有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)表征（即測定）——從分子水平認(rèn)識物質(zhì)的基本手段，是有機(jī)化學(xué)的重要組成部分。過去，主要依靠化學(xué)方法進(jìn)行有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)測定，其缺點是：費時、費力、費錢，試劑的消耗量大。例如：鴉片中嗎啡堿結(jié)構(gòu)的測定，從1805年開始研究，直至1952年才完全闡明，歷時147年。

而現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)測定，則采用現(xiàn)代儀器分析法，其優(yōu)點是：省時、省力、省錢、快速、準(zhǔn)確，試劑耗量是微克級的，甚至更少。它不僅可以研究分子的結(jié)構(gòu)，而且還能探索到分子間各種集聚態(tài)的結(jié)構(gòu)構(gòu)型和構(gòu)象的狀況，對人類所面臨的生命科學(xué)、材料科學(xué)的發(fā)展，是極其重要的。

對有機(jī)化合物的研究，應(yīng)用最為廣泛的是：紫外光譜（ultraviolerspectroscopy縮寫為UV）、紅外光譜（infraredspectroscopy縮寫為IR）、核磁共振譜（nuclearmagneticresonance縮寫為NMR）和質(zhì)譜（massspectroscopy縮寫為MS）.一、基本原理

1.原子核的自旋

核象電子一樣，也有自旋現(xiàn)象，從而有自旋角動量。

核的自旋角動量(ρ)是量子化的，不能任意取值，可用自旋量子數(shù)(I)來描述。

第十二章核磁共振I＝0、1/2、1……

I=0，

ρ=0，無自旋，不能產(chǎn)生自旋角動量，不會產(chǎn)生共振信號。

∴只有當(dāng)I

＞O時，才能發(fā)生共振吸收，產(chǎn)生共振信號。

I的取值可用下面關(guān)系判斷：

質(zhì)量數(shù)（A）

原子序數(shù)（Z）

自旋量子數(shù)（I）

奇數(shù)奇數(shù)或偶數(shù)

半整數(shù)n+1/2。n=0,1,2,…

奇數(shù)

整數(shù)

偶數(shù)

偶數(shù)0偶數(shù)

例如：

可見，只有原子序數(shù)或質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核的自旋才具有磁矩。

取向數(shù)=2I+1

（在沒有外電場時，自旋核的取向是任意的）。

2.自旋核在外加磁場中的取向

3.磁共振的產(chǎn)生

磁性核的自旋取向表明

在外場中的取向。

它的某個特定能級狀態(tài)（用磁量子數(shù)ms表示）。取值為–I

…0…+I。

即：每一個取向都代表一個能級狀態(tài)，有一個ms

。如：1H核：∵I＝1/2∴ms為

－1/2和+1/2

結(jié)論：

(1)ΔE∝H0；

(2)1H受到一定頻率（ν）的電磁輻射，且提供的能量=ΔE，則發(fā)生共振吸收，產(chǎn)生共振信號。

1.化學(xué)位移的由來——屏蔽效應(yīng)

化學(xué)位移是由核外電子的屏蔽效應(yīng)引起的。

若質(zhì)子的共振磁場強度只與γ(磁旋比)、電磁波照射頻率H0有關(guān)，那么，試樣中符合共振條件的1H都發(fā)生共振，就只產(chǎn)生一個單峰，這對測定化合物的結(jié)構(gòu)是毫無意義的。

實驗證明：在相同的頻率照射下，化學(xué)環(huán)境不同的質(zhì)子將在不同的磁場強度處出現(xiàn)吸收峰。

H核在分子中不是完全裸露的，而是被價電子所包圍的。二、化學(xué)位移因此，在外加磁場作用下，由于核外電子在垂直于外加磁場的平面繞核旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生與外加磁場方向相反的感生磁場H'。這樣，H核的實際感受到的磁場強度為：

式中：σ為屏蔽常數(shù)

