偶合常數(shù)
自旋偶合的量度稱為自旋的偶合常數(shù)(coupling constant)，用符號(hào)J表示，J值的大小表示了偶合作用的強(qiáng)弱J的左上方常標(biāo)以數(shù)字，它表示兩個(gè)偶合核之間相隔鍵的數(shù)目，J的右下方則標(biāo)以其它信息。就其本質(zhì)來(lái)看，偶合常數(shù)是質(zhì)子自旋裂分時(shí)的兩個(gè)核磁共振能之差，它可以通過(guò)共振吸收的位置差別來(lái)體現(xiàn)，這在圖譜上就是裂分峰之間的距離。
偶合常數(shù)的大小與兩個(gè)作用核之間的相對(duì)位置有關(guān)，隨著相隔鍵數(shù)目的增加會(huì)很快減弱，一般來(lái)講，兩個(gè)質(zhì)子相隔少于或等于三個(gè)單鍵時(shí)可以發(fā)生偶合裂分，相隔三個(gè)以上單鍵時(shí)，偶合常數(shù)趨于零。例如在丁酮中，Ha與Hb之間相隔三個(gè)單鍵，因此它們之間可以發(fā)生偶合裂分，而Ha與Hb或Hb與Hc之間相隔三個(gè)以上的單鍵，它們之間的偶合作用極弱，也即偶合常數(shù)趨于零。但中間插人雙鍵或三鍵的兩個(gè)質(zhì)子，可以發(fā)生遠(yuǎn)程偶合。
化學(xué)位移隨外磁場(chǎng)的改變而改變。偶合常數(shù)與化學(xué)位移不同，它不隨外磁場(chǎng)的改變而改變。因?yàn)樽孕己袭a(chǎn)生于磁核之間的相互作用，是通過(guò)成鍵電子來(lái)傳遞的，并不涉及外磁場(chǎng)。因此，當(dāng)由化學(xué)位移形成的峰與偶合裂分峰不易區(qū)別時(shí)，可通過(guò)改變外磁場(chǎng)的方法來(lái)予以區(qū)別。
自旋偶合和自旋裂分
兩張圖譜分別是低分辨核磁共振儀和高分辨核磁共振儀所作的乙醛(CH3CHO)的PMR圖譜。對(duì)比這兩張圖譜可以發(fā)現(xiàn)，用低分辨核磁共振儀作的圖譜，乙醛只有兩個(gè)單峰。在高分辨圖譜中，得到的是二組峰，它們分別是二重峰、四重峰。
乙醛在低分辨圖譜和高分辨圖譜中峰數(shù)不等是因?yàn)樵诜肿又?，不僅核外的電子會(huì)對(duì)質(zhì)子的共振吸收產(chǎn)生影響，鄰近質(zhì)子之間也會(huì)因互相之間的作用影響對(duì)方的核磁共振吸收。并引起譜線增多。這種原子核之間的相互作用稱為自旋-自旋偶合(spin-spin coupling)，簡(jiǎn)稱自旋偶合(spin coupling)。因自旋偶合而引起的譜線增多的現(xiàn)象稱為自旋-自旋裂分，簡(jiǎn)稱自旋裂分。
自旋耦合的起因
譜線裂分是怎樣產(chǎn)生的?在外磁場(chǎng)的作用下，質(zhì)子是會(huì)自旋的，自旋的質(zhì)子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小的磁矩，通過(guò)成鍵價(jià)電子的傳遞，對(duì)鄰近的質(zhì)子產(chǎn)生影響。質(zhì)子的自旋有兩種取向，假如外界磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度為自旋時(shí)與外磁場(chǎng)取順向排列的質(zhì)子，使受它作用的鄰近質(zhì)子感受到的總磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0+B'，自旋時(shí)與外磁場(chǎng)取逆向排列的質(zhì)子，使鄰近的質(zhì)子感受到的總磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0-B'，因此當(dāng)發(fā)生核磁共振時(shí)，一個(gè)質(zhì)子發(fā)出的信號(hào)就分裂成了兩個(gè)，這就是自旋裂分。一般只有相隔三個(gè)化學(xué)鍵之內(nèi)的不等價(jià)的質(zhì)子間才會(huì)發(fā)生自旋裂分的現(xiàn)象。
磁等價(jià)磁不等價(jià)性
在分子中，具有相同化學(xué)位移的核稱為化學(xué)位移等價(jià)的核。分子中兩相同原子處于相同的化學(xué)環(huán)境時(shí)稱為化學(xué)等價(jià)(chemical equivalence)，化學(xué)等價(jià)的質(zhì)子必然具有相同的化學(xué)位移，例如CH2Cl2中的兩個(gè)1H是化學(xué)等價(jià)的，它們的化學(xué)位移也是相同的。
但具有相同化學(xué)位移的質(zhì)子未必都是化學(xué)等價(jià)的。判別分子中的質(zhì)子是否化學(xué)等價(jià)，對(duì)于識(shí)譜是十分重要的，通常判別的依據(jù)是：分子中的質(zhì)子，如果可通過(guò)對(duì)稱操作或快速機(jī)制互換，它們是化學(xué)等價(jià)的。通過(guò)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)而能互換的質(zhì)子叫等位質(zhì)子(homotopic proton)。
等位質(zhì)子在任何環(huán)境中都是化學(xué)等價(jià)的。通過(guò)鏡面對(duì)稱操作能互換的質(zhì)子叫對(duì)映異位質(zhì)子(enantiotopic Pmton)。一組化學(xué)位移等價(jià)(chemical shift equivalence)的核，如對(duì)組外任何其它核的偶合常數(shù)彼此之間也都相同，那么這組核就稱為磁等價(jià)(magnetic equivalence)核或磁全同核。顯然，磁等價(jià)的核一定是化學(xué)等價(jià)的，而化學(xué)等價(jià)的核不一定是磁等價(jià)的。
在判別分子中的質(zhì)子是否化學(xué)等價(jià)時(shí)，下面幾種情況要予以注意。
?、排c不對(duì)稱碳原子相連的CH2上的兩個(gè)質(zhì)子是化學(xué)不等價(jià)的。不對(duì)稱碳原子的這種影響可以延伸到更遠(yuǎn)的質(zhì)子上。
?、圃谙N中，若雙鍵上的一個(gè)碳連有兩個(gè)相同的基團(tuán)，另一個(gè)雙鍵碳連有兩個(gè)氫，則這兩個(gè)氫是化學(xué)等價(jià)的，與帶有某些雙鍵性質(zhì)的單鍵相連的兩個(gè)質(zhì)子，在單鍵旋轉(zhuǎn)受阻的情況下，也能用同樣的方法來(lái)判別它們的化學(xué)等價(jià)性。
?、怯行┵|(zhì)子在某些條件下是化學(xué)不等價(jià)的，在另一些條件下是化學(xué)等價(jià)的。例如環(huán)己烷上的CH2，當(dāng)分子的構(gòu)象固定時(shí)，兩個(gè)質(zhì)子是化學(xué)不等價(jià)的，當(dāng)構(gòu)象迅速轉(zhuǎn)換時(shí)，兩個(gè)質(zhì)子是化學(xué)等價(jià)的。只有化學(xué)不等價(jià)的質(zhì)子才能顯示出自旋偶合。
結(jié)語(yǔ)：通過(guò)上文的介紹，想必大家對(duì)于核磁共振是什么都是有了一個(gè)比較全面的了解了吧，核磁共振在我們生活中還是比較多見(jiàn)的哦，希望上面的文章能夠幫助到我們哦，祝大家有一個(gè)健康的身體哦。
