。2D NMR譜可分為通過化學鍵和空間建立起來的兩類相關譜，兩類2D NMR譜對譜線歸屬都非常重要，后者對于生物膜分子空間構(gòu)象研究也非常有力。綜上所述，核磁共振分析方法在生物研究 [7]上的應用主要有以下幾個方面：測定溶液中生物大分子的三維空間結(jié)構(gòu)；分析生物大分子在溶液狀態(tài)下的分子動力學；研究蛋白質(zhì)的相互作用和酶的作用機理等；解析固體膜蛋白和纖維蛋白的結(jié)構(gòu)和運動性質(zhì)；基于蛋白質(zhì)靶點的藥物篩選和設計；研究活體狀態(tài)下生物分子的功能活動和生理代謝。NMR發(fā)展動向播報編輯NMR在21世紀的發(fā)展動向為以下幾個方面：提高磁體的磁場強度：預期21世紀將會出現(xiàn)大于1GHz的NMR 譜儀，將使生物大分子的結(jié)構(gòu)研究有重大突破。發(fā)展三維核磁共振技術（3D-NMR）：隨著NMR譜在生物大分子結(jié)構(gòu)分析中的應用，NMR技術所提供的結(jié)構(gòu)信息的數(shù)量和復雜性呈幾何級數(shù)增加。對三維空間的構(gòu)象和大分子與小分子（或小分析與小分子）之間的相互作用等，二維核磁共振(2D-NMR)已顯得無能為力了，因此要發(fā)展分子建模技術，利用NOE所提供的分子中質(zhì)子間的距離信息來計算三維空間結(jié)構(gòu)。固體NMR [8]和NMR成像技術：這在生命科學、生物醫(yī)學和材料學中將是至關重要的，將會在分子結(jié)構(gòu)特征和動態(tài)特征研究方面有所突破。新手上路成長任務編輯入門編輯規(guī)則本人編輯我有疑問內(nèi)容質(zhì)疑在線客服官方貼吧意見反饋投訴建議舉報不良信息未通過詞條申訴投訴侵權(quán)信息封禁查詢與解封?2024?Baidu?使用百度前必讀?|?百科協(xié)議?|?隱私政策?|?百度百科合作平臺?|?京ICP證030173號?京公網(wǎng)安備110000020000

NMR的基礎知識【測定?解析】 | 化學空間 Chem-Station

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NMR的基礎知識【測定?解析】

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NMR的基礎知識【測定?解析】

2018/2/23 化學與生活, 化學部落~~格格 NMR Comment: 0 Author: LuWenjie45,789views　■

NMR是化學行業(yè)必不可少的解析工具，因此小編在這篇文章里面對于NMR的測定，基本解析進行一個基礎介紹，供剛上路的童鞋們一點參考

從NMR圖表可以獲得的信息

引用自JEOL RESONANCE

從傅里葉變換后的NMR圖獲得的信息大致分為以下三個。

化學位移（δ）

耦合和自旋耦合常數(shù)（J）

峰面積

接下來，就讓我們來看看它們分別都代表什么。

1. 化學位移（δ）

原子核的周圍被電子云包圍。由于電子帶有負電荷，所以如果它在被施加外部磁場B0的狀態(tài)下在原子核周圍循環(huán)，能夠產(chǎn)生相反的感應磁場B’。

引用自網(wǎng)站

從而導致了，原子核感應的有效磁場B減小、也就是如下式子所示。

B ＝ B0 – B’

這被稱為電子屏蔽效應。①當核周圍的電子密度很大時 ②當環(huán)電流效應起作用時?電子屏蔽效應就越強。

氫核本身是完全相同的組成，但由于它放置的環(huán)境，核感應的磁場強度是不同的。這導致了激發(fā)波長（=共振頻率）相對于標準來說產(chǎn)生了“位移”。這個就是我們所稱的化學位移。也就是說，測定化學位移其實是看原子核所在的環(huán)境信息。

通常的1H-NMR測定中以TMS的甲基的化學位移（δ ＝ 0）為標準值參照物，單位為ppm。從過去的測量案例匯總中，可以大致了解各個化學位移對應大致的是什么結(jié)構(gòu)（如下圖所示）。