核外電子對H核產(chǎn)生的這種作用，稱為屏蔽效應(yīng)（又稱抗磁屏蔽效應(yīng)）。

顯然，核外電子云密度越大，屏蔽效應(yīng)越強，要發(fā)生共振吸收就勢必增加外加磁場強度，共振信號將移向高場區(qū)；反之，共振信號將移向低場區(qū)。因此，H核磁共振的條件是：2.化學(xué)位移的表示方法不同化學(xué)環(huán)境的H核，受到不同程度的屏蔽效應(yīng)的影響，因而吸收峰出現(xiàn)在核磁共振譜的不同位置上，吸收峰這種位置上的差異稱為化學(xué)位移。

為什么選用TMS(四甲基硅烷)作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)?(1)屏蔽效應(yīng)↑，共振信號在高場區(qū)（δ值規(guī)定為0），絕大多數(shù)吸收峰均出現(xiàn)在它的左邊。

(2)結(jié)構(gòu)對稱，是一個單峰。

(3)容易回收（b.p低），與樣品不締合。

核磁共振儀所使用的固定頻率δ值是一個負(fù)值，為方便起見，去掉負(fù)號。因此，δ值大時表明信號在低場，δ值小時表明信號在高場。三、影響化學(xué)位移的因素凡影響電子云密度的因素都將影響化學(xué)位移。其中影響最大的是：誘導(dǎo)效應(yīng)和各向異性效應(yīng)。

(1)電負(fù)性的影響：

元素的電負(fù)性↑，通過誘導(dǎo)效應(yīng)，使H核的核外電子云密度↓，屏蔽效應(yīng)↓，共振信號→低場。例如：

(2)磁各向異性效應(yīng)：

A.雙鍵碳上的質(zhì)子

烯烴雙鍵碳上的H質(zhì)子位于π鍵環(huán)流電子產(chǎn)生的感生磁場與外加磁場方向一致的區(qū)域（稱為去屏蔽區(qū)），去屏蔽效應(yīng)的結(jié)果，使烯烴雙鍵碳上的H質(zhì)子的共振信號移向稍低的磁場區(qū)，其δ=4.5～5.7。

同理，羰基碳上的H質(zhì)子與烯烴雙鍵碳上的H質(zhì)子相似，也是處于去屏蔽區(qū)，存在去屏蔽效應(yīng)，但因氧原子電負(fù)性的影響較大，所以，羰基碳上的H質(zhì)子的共振信號出現(xiàn)在更低的磁場區(qū)，其δ=9.4～10。

B.三鍵碳上的質(zhì)子：

碳碳三鍵是直線構(gòu)型，π電子云圍繞碳碳σ鍵呈筒型分布，形成環(huán)電流，它所產(chǎn)生的感生磁場與外加磁場方向相反，故三鍵上的H質(zhì)子處于屏蔽區(qū)，屏蔽效應(yīng)較強，使三鍵上H質(zhì)子的共振信號移向較高的磁場區(qū)，δ=2～3。

C.苯環(huán)上的質(zhì)子：

在外磁場影響下，苯環(huán)的π電子產(chǎn)生一個環(huán)電流，同時產(chǎn)生一個感應(yīng)磁場，該磁場方向與外加磁場方向在環(huán)內(nèi)相反（抗磁），在環(huán)外相同（順磁）。苯環(huán)上的質(zhì)子在環(huán)外，處于去屏蔽區(qū)，共振信號移向較低的磁場區(qū)，δ約為7.3。

小結(jié)：

四、決定質(zhì)子數(shù)目的方法吸收峰的峰面積，可用自動積分儀對峰面積進(jìn)行自動積分，畫出一個階梯式的積分曲線。

峰面積的大小與質(zhì)子數(shù)目成正比。

峰面積高度之比=質(zhì)子個數(shù)之比。

一個化合物究竟有幾組吸收峰，取決于分子中H核的化學(xué)環(huán)境。

有幾種不同類型的H核，就