医学近代仪器分析第七章核磁共振波谱法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.核磁共振波谱法基本原理,1.1,核磁共振法(NMR):,具有自旋现象的原子,核,(磁性核)外,磁,场 能阶分裂 无线电波照射 ,h,=,E,原子核吸收能量(,共振,吸收)低能态跃迁至高能态 以共振信号强度对照射频率(磁场强度)作图 核磁共振,波谱,结构解析 定性 定量的分析方,法,.,氢谱(,1,H-NMR)碳谱(,13,C-NMR),1.2 核磁共振仪,磁铁:,产生均匀 稳定 足够强度的磁场.,照射频率发生器:,产生照射无线电波(60cm-300m),通过照射线圈作用于样品.,信号接受器:,接收核磁共振时产生的感应电流,接收,线圈环绕样品管.,扫描发生器:,Helmholtz线圈是扫描线圈,通直流电来,调节磁场强度.,样品管:,插入磁场中,并保持匀速旋转.,m,=,I,I,-1,I,-2,-,I,+1,-,I,例如:,1,H,1,I,=1/2 2,I,+1=2,m,=,I,=+1/2,m,=,I,-1=-1/2,空间量子化,:自旋核在外磁场中,核磁距相对外磁场相互作用,核磁距相对外磁场有不同的排列方式(取向),取向不是任意的具有量子化特征.,1.4 原子核的共振吸收,1.4.1 原子核的进动:,在外磁场中的原子核,由于核磁矩与外磁场成一定角度,原子核除自旋外,还可绕外磁场方向回旋运动,这种自旋轴的回旋称 为Larmor 进动.,Larmor方程:,=/2 H,o,-,进动频率,-旋磁比,H,o,-,外磁场强度,1.4.2 核磁共振吸收的条件:,(1),o,=,(电磁波频率=进动频率),E,o,=,E,(电磁波能量=能级差),h,o,=,h,/2,H,o,o,=/2,H,o,(2),m,=1,(跃迁只能发生在两个相邻能级之间),1,H,1,I,=1/2,m,=+1/2,m,=-1/2,2.1.1 局部抗磁屏蔽效应:,氢核周围有电子 电子绕核旋转 产生电子环流(诱导环流)在外磁场作用下 产生感生磁场 其方向与外磁场相反 使氢核实受磁场稍有下降.,H,=,H,o,-,H,o,=,H,o,(1-,),-,屏蔽常数,H,-实受磁场,=/2,(1-,),H,o,H,o,-外加磁场,2.化学位移 偶合常数 谱线强度,2.1化学位移,结论,=/2,(1-,),H,o,(1),H,o,一定(扫频),大,小 峰出现在,低频,(,右端,).,(2),o,一定(扫场),大,H,o,大 峰出现在,高场,(,右端,).,(3)核磁共振谱的,右端,相当,低频 高场,;,左端,相当,高频 低场,.,2.1.2 化学位移,核周围化学环境不同,使核磁共振频率发生位移的现象.,例如,苯丙酮的 -C,6,H,5,-CH,2,-CH,3,峰位及面积不同.,C,6,H,5,CH,2,CH,3,TMS,低场10 8 7 4 3 2 0 高场 ppm (,),高频,低频,2.1.3 化学位移的表示方法,化学位移:,表征在NMR中,各个不同化学环境的,1,H,1,共振频率,相对位置,的数量,用,表,示.,表示方法:,H,o,固定:,=(,样品,-,标准,)/,标准,10,6,(ppm),o,固定:,=(,H,标准,-,H,样品,),/,H,标准,10,6,(ppm),标准物质:,TMS(四甲基硅烷),NMR横坐标:,(010,ppm),2.1.4 化学位移的影响因素,(1)电子效应(相邻基团或原子的电负性):,氢核相邻基团的电负性强 吸电子能力强 核外电子云密度小 屏蔽作用小 ,增大.,例1:CH,3,-CH,2,Cl,例2:,H H,R C OH R C CH,2,OH,R R,A B,:CH,2,CH,3,:A B,质子在分子中所处的空间位置不同,所受的屏蔽作用不同的效应，尤指化学键产生的影响。