點擊可以看大圖，引用自網(wǎng)站http://www.compoundchem.com/2015/02/24/proton-nmr/

點擊可以看大圖，引用自http://www.compoundchem.com/2015/04/07/carbon-13-nmr/

2．耦合和自旋耦合常數(shù)（J）

當附近存在化學不等價的原子核時，這些原子之間相互影響并引起能級分裂。這是一種稱為耦合的現(xiàn)象。

在1 H-NMR圖上，如果n個等價質(zhì)子Hb存在于質(zhì)子Ha的旁邊，則觀察到Ha的峰被裂縫成（n + 1）個。根據(jù)裂峰數(shù)量，每個峰值由以下符號表示。

單峰：singlet, s

雙峰：doublet, d

三重峰：triplet, t

四重峰：quartet, q

寬峰：broad, br

例如，在下面的化合物中，Hb旁邊有兩個化學等價的Ha。因此，Hb的峰值為三重態(tài)（t），裂峰為2 + 1 = 3個。相反，從Ha的角度來看，由于旁邊只有一個Hb，所以Ha的峰值是一個雙峰（d），為1 + 1 = 2個。

引用自網(wǎng)站

耦合峰之間的間距也被定義為自旋耦合常數(shù)（J值）。由于各種類型的耦合具有完全相同的J值，所以J值是知道哪些核素彼此靠近的指標。J值可以按以下公式計算。

J（Hz）=測量頻率（Hz）×化學位移差（Δδ，ppm）

例如，在用500MHz儀器測量1 H-NMR并計算化學位移差Δδ= 0.015ppm的情況下，J值可以計算為(500 x 106) x (0.015 x 10-6)= 7.5 Hz。

這種耦合原理也適用于異核物質(zhì)。也就是說13C也能與1H可以很好地耦合。但是，如果打過碳譜得人都知道，13 C-NMR圖譜本身特別簡單。這是因為使用了抑制與1H的耦合的脈沖系列（解耦方法）進行測定后的結(jié)果。除了13C – 1 H耦合的信息量不多外，還有一點意思靈敏度不夠。（解耦前后的對比圖如下所示）

13C-NMR上1H-解耦后的效果對比引用自http://slideplayer.com/slide/6505258/

3. 峰面積

傅里葉變換后得到的每個峰的面積值對應于核素的豐度比。

1H-NMR的定量性比較好，通過積分比可以得到同一環(huán)境下，氫核的存在比。

甲醇CH3OH的NMR圖譜。三個CH與1個OH對應的峰的面積（積分值）為3：1

由于說到底也就是一個相對的比值，所以對于具有高對稱性的等價質(zhì)子結(jié)構(gòu)，需要小心。同樣重要的是要注意，酸性強的質(zhì)子經(jīng)常與重溶劑進行氘交換，常常導致定量性的損失。

而在13 C-NMR中，通過通常的測定方法不能用13C峰強度推定碳數(shù)，幾乎不可能量化。

樣品的制備方法

將需要測量的化合物（1H-NMR測定的時候數(shù)mg）、溶解于氘代試劑（約0.4 mL）中。將其置于NMR管中（外徑約5毫米）并蓋上。樣品需要完全溶解，得到透明的澄清溶液。如果含有不溶物質(zhì)呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，則不能獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

1H-NMR測定的時候、需要用到重溶劑。如果使用含有許多質(zhì)子的常用溶劑（輕溶劑），樣品化合物的1 H峰將被覆蓋掉。另外，在現(xiàn)代核磁共振測量中，重溶劑是必不可少的，因為磁場鎖定氘標記。

尤其對于常規(guī)測量，常使用重氯仿（CDCl3）。這是基于以下原因。

由于它只含有一個氘，因此可以廉價制造

由于沸點比較低，所以測量后可以將溶劑蒸餾掉，并且可以回收樣品

可以溶解大多數(shù)有機化合物，自身反應性低

由于作為雜質(zhì)的溶劑CHCl3難以被樣品峰包覆，并且是單峰，容易區(qū)分。

氘代氯仿

解析實例

讓我們看一個簡單分子的1 H-NMR譜分析實例。從圖表中獲得的信息大致對應于以下內(nèi)容。

峰面積 → 氫原子數(shù)

