NMR基础知识介绍ppt课件.ppt

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1、NMR基础知识简介化学结构鉴定天然产物化学有机合成化学动态过程的研究反应动力学研究平衡过程（化学平衡或构象平衡）三维结构研究蛋白质DNA.蛋白/DNA复合物多糖药物设计NMR研究构效关系（SAR）医学－磁共振成像（MRI）NMR的应用领域2021年7月28日2样品:非磁性及非导电灵敏度:样品需含»1015原子核溶液固体Solids成像NMRNMR样品要求2021年7月28日3NMR谱图包含的信息Information:Larmor频率原子核化学位移:结构测定(功能团)J-偶合:结构测定(原子的相关性)偶极偶合:结

2、构测定(空间位置关系)弛豫:动力学1H13CCH3>C=CH-HHCCCHHHHDJHHHCJCHC>C=C

3、于1H,13C,15N,31P（生物相关的核）:m=1/2,-1/2这表明这些核只有两种状态（能级）.原子核另一个重要的参数是磁矩（m）:m=gIh/2p磁矩是一个矢量，它给出了“原子核磁体”的方向和大小（强度）h为普朗克常数g为旋磁比,不同的原子核具有不同的旋磁比.不同的原子核具有不同的磁矩NMR背景2021年7月28日6在基态下核自旋是无序的，彼此之间没有能量差。它们的能态是简并的:由于原子核具有核磁矩，当外加一个强磁场时（Bo）,核磁矩的取向会与外磁场平行或反平行:取向与外磁场平行核的数目总是比取向反平行的

4、核稍多.Bo=gh/4p磁场的作用（对I=½）2021年7月28日7当外加一个磁场时，取向与外磁场（Bo）平行和反平行的核之间会有能量差:每个能级都有不同的布居数（N）,布居数的差别与能量差有关遵守Boltzmman分布:Na/Nb=eDE/kT400MHz（Bo=9.5T）下的1H，能量差为3.8x10-5Kcal/molNa/Nb=1.000064与UV或IR相比，布居数的差别很小。Bo=0Bo>0DE=hnab能量和布居数2021年7月28日8原子核的能量（对于一个核自旋）与核磁矩和外加磁场的大小成正比:E

5、=-m.BoE(up)=ghBo/4p---E(down)=-ghBo/4pDE=ghBo/2p这个能量的差就是每个核可以吸收的能量（与信号的强度和灵敏度直接相关）:磁体的磁场越强（大的Bo），NMR谱仪的灵敏度就越高。具有较大g值的核，吸收或发射的能量就越大，也就越灵敏。灵敏度与m、Na-Nb及“线圈的磁通量”都成正比，这三者都与g成正比，所以灵敏度与g3成正比。如果考虑同位素的天然丰度,13C(~1%)的灵敏度要比1H低上6400倍。g13C=6,728rad/Gg1H=26,753rad/G仅仅是g的原因

6、，1H的灵敏度就大约是13C的64倍能量和灵敏度2021年7月28日9能量与频率是相关的，我们可以作一些简单的数学变换：DE=hnn=gBo/2pDE=ghBo/2p对于1H来说，在通常的磁体中(2.35-18.6T),其共振的频率在100-800MHz之间。对13C,是其频率的1/4。在解释有些NMR原理时,我们需要用到圆周运动。对于描述圆周运动Hz并不是一个好的单位。我们把进动（或Larmor）频率定义为w:w=2pnwo=gBo（弧度）10-1010-810-610-410-2100102waveleng

7、th(cm)g-raysx-raysUVVISIRm-waveradio能量和频率2021年7月28日10wo与什么样的进动相关呢?有一个现象我们还没涉及，它就是自旋角动量l,所有的核都具有自旋角动量。我们可以粗略的认为核绕着自己的z轴旋转。如果核磁矩m不为零，它就是一个旋转的原子磁体。如果我们外加一个强磁场Bo,磁矩m与Bo相互作用会产生一个扭力。不论磁矩m的初始取向如何，他都将倾向与Bo平行。lBoBoor...mm进动和旋转的陀螺2021年7月28日11由于自旋角动量l的原因，磁矩为m的核会自旋,因此两个力

8、会同时作用在它上面，一个力把它拉向Bo方向，另一个使它保持自旋。最终结果是m绕着Bo进动。理解进动最好的办法是想象一个旋转的陀螺在重力作用下的运动情景。核磁矩m绕着Bo进动的频率与从能级差值计算所得的频率是相等的。虽然这两个频率没有明显的联系，但是由严格的量子力学推导也可以得到这一结论。有些现象对于经典NMR模型来说可以把它们看作一个黑匣子。Bowom进动2021年7月2