核磁共振波谱实验

核磁共振波谱实验实验人：王壮同组实验：刘向宇、罗辉、曾知行实验时间：2016.5.16一、实验目的1.掌握核磁共振波谱法测定化合物的结构。2.掌握核磁共振波谱仪的使用方法。3.掌握核磁共振波谱图的解析方法。二、实验原理1、核磁共振的原理核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场0B作用下的进动。根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同：质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数0I，如12C，16O。质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，如1H，13C，17O。质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数，如2H，14N。原则上，只要自旋量子数0I的原子核都可以得到NMR信号。但目前有实用价值的仅限于1H、13C、19F、31P及15N等核磁共振信号，其中氢谱和碳谱应用最广。0I的原子核作自旋运动时产生磁矩，在外磁场0B中有有21I个不同的空间取向，分别对应于21I个能级，也就是说核磁矩在外磁场当中的能量也是量子化的，这些能级的能量为002zhEBmB根据选择定则，能级之间的跃迁只能发生在1m的能级之间，此时跃迁的能量变化为02hEB当射频辐射的能量0hE,就发生共振跃迁，这就是裸核在磁场中的行为。实际上，核外有电子绕核运动，电子的屏蔽作用抵消一部分外加磁场。原子核实际感受到的磁场强度为0(1)B，核磁共振的条件为0(1)2hEB式中，为屏蔽常数。由于屏蔽作用，原子的共振频率与裸核的共振频率不同，即发生了位移，称为化学位移。化学位移用表示。若选择某一标准物质，将它的化学位移定为零，则其它化合物的化学位移都可以与这一标准物质相比较，表示为610ppm试样标准标准式中，试样为试样中被测定磁核的共振频率；标准为标准物中磁核的共振频率。为无量纲常数，是一个与磁场强度无关的数值。常选用的标准物质是四甲基硅烷(TMS)，在氢谱和碳谱中，把它的化学位移定为零，在图谱的右端。大多数有机化合物核磁吸收信号在谱图上都位于它的左边。磁性核之间的相互作用使共振峰分裂成多重线，这一现象称为自旋-自旋偶合。偶和强度J用多重谱线的间隔(以Hz为单位)表示。多重谱线的数目为21nI，式中，n为被讨论的核相邻的磁性核的数目；I为相邻磁性核的核自旋量子数。对于质子来说，因为1/2I，所以谱线数目等于1n，多重线内各峰的强度可根据简单的统计方法求出，与二项展开式的系数成比例。也就是说，一个邻近质子使被讨论核的共振峰分裂成双线（1：1），两个邻近质子产生三重线（1：2：1），三个邻近质子产生四重线（1：3：3：1）等。例如，32CHCHI的核磁共振谱图中看到1.62.0处的\3CH峰是三重峰，在3.0~3.4处的2CH峰是四重峰，其原因是分子中存在两种质子，即甲基上的质子(dH)和亚甲基上的质子(cH)，甲基上的质子、dH除了受外磁场作用外，还受到相邻碳原子上质子cH的影响。三、仪器与试剂仪器：ThermoPICOSPIN80核磁共振波谱仪，注射器试剂：未知试样，去离子水。四、实验步骤1.打开仪器以及电脑；2.在电脑上打开IP地址：192.168.42.313.先用蒸馏水做核磁共振氢谱图，获得稳定的峰之后，同样品进行测试；4.用未知样品测试三次，直到获得峰没有杂峰的影响；5.分析谱图。五、实验结果图1.样品核磁共振谱图从图像可知共有3个峰表示样品中有3中化学环境不同的氢，化学位移大致为1(,4.5)H、2(,2.3)H、3(,1.6)H。峰面积之比为2:3:3，初步判断所测样品为乙酸乙酯，其结构如下(1)处的氢没有邻氢，所以不裂分，在图上为第二个峰，（2）处的氢所连的碳上连有氧原子，由于氧的电负性大，导致（2）处的氢化学位移较大，并且（3）处的氢对（2）氢有偶合作用，使其裂分为四重峰，在核磁共振谱图上第一个峰是（2）氢产生的型号。（3）氢被（2）氢裂分为三重峰，谱图上为第三组峰。这也验证了，所测的位置样品为乙酸乙酯。六、注意事项使用过程中，应防止液体的外泄等，以免造成仪器不能正常工作，发生停机事故，损害仪器。七、思考题1.NMR中化学位移是否随外加磁场改变而改变，为什么？答：化学位移是依赖于磁场强度的。为了使化学位移不依赖于磁场强度，通常用来表示：6()10TMS样品核磁共振仪所用频率2.核磁共振波谱图的峰高是否能作为质子比的可靠量度？积分高度和结构有什么关系？答：不能。峰的高度代表了不同环境的氢对辐射的吸收的强度。在（n+1）规则下，当n=1时，各峰比例为1:1；当n=2时，为1:2:1等等，符合二项式展开系数比。