裂縫數(shù) → 相鄰氫原子的數(shù)

化學位移值 → 氫原子的電子環(huán)境（越缺電子越靠左）

封頂之間的間隔 → 哪個氫原子彼此相鄰

醋酸

醋酸的1H-NMR圖譜（CDCl3, 引用于SDBS）

解析非常簡單。乙酸只有兩種氫，甲基氫和羧基氫。由于不相鄰所以互不影響、羧酸的proton的化學位移值在特征區(qū)（10~15 ppm）。

丙烯酸

丙烯酸的1H-NMR圖譜 (CDCl3, 引用自SDBS)

丙烯酸包括直接連接至烯烴的三個非等價質(zhì)子和一個羧酸質(zhì)子。羧酸的氫的化學位移在特征區(qū)（10~15 ppm）。烯烴的氫，可以用Chemdraw等軟件進行一個初期預測，出現(xiàn)在6ppm附近。上圖給出了預測值與實際值的區(qū)別。

這次介紹的譜圖相對簡單。而實際接觸到的可能都是比較復雜的，所以希望大家在實踐中不斷地提高，積累知識。當然如果這篇基礎篇能夠?qū)ψx者有所幫助，那小編的目的也就達到了。

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核磁共振波譜介紹（一）——NMR的發(fā)展、原理、應用及儀器特點 - 知乎

