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核磁共振波谱法之偶合常数.ppt
分裂原因 在氢—氢偶合中, 峰分裂是由于邻近碳原子上的 氢核的核磁矩的存在,轻微地 改变了被偶合氢核的屏蔽效应 而发生。核与核间的偶合作用 是通过成键电子传递的。一般 只考虑相隔2个或3个键的核间 的偶合。
以碘乙烷为例
(1)甲基受亚甲基二个氢的干扰分裂为三重峰: CH2的两 个质子与外磁场有下列四种情况:①↑↑②↑↓③↓↑④↓↓, 而亚甲基上的两个H等价,因此②和③没有区别,结果 只能产生3种局部磁场。甲基受3种局部磁场的干扰分裂 为三重峰。 (2)亚甲基受三个甲基核的干扰分裂为四重峰:原因同上。
(2)角度:角度对偶合常数的影响很敏感。以饱和烃的邻偶 为例,偶合常数与双面夹角α有关。α=90º时,J最小:在 α<90º时,随α的减小,J增大,在α大于90º时,随α的增大, J增大。这是因为偶合核的核磁矩在相互垂直时,干扰最小. 例 Jaa>Jae (a竖键、e横键)
(2)因此可得出如下结论:某基团的氢与n个相邻氢偶 合时将被分裂为n+1重峰,而与该基团本身的氢数无关。 此规律称为n+1律。
1:3:3:1 1:1 H C CH3
HH CC
H
1:2:1
1:1
(3)按n+1律分裂的图谱为一级图谱。服从n+l律的多重峰 峰高比为二项式展开式的系数比:单峰(singlet,s),二重峰 (doublet,d;l:1),三重峰(triplet,t;1:2:1),四重峰 (quartet,q;1:3:3:1),五重峰 (quintet; 1:4:6:4: 1),六重峰(sextet; 1:5:10:10:5:1)……。
CH 2 CH 3 : (a b)2 a2 2ab b2 (1: 2 :1)
CH 3 CH 2 : (a b)3 a3 3a2b 3ab2 b3 (1: 3 : 3 :1)
2、自旋分裂的规律: n+1律
(1)通过碘乙烷核磁共振谱的简单分析可知,自旋分裂 是有一定规律的。碘乙烷的亚甲基受相邻甲基三个氢干 扰,分裂为四重峰。同时甲基受相邻亚甲基二个氢的干 扰,分裂为三重峰。
若某基团与n、n ' …个氢核相邻,发生简单偶合,
有下述两种情况: (1)偶合常数相' +…)+1。
Hb Ha Hc Hb C C C Br
Hb Ha Hc
Ha裂分为多少重峰?
Jba Jca
Jca Jba
4
3
210
Ha裂分峰:(5+1)=6 强度比近似为:1:5:10:10:5:1
*邻偶(vicinal coupling) :相隔三个键的偶合为邻偶,用3J 或Jvic表示。 3J =6~8Hz,邻偶在NMR中遇到的最多。 Jtrans烯> Jcis烯≈J炔>J链烷(自由旋转)。
*远程偶合(long range coupling) :相隔4个或4个以上键的 偶合称远程偶合。除了具有大π键或π键的系统外,远程偶 合常数一般都很小。例如,苯环的间位氢的偶合,Jm=1~ 4Hz,对位氢的偶合,Jp=0~2Hz。
第四节 偶合常数
要求: 1、掌握自旋偶合和自旋分裂; 2、掌握偶合常数、磁等价核及n+1规律; 3、熟悉偶合常数的意义; 4、熟悉各种磁不等价核; 5、熟悉自旋系统的命名; 6、了解核磁图谱的分类。
屏蔽效应使不同化学环境的氢核产生了 化学位移。分子中各核的核磁矩间的相互 作用,虽对化学位移没有影响,但对图谱 的峰形有着重要的影响。
每类氢核不总表 现为单峰,有时多 重峰。
原因:相邻两个氢 核之间的自旋偶合 (自旋干扰);
1、自旋分裂的产生:核自旋产生的核磁矩间的相互干扰称为 自旋—自旋偶合(spin-spin coupling)简称自旋偶合。由自旋偶 合引起共振峰分裂的现象称为自旋—自旋分裂(spin—spin spliting)简称自旋分裂或自旋裂分。
(3)简单偶合和高级偶合:通常规定 Δν/J>10,为简单(或一级)偶合; Δν/J<10,为高级(或 二级)偶合。 注:1)在简单偶合中,峰裂距称为偶合常数(J)。Jab表示a 与b核的偶合常数;
2)在简单偶合中分裂的峰高比符合(a+b)n二项式的展 开系数比,即杨辉三角定式。
例如 CH3CH2I
核的局部磁场强度,因此,偶合常数与外磁场强度H0无关。
(1)间隔的键数:相互偶合核间隔键数增多,偶合常 数的绝对值减小。 *偕偶(geminal coupling):也称同碳偶合。偶合常数用2J或 Jgem表示. sp3杂化基团上的|2J|=10~15Hz . 从核磁谱上经常看 不到。烯氢的2J=0~5,数值较小,但在NMR上可以看到。
(2)偶合常数不等:则呈现(n+1) ( n ' +1)…个子峰。
Ha、Hb及Hc三个氢偶合, 但Jab≠Jbc≠Jac。在220兆赫的 仪器上测试,每个氢都被一 个相邻的氢分裂为二重峰, 再被另一个氢分裂,得双二 重峰,峰高比为1:1:1:1, 双二重峰不是一般的四重峰 (1:3:3:1),不要混淆。 这种情况可以认为是n+1律 的广义形式。
❖n+1律是2nI+l规律的特殊形式。因为氢核的I=1/2,则 2n×1/2+1=n十1。对于I≠1/2的核,峰分裂则服从2nI+1律。 以氘核为例,其I=1,如在一氘碘甲烷中(H2DCl),氢受一 个氘的干扰,分裂为三重峰,服从2nI+l律。氘受二个氢的 干扰,也分裂为三重峰,但服从n+l律。
n+1律,只有在I=1/2、简单偶合(Δν/J>10)及偶合常 数相等时适用。
二、偶合常数
1.偶合常数:单位为Hz,对简单偶合而言,峰裂距即偶合常
数。高级偶合(Δν/J<10),n+1律不再适用,其偶合常数需通
过计算才能求出。偶合常数的符号为
n
J
s,n表示偶合核
c
间隔键数,S表示结构关系,C表示相互偶合核。
2.偶合的分类:按偶合核间隔键数,可分为偕偶、邻偶及 远程偶合。按核的种类可分为H—H偶合及13C一H偶合等, 相应的偶合常数用JH-H及J13C—H等表示。 3.偶合常数的影响因素:可主要从三个方面考虑即偶合核 间距离、角度及电子云密度等。由于峰分裂距决定于偶合