质子磁共振波谱学

质子核磁共振谱可以提供大量关于分子结构的信息，因为大多数有机分子都含有许多分子氢原子，氢原子吸收能源不同的波长取决于它们的键合环境．

核磁共振吸光度在光谱中表现为一系列尖锐的尖峰或峰。虽然频谱上没有垂直刻度，但每个峰的相对高度大致对应于强度吸收．水平刻度没有显示质子共振在简单波长单位中。相反，每个峰的位置通常是测量相对于吸收的质子在复合四甲基硅烷(CH_3.）₄Si。四甲基硅烷是惰性的液体少量添加到被分析的化合物中。它的所有12个氢原子都在同一位置吸收，形成一个单一的尖峰，这个尖峰的位置值被任意指定为零。然后，这个峰被用作光谱中所有其他峰的参考点。氢原子在分子被分析的一般出现在参考峰的左边，因为它们吸收了辐射比四甲基硅烷氢的能量高。

从参考峰到质子吸收的距离由一个叫做的数字给出化学位移。每单位的化学位移代表吸收辐射能量的百万分之一(ppm)的分数增加，相对于价值四甲基硅烷。例如，在质子核磁共振谱中溴乙烷即CH的氢原子_3.组出现在1.6 ppm和CH的氢₂组在3.3 ppm左右。分子中的原子具有不同的化学位移，因为它们由于附近电子的存在而经历略微不同的局部磁场。电子产生磁场他们自己的，这降低了总数的量级场在原子核上。被高电子密度区域包围的原子核，如四甲基硅烷的氢原子，被称为高电子密度核屏蔽来自仪器磁铁的应用场。的电负性溴原子在溴乙烷中，它把电子从碳原子和氢原子中吸走。CH的₂氢比CH受到的影响更大_3.氢，因此有更大的化学位移，因为它们更接近溴原子。CH上的三个氢_3.群暴露在相同的局部磁场中，因此有相同的化学位移。这样的氢被称为等价的。CH上的两个氢₂组也是相等的。氢原子的化学位移是核磁共振光谱学提供的最重要的信息，因为它揭示了大量关于氢周围化学键性质的信息。

核磁共振谱的另外两个特征是结构赋值的重要辅助。第一个是吸收峰所包围的空间面积。峰下面积与构成峰的氢原子数成正比。核磁共振光谱仪有一个特性，叫做积分，当用户选择时，计算每个峰值下的面积，并将结果绘制为一条直线，在峰值处垂直位移与峰值下的面积成比例。的集成例如，溴乙烷的光谱显示，1.6 PPM左右的吸收峰的面积比3.3 PPM时的吸收峰面积大1.5倍。这与CH峰的分配是一致的，并支持了它_3.和CH₂由于CH的面积之比_3.CH峰₂峰值预计为3:2，或1.5:1，因为氢原子的数量是3:2的比例。

第二个附加特征是吸收峰的模式。在溴乙烷的例子中，CH_3.峰被分成三个不同的峰，称为一峰三联体．CH的₂峰被分成四个峰，称为一峰四方。这些多个峰是由附近的氢原子通过一个称为自旋自旋分裂．给定碳上的每一组等价氢被分解成n+1乘以相邻与给定碳上的氢不相等的氢原子。这些分裂通常被观察到所有不相等的氢连接到一个或两个相邻的碳原子。在溴乙烷谱中，CH_3.由于两个氢对相邻的CH的作用，其吸收表现为三重态₂组。反过来，CH₂由于三个氢原子对邻近的CH的作用，它的吸收是四重奏_3.组。

质子核磁共振谱的这三个重要特征——化学位移、相对峰大小和自旋自旋分裂——提供了有关分子中氢原子数量和位置的详细信息。通过结合从碳13磁性中获得的信息共振在美国，化学家通常可以推导出分子式已知的分子的明确结构。

碳-13磁共振波谱

自然发生的碳几乎完全由碳-12同位素组成，碳-12没有磁矩，因此无法通过核磁共振技术检测到。然而，碳13 (¹³C)原子，约占所有碳原子的1%，确实以类似于氢的方式吸收无线电波。因此,¹³C NMR是可能的，该技术提供了有关有机分子中碳骨架结构的有价值的信息。因为，平均来说，一个分子中每100个碳原子中只有1个是a¹³C同位素，因为¹³C原子吸收电磁辐射很弱,¹³C核磁共振信号比质子信号弱约6000倍。现代仪器已经克服了这个障碍¹³核磁共振已成为一个容易获得的分析技术。在质子谱中¹³C峰绘制为相对于内部标准的化学位移，如四甲基硅烷的碳共振。

循环的谱碳氢化合物甲基环己烷作为一个有用的例子¹³C核磁共振波谱。不同碳原子的化学位移比氢原子大，而且五个原子的磁性也不同¹³C原子表现为五个不同的峰。然而，与质子谱不同的是，峰面积并不与吸收核的数量成正比。因此，35.8 ppm和26.8 ppm的每个峰值(分别由图中标记为3和4的两个碳原子产生)都大于23.1 ppm、33.1 ppm和26.8 ppm的每个峰值(分别由位置1、2和5的单个碳原子产生)，但不是精确的2:1的比例。标记在3号位置的两个原子是磁等效的(标记在4号位置的两个原子也是)，因为分子对称于一条垂直穿过其中心的线。

的¹³由于两种不同的原因，甲基环己烷的C谱没有显示任何自旋-自旋分裂产生的多重态。第一个原因是两者之间的自旋-自旋耦合相邻¹³C原子太弱了，在光谱上看不出来。这是因为几乎所有的¹³分子中的碳原子键成键的数量更多¹²C原子，它不会产生自旋-自旋分裂。第二个原因是自旋-自旋分裂确实发生在¹³与氢原子结合的C原子已被一种称为质子解耦。质子解耦消除了通常在a中观察到的所有分裂模式¹³C光谱是指所有碳原子与一个或多个氢原子结合的光谱。

单独或组合分析，质子和¹³C核磁共振谱允许正确的结构分配到许多有机化合物，包括大多数异构体。