核磁共振波譜介紹（一）——NMR的發(fā)展、原理、應用及儀器特點 - 知乎切換模式寫文章登錄/注冊核磁共振波譜介紹（一）——NMR的發(fā)展、原理、應用及儀器特點檢測中心黃工?未知成分分析，配方還原，檢測分析，產(chǎn)品研發(fā)，產(chǎn)品技術核磁共振波譜介紹（一）NMR的發(fā)展、原理、應用及儀器特點核磁共振波譜（Nuclear Magnetic Resonance，簡稱NMR）與紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、質(zhì)譜被人們稱為“四譜”，是對各種有機和無機物的成分、結(jié)構(gòu)進行定性分析的最強有力的工具之一，廣泛應用于化學、食品、醫(yī)藥學、生物學、遺傳學以及材料科學等學科領域，成為這些領域開展研究的不可或缺的分析手段。那么你了解NMR技術是如何發(fā)展的嗎？NMR信號的產(chǎn)生條件又是什么呢？是否所有的元素都能產(chǎn)生NMR信號？為什么NMR可以用于解析分子結(jié)構(gòu)呢？為了讓大家更好的理解和應用這項測試技術，本期測試技術微學堂帶大家揭開NMR的神秘面紗。01NMR技術的誕生和發(fā)展The first part1945年，核磁共振現(xiàn)象由哈佛大學的Edward Mills Purcell和斯坦福大學的Felix Bloch發(fā)現(xiàn)。他們將具有奇數(shù)個核子（包括質(zhì)子和中子）的原子核置于磁場中，再施加以特定頻率的射頻場，就會發(fā)生原子核吸收射頻場能量的現(xiàn)象，這就是人們最初對核磁共振現(xiàn)象的認識。由于這項重大發(fā)現(xiàn)，他們二人共同分享了1952年諾貝爾物理學獎。在以往的半個世紀中，NMR技術經(jīng)歷了幾次飛躍。1945年發(fā)現(xiàn)了NMR信號，1948年建立了核磁弛豫理論，1950年發(fā)現(xiàn)了化學位移和耦合現(xiàn)象，1965年誕生了脈沖傅里葉變換技術，迎來了NMR真正的繁榮期；自從70年代以來，NMR發(fā)展異常迅猛，形成了液體核磁、固體核磁和NMR成象三雄鼎立的新局面。二維NMR的發(fā)展，使液體NMR的應用迅速擴展到了生物領域；魔角旋轉(zhuǎn)、交叉極化技術及偶極去偶等技術，有力促進固態(tài)材料結(jié)構(gòu)的研究和應用，在材料科學中發(fā)揮了巨大的作用；NMR成象技術的發(fā)展，使NMR進入了與人民生命息息相關的醫(yī)學領域。目前，NMR技術已廣泛應用于化學、食品、醫(yī)藥學、生物學、遺傳學以及材料科學等學科領域，成為這些領域開展研究不可或缺的分析手段。///// 02NMR的基本原理The second part 核磁共振，顧名思義，系指原子核的磁共振現(xiàn)象。這種現(xiàn)象只有把原子核置于外加磁場中并滿足一定外在條件才能產(chǎn)生。那么，元素周期表中是否所有元素的原子核都能產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？答案是否定的。只有顯示磁性的原子核，在強磁場中才能產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象。因此，我們首先要認識哪些原子核在哪些條件下滿足產(chǎn)生核磁共振的條件。1.原子核的磁性質(zhì) 核磁共振的研究對象為具有磁性的原子核，而產(chǎn)生磁性的根本原因是這些核本身具有“自旋”特性。原子核是帶正電荷的粒子，原子核的自旋必然導致電流的形成，旋轉(zhuǎn)電流將產(chǎn)生感應磁場，從而顯示磁性。但是，并非所有的原子核都具有自旋運動，原子核的自旋運動與自旋量子數(shù)（I）有關，只有I＞0的原子核才有自旋現(xiàn)象，顯示磁性。I與原子序數(shù)（Z）和質(zhì)量數(shù)（A）有關，原子序數(shù)和原子質(zhì)量數(shù)都是偶數(shù)時，該原子核沒有自旋，自旋量子數(shù)I=0。因而從表1可以看出，12C、16O等元素是無法產(chǎn)生NMR信號的。2.原子核在外磁場中的自旋運動——Larmor進動磁性原子核的自旋運動通常是隨機的，故對外不顯磁性。當把自旋核放置于外加磁場時，核的磁性將會在外磁場中表現(xiàn)出來。以I=1/2（如1H核）為例，在外磁場（B0）的作用下，原子核在自旋的同時繞著磁場方向做回旋，與陀螺在地面的運動相類似，這種自旋運動和回旋運動加在一起稱為進動，這個現(xiàn)象最早是Larmor發(fā)現(xiàn)的，因此被稱為Larmor進動。1H核在磁場中做Larmor進動3. 原子核的自旋取向與能級狀態(tài) 按照量子理論，自旋核在磁場中有不同的進動取向，每一種核有2I+1個取向。以1H核為例，當I=1/2時，有2I+1=2種取向，如下圖所示。