核磁共振實驗講義-活潑氫

1、 核磁共振實驗特別提醒：由于核磁共振實驗室是強磁場環(huán)境(9.6T),機械表，磁卡，含鐵的工具,裝有心臟起博器和人工假肢等人不可靠近磁體，以防發(fā)生意外。3.1化合物1H譜的測定目的要求1)了解核磁共振的基本原理和氫譜的測定方法；了解AVANCE-400核磁共振波譜儀的結構并初步掌握其使用方法;3)掌握簡單核磁共振氫譜譜圖的解析技能?；驹砗舜殴舱癫ㄗV法是表征、分析和鑒定有機化合物結構的最有效手段之一，現(xiàn)代核磁共振波譜儀主要為脈沖傅里葉變換核磁共振波譜儀。圖3-1是核磁共振波譜儀的示意圖。圖3-1是核磁共振波譜儀的示意圖核磁共振譜是由具有磁矩的原子核受電磁波輻射而發(fā)生躍遷所形成的吸收光譜。用一定

2、頻率的電磁波對樣品進行照射，可使特定化學環(huán)境中的原子核實現(xiàn)共振躍遷，在照射掃描中記錄發(fā)生共振時信號的位置和強度，即可得到核磁共振普。核磁共振譜中的共振信號峰位置反應樣品分子的局部結構（如特征官能團、分子構型和構象等），而信號強度則往往與相關原子核在樣品中存在的量有關。原子質量數(shù)為奇數(shù)的原子核如1H、13C、19F、31P等，由于核內質子的自旋在沿著核軸方向產(chǎn)生磁矩，因此可以發(fā)生核磁共振。而12C、16O、32S等原子核不具有磁性故不發(fā)生核磁共振現(xiàn)象。核自旋量子數(shù)IHO的原子核在外磁場作用下只可能有2I+1個取向，每一個取向都可以用一個自旋磁量子數(shù)來表示。如1H的自旋磁量子數(shù)1=1/2,在外磁場

3、中有兩個取向，存在兩個不同的能級，兩能級的能量差AE與外磁場強度成正比：E=Ei/2-E+i/2=Y（加Bo）由于1H核周圍電子的運動產(chǎn)生次級磁場，使得有機物分子中不同化學環(huán)境的1H核實際受到的磁場強度不同，導致產(chǎn)生共振吸收的電磁輻射頻率不同。B=B0-OB0=B0（1-0）為了便于比較，通常引入一個相對標準的方法測定樣品的吸收頻率與標準物的吸收頻率差，采用相對值消除不同頻源的差別及化學位移（6）。=（vx-Vs）/vSX106式中，Vx為樣品1H核的共振頻率；Vs為標準物質1H核的共振頻率。通常采用如四甲基硅烷（CH3）4Si,TMS、2,2-二甲基-2-硅戊烷-5-磺酸鈉（CH3）3SiC

4、H2CH2CH2SO3Na等作為標準物質進行測試。儀器與試劑AVANCE-400核磁共振波譜儀，NMR樣品管5mm），移液槍（1ml），漩渦振蕩器；正丙醇（A.R.）,重水。實驗步驟結構分析一般應采用液態(tài)樣品（溶液）得到高分辨率的譜圖，因此實驗的第一步是選擇良好的溶劑氘代溶劑溶解樣品。常用的氘代試劑：CDCl3,D20,DMSO,C6D6,CD3OD,CD3COCD3,C5D5N等（1）樣品準備：用移液槍移取5L正丙醇于核磁管中，然后再移取0.5mL重水于核磁管中，混合均勻；（2）核磁管的定位：將轉子置于樣品規(guī)頂部，將核磁管插入轉子，根據(jù)樣品液柱的實際高度調整核磁管的位置，使液柱中心與樣品規(guī)上

5、的黑色中心線對齊，核磁管底部最多只能放到樣品規(guī)的底部，用軟紙（布）輕擦核磁管，待測；放樣步驟：在核磁軟件“topspin”界面中：鍵入“ej”，壓縮空氣閘門打開；腔內樣品彈出懸浮于磁體頂部(或聽到氣流聲后)，隨轉子取出原樣品管將套在轉子上的新樣品管放入，懸浮于磁體頂部；鍵入“ij”，壓縮空氣閘門關閉，樣品隨氣流被送入腔內到達探頭；設定采樣溫度，295K。安全性：1.核磁管的定位非常重要，若核磁管插入轉子過深，即樣品管底部實際已超出樣品規(guī)，樣品送入腔內后將觸及探頭，導致碎裂；2.氣閥未打開，一定不能放入樣品管，以防樣品管碎裂！1H數(shù)據(jù)采集鍵入NEW,建立實驗和標準參數(shù)；鍵入LOCK，選擇溶劑D2

6、0；鍵入GETPROSOL，讀取脈沖寬度和功率；鍵入ATMA,自動調諧；鍵入TOPSHIM，自動勻場。(確保樣品溫度已穩(wěn)定)(c,d,e三步驟可用窗口上方快捷鍵“PRE(getprosol+atma+topspin)”替代;鍵入RGA,自動設置增益；鍵入ZG，開始采樣同時清空內存；1H譜圖處理EFP傅立葉轉換(FT)，F(xiàn)ID信號轉換成譜圖，得到1H譜圖。APK自動相位調整，或手動校正(phasecorrection)“兒”，先“0”級校正，后“1”級校正；鳥”，圖譜定位(spectrumcalibration)，利用TMS或溶劑峰定位；“山”,手動標峰(peckpicking)；丁”，積分(i

7、nteractiveintegration)；Plot，譜圖編輯，保存。實驗結束，鍵入lockof,脫鎖，ej打開氣閥，將樣品取出；鍵入j，關閉氣閥。結果與討論(1)觀察正丙醇重水溶液的1H譜并解析;2)譜圖中羥基質子是否出現(xiàn)？為什么？活潑氫的檢測及氫鍵對質子化學位移的影響3.2.1目的要求（1）通過對比實驗，了解活潑氫與溶劑之間的快速交換對譜圖的影響（2）了解氫鍵對質子化學位移的影響。基本原理常見的活潑氫，如-OH、-NH-、-SH、-COOH等基團的質子，在溶劑中交換很快，并受測定條件如濃度、溫度、溶劑的影響，5值不固定在某一數(shù)值上，而在一個較寬的范圍內變化?；顫姎涞姆逍斡幸欢ㄌ卣?，一般而言，酰胺、羧酸類締合峰為寬峰，醇、酚類的峰形較鈍，氨基，巰基的峰形較尖。用重水交換法可以鑒別出活潑氫的吸收峰，（加入重水后活潑氫的吸收峰消失）。氫鍵對化學位移對影響：絕大多數(shù)氫鍵形成后，質子化學位移移向低場，表現(xiàn)出相當大的去屏蔽效應，提高溫度和降低濃度都可以破壞氫鍵。儀器與試劑AVANCE-400核磁共振波譜儀，NMR樣品管（5mm）,移液槍，漩渦振蕩器；正丙醇（A.R.）,氘代氯仿（CDC13，含0.03%TMS）。實驗步驟主要步驟均同3.1.4，需要修改的步驟如下：（1）樣品準備：將溶劑重水改為CDCl3；（4）1H數(shù)據(jù)采集：b.鍵入LOCK，選擇溶