,(2)磁各向异性效应(远程屏蔽效应):,例1.,苯环上的氢 负屏蔽区,大(低场,左),=,7.27,例2.,乙烯上的氢 负屏蔽区,大(低场,左),=5.25,例3.,乙炔上的氢 正屏蔽区,小(高场,右)=2.88,若次级(感应)磁场与外磁场方向相反:,正屏蔽区 高场,减小;,若次级(感应)磁场与外磁场方向相同:,负屏蔽区 低场,增大.,2.2自旋偶合,2.2.1 峰的裂分现象,1:3:3:1 1:2:1,氯乙烷,CH,3,CH,2,Cl,:CH,3,CH,2,-CH,2,-,CH,3,2.2.2几个基本概念,自旋偶合:,核自旋产生核磁矩间的相互干扰.,自旋裂分:,由自旋偶合引起共振峰分裂的现象.,偶合是分裂的原因,分裂是偶合的结果.,一级图谱:,由一级偶合产生的图谱,具有如下主要特征:,(1)服从,n,+1律;,(2)多重峰的峰高比为二式的各相系数比;,(3)多重峰的中间位置是该组质子的化学位移,.,2.2.3自旋分裂的规律(,n,+1律),内容:,(1)一个峰被分裂成多重峰时,多重峰数=,n,+1,(,n,-邻近原子中磁等价的质子数目);,(2)裂分峰的面积(或峰高)比 为,(X+1),n,展开,式中各项系数之比.,条件:,(1),I,=1/2 (,1,H,1,),(2)一级图谱,磁等价:,分子中一组化学等价核(化学位移相同)与,分子中其他任何一个核都有相同强弱的偶,合,这组核为磁等价(磁全同).,磁等价核的特点,:,(1)组内核化学位移相等;,(2)与组外核偶合的偶合常数相等;,(3)无组外核干扰时,组内虽有偶合,但不产生裂分.,例:CH,3,CH,2,Cl(氯乙烷)中,-CH,3,磁等价核 裂分为3个峰 1:2:1,-CH,2,磁等价核 裂分为4个峰 1:3:3:1,2.3谱线强度(峰面积 积分曲线),谱线强度:,在氢谱中,各吸收峰的面积(积分曲线)正比于产生该峰的氢核的数目.因此,根据分子式或其中某个基团的氢核数目,就可计算出各峰所代表的氢核的数目,即,氢分布,.,例,:已知某化合物的分子式为,C,4,H,8,O,b:a:c=2:3:3,a峰:=2,3个氢核,b峰:=2.5,2个氢核,c峰:=1,3个氢核,2.5 2 1 0,b,a,c,2,3,3,3.核磁共振氢谱解析,3.1核磁共振氢谱解析一般步骤:,(1)若已知分子式,则先算出不饱和度;,(2)根据积分高度及分子式,算出氢分布;,(3)根据化学位移推测结构基团;,(4)根据各峰的裂分情况,找出各基团的连接关系。,3.核磁共振氢谱解析示例,例1.某化合物的分子式为C,4,H,8,O,其NMR谱如上页图示.试推断此化合物的,结构.,2.5 2 1 0,b,a,c,2,3,3,解:,(,1),不饱和度:,U,=(2+24-8)/2=1 有双键,(2)氢分布:,b:a:c=2:3:3;b峰,2,个氢核,a,峰,3,个氢核,c,峰,3,个氢核.,(3)结构基团:,a峰:=2,可能为CH,3;,b峰:=2.5,可能为CH,2;,c峰:=1,可能为CH,3.,(4)连接关系:,a峰-单峰,为孤立的CH,3,b,峰 四重峰,应与CH,3,相连,c,峰-三重峰,应与CH,2,相连,结论为:,CH,3,-C-CH,2,CH,3,O,例2.已知某化合物的C,9,H,12,NMR 谱如下图示,试推断其结构.,8 7 3 1,1,6,5,解析:,(1)不饱和度:,U,=(2+29-12)/2=4,有苯环,(2)按上题步骤分析得如下结果:,峰分裂 氢分布 结构及连接,7.2 单峰 5 单取代苯,2.9 7重峰 1 C-H(连接2个-CH,3,),1.2 2重峰 6 2个化学环境相同的-CH,3,(有一个相邻氢),(3)推测该化合物为:,CH,CH,3,CH,3,4.核磁共振法在医药中应用,药理学研究:,药物与受体间的作用机制;,医学临床诊断:,癌组织与正常组织鉴别;,药品质量控制:,含量测定及纯度检查;,结构解析:,药物及其代谢产物化学结构。,生物活性测定:,酶活性,生物膜分子结构;,5.核磁共振法技术进展,一维核磁共振谱,(1D-NMR):,横坐标-频率(,H或C,),纵坐标-信号强度.,包括:,1,H-NMR;,13,C-NMR,二维核磁共振谱,(2D-NMR),:,将化学位移-化学位移对核磁信号作二维展开,而成的图谱.,包括:J分解谱;多量子谱;,化学位移相关谱(,1,H-1和,13,C-1);,LC-NMR联用仪,