1H核在外磁場（B0）中的兩種運動狀態(tài) 自旋磁量子數(shù)m取值為m=1/2或m=-1/2，每一個取向?qū)粋€能級。其中m=1/2的核磁矩與外磁場方向一致，能量更低，而m=-1/2的核磁矩與外磁場方向相反，能量更高。這兩種能量是不連續(xù)的(量子化的)，因此就存在一個能級，這個能級稱為核磁能級。低能級的能量：高能級的能量：能極差：其中，γ為旋磁比，是原子核的重要特性參數(shù)。因此，若提供一個能量為ΔE的電磁輻射，則發(fā)生低能級向高能級的躍遷。1H核在外磁場（B0）中的核磁能級4. NMR信號的產(chǎn)生條件在一定溫度下且無外加輻射條件下，原子核的高能級和低能級的數(shù)目達到熱力學平衡。在外磁場中，高能級和低能級的原子核滿足玻爾茲曼分布，處于低能級的核比處于高能級的核略多一點。當有一個電磁輻射的能量ΔE'=hv恰好等于核磁能級差能量差ΔE時，低能級的核吸收電磁輻射能量被激發(fā)到高能級，將產(chǎn)生NMR信號。但隨著實驗的進行，低能級的核越來越少，最后高低能級的核數(shù)目相等，體系凈吸收為零，共振信號消失，這種現(xiàn)象被稱為飽和。當高能級的自旋核通過非輻射途徑將能量釋放，重新返回到低能級，這一過程稱為弛豫。對于不同種類的核而言，因旋磁比γ各異，故即使處于同一強度的外磁場中，發(fā)生共振所需要的輻射能量也不相同。因此，在某一磁場強度和與之匹配的特定射頻條件下，只能觀測到一種原子核的共振信號。而在有機化合物分子中，即使是同類型的核，每個核所處的化學環(huán)境不同，所受的電子屏蔽效應不同。因此，在同一頻率的電磁輻射照射下，同類型的核也因所處的化學環(huán)境不同而產(chǎn)生稍有差異的NMR信號，從而產(chǎn)生不同的化學位移，這就是為什么NMR譜圖可以用于解析分子結(jié)構(gòu)的原因。///// 03核磁共振波譜儀The third part1.儀器核磁共振波譜儀的構(gòu)成主要有磁體、穩(wěn)場及勻場系統(tǒng)、射頻源、探頭、接收系統(tǒng)、信號記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以及一些附件比如變溫單元等。樣品放入磁體探頭中，被高能射頻源照射，將激發(fā)樣品中指定類型的原子核（如1H核）。被激發(fā)的自旋核繞外磁場進動，在探頭的接收線圈中產(chǎn)生電流。電流信號被記錄下來并通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成自由感應衰減信號（Free Induction Decay，F(xiàn)ID）。FID是一個時域信號，通過傅里葉變換成頻域信號即為NMR譜圖。最早的商業(yè)NMR譜儀誕生于1953年，使用永磁體或者電磁體提供質(zhì)子共振的磁場，場強為1.41T、1.87T、2.20T或2.35T，對應質(zhì)子的共振頻率為60MHz、80MHz、90MHz或100MHz。在高分辨率高靈敏度要求下，300~800MHz的高功率儀器被研究出來并廣泛投入使用。分辨率通常指頻率軸方向上分辨或區(qū)分不同譜峰的能力，目前分辨率最高的核磁共振儀是1.2GHz。所有100MHz以上的儀器都采用液氮冷卻的超導磁體并在傅里葉變換模式下操作。其他基本要求還包括頻率場的穩(wěn)定性、磁場的均勻性和計算機界面，計算機用來采集數(shù)據(jù)、進行傅里葉變換，并進一步處理和分析譜圖。 2.樣品處理核磁樣品中應不含鐵磁性、導電性物質(zhì)。液體核磁的樣品必須可溶才能進行檢測。因儀器需要通過氘信號來鎖場并穩(wěn)定磁場，故通常采用氘代試劑作為樣品的溶劑。氫譜實驗的常規(guī)樣品是在一個外徑為5mm的玻璃管中加入5-10mg溶解在0.5ml溶劑中的化合物。若樣品無法溶解，可采用固體核磁進行檢測。固體核磁的樣品最好為研磨均勻的粉末。因固體分子的運動比液體分子慢得多，譜線增寬效應嚴重，因此固體核磁相對液體核磁的分辨率更低。/////04NMR技術的應用The last part1.NMR在化學領域的應用 1.1 化學品和石油化學產(chǎn)品沸石分子篩是重要的多相催化劑，廣泛應用于現(xiàn)代化工和石油化工領域。固體NMR方法可以用于表征多相催化劑的結(jié)構(gòu)信息，并提供催化反應相關的分子結(jié)構(gòu)和動力學信息。而液體NMR方法則在化妝品、香水、洗滌劑、殺蟲劑等低分子量化學品研究方面發(fā)揮重要作用。 1.2 材料化學從聚合物到液晶再到建筑材料，NMR方法已經(jīng)被用來研究多種材料的結(jié)構(gòu)和分子動力學。NMR方法能夠檢測聚合物的微結(jié)構(gòu)，包括聚合物立體化學、區(qū)域異構(gòu)、分支和缺陷，還可以從不同時間尺度研究聚合物的鏈動力學。另外，液體NMR方法還可以進行高分子液晶的結(jié)構(gòu)與取向性研究、高分子涂料的結(jié)構(gòu)與功能研究等。而固體NMR方法則作為研究固體材料的有力工具，可以用于揭示電池材料、金屬有機框架材料、半導體材料、納米管/線等功能材料的結(jié)構(gòu)與動力學特性。2. NMR在生物科學領域的應用 2.1 生物大分子結(jié)構(gòu)與功能研究 NMR技術可以對蛋白質(zhì)、核酸、以及蛋白質(zhì)或核酸復合物進行結(jié)構(gòu)測定與功能研究，這些研究可以揭示各種疾病或正常的生理過程。 2.2 代謝組學代謝組學旨在對細胞、組織或有機體中的所有小分子進行全面的定性和定量分析，以研究內(nèi)在和外在因素的相互作用。NMR方法能夠檢測、識別和測量整個代謝組學化學空間的代謝分子，通過一維質(zhì)子核磁譜圖提供獨特的化學指紋，反映細胞生理狀態(tài)的基本功能信息。3、NMR在制藥領域的應用 NMR技術在藥物研發(fā)中可以對原材料、活性藥物成分、配方產(chǎn)品或生物樣品中的新雜質(zhì)、降解物和代謝物進行識別、表征和驗證，從而進行化合物的結(jié)構(gòu)確定、含量分析及雜質(zhì)鑒定等研究。4、NMR在環(huán)境科學領域的應用 NMR是研究復雜系統(tǒng)的靈活工具，可以用于探索各種環(huán)境問題，有助于觀察污染的影響和補救方法的有效性。NMR可以追蹤各種污染物經(jīng)歷一系列不同環(huán)境（空氣、水、土壤）和相態(tài)（液態(tài)、凝膠、固態(tài)）的過程，這種綜合的多相NMR方法甚至可以憑借追蹤生物代謝的能力，更深入地了解諸如氣候變化等更微妙的應激源所帶來的影響。NMR方法在生物體內(nèi)和原位研究方面的能力使其成為環(huán)境科學家不可或缺的工具。我們的核磁共振波譜儀最后，讓我們一起了解2臺核磁設備。分別有1臺液體核磁和1臺固體核磁。2臺儀器的參數(shù)如下：400MHz 液體核磁共振波譜儀型號Bruker AVANCE NEO 400技術參數(shù)質(zhì)子共振頻率：400MHz磁場強度：9.4T腔體直徑：54mm檢測核范圍：1H、19F以及共振頻率在109Ag-31P之間的所有核靈敏度：1H ≥ 550:1（0.1% EB）13C ≥ 220:1（ASTM）主要規(guī)格：5mmBBO探頭包含全自動調(diào)諧附件ATM和梯度線圈，自動進樣器主要功能1H、13C、15N、19F、31P等常規(guī)一維核磁測試；DEPT（45、90、135）、APT、NOE等高階一維核磁；COSY、HSQC、HMBC、NOESY、DOSY等二維核磁測試。400MHz固體核磁共振波譜儀型號Bruker AVANCE NEO 400 WB技術參數(shù)質(zhì)子共振頻率：400MHz磁場強度：9.4T腔體直徑：89mm主要規(guī)格：4mmX/Y/F-H三共振寬帶固體探頭2.5mmX/F/H三共振寬帶固體探頭7mmX/F-H雙共振寬帶固體探頭自動調(diào)諧探頭主要功能該譜儀可以同時對H、F去偶測量雜核圖譜，可采用CP/MAS、HPDEC技術?？砷_展1H、6,7Li、13C、15N、19F、27Al、29Si、31P等常規(guī)一維核磁譜圖及相關二維核磁測試。參考文獻[1]Lambert J B, Mazzola E P, Ridge C D. Nuclear magnetic resonance spectroscopy: an introduction to principles, applications and experimental methods[M]. 向俊鋒, 周秋菊等. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2021.[2]Silverstein R M, Webster F X, Kiemle D J, et al. Spectrometric identification of organic compounds[M]. 藥明康德新藥開發(fā)有限公司. 上海: 華東理工大學出版社, 2017.[3]劉娟, 陳志文, 廖蘇, 等. 核磁共振波譜基本原理教學設計[J]. 廣東化工, 2020, 47: 222-225.[4]Xiang Y, Li X, Cheng Y, et al. Advanced characterization techniques for solid state lithium battery research[J]. Materials Today, 2020, 36: 139-157.[5]Siegal G, Selenko P. Cells, drugs and NMR[J]. Journal of Magnetic Resonance, 2019, 306: 202-212.發(fā)布于 2023-07-10 20:24?IP 屬地廣東核磁共振核磁共振成像?贊同 24??5 條評論?分享?喜歡?收藏?申請

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