化学位移本质是反映原子核周围电子产生磁场屏蔽作用不同的量，所以影响化学位移的因素就是影响屏蔽效应的因素。

诱导效应：

正电性元素 （Li、Si）会提高质子周围的电子云密度，使得信号向着高场低化学位移方向移动；

负电性元素（N，O，F）会降低质子周围的电子云密度，使得信号想着低场高化学位移方向移动。

下表给出甲基链接不同基团后的化学位移（包含13C和1H谱中的化学位移）

氢比碳的电正性大，因此每当用烷基取代氢后会使得那个碳以及所有剩下的氢原子的化学位移移向低场。所以，甲基、亚甲基、次甲基以及季碳（以及与它们相连的氢原子）在相继更低的场发生共振。

化学键的各向异性：

化学键也可以产生电子云密集的区域，这里主要介绍键的各向异性效应对于化学位移的影响。具体屏蔽效果如下：

下表给出一些键对于部分质子化学位移的影响

需要额外说明：共轭体系中存在抗磁性电子环流的要求是有（4n+2）个电子，这也是芳香性Hückel规则，外层质子被去屏蔽，内层质子被屏蔽。

首先以[18]轮烯为例：受各向异性效应的影响，[18]轮烯的12个环外氢原子被去屏蔽，其化学位移到了惊人的低场9.28；而6个环内氢原子则被屏蔽，其化学位移移到了惊人的高场−2.99。由此也证明了[18]轮烯的芳香性。

对于具有（4n）个电子（反芳香性）的体系，诱导产生的是顺磁性电子环流，其结果刚好相反：外层质子被屏蔽，内层质子被去屏蔽。

以[12]轮烯为例：在其结构中引入溴原子，抑制了环内部和外部质子的构象翻转，则内部质子化学位移为16.4，远大于[18]轮烯内部质子。

氢键：

参与形成氢键的氢原子与两种电负性元素共享电子。结果，它自身被去屏蔽，在低场中出现共振，此时水中质子的共振出现在大约1.5 ppm处。

对于悬浮在中的水滴，这时形成分子间氢键，质子大约在4.8 ppm处共振。

醇和胺的OH和NH质子的共振位置是无法预测的，因为参与氢键的形成程度无法预测，并且也与浓度有关。对于醇通常的区域是0.5～4.5；硫醇1～4；胺1～5。

氘代试剂：

当溶剂从四氯化碳变为时化学位移受影响很小（±0. 1 ppm），但变为极性更大溶剂，比如丙酮，甲醇或者DMSO时,却会有显著的影响。对质子的化学位移影响一般在0.3ppm左右，对于苯环可以达到1ppm。

化学等价和磁等价：

如果原子核可以通过分子的任何对称操作被交换，则称它们是化学等价的。可以通过旋转进行对称性互换的原子核被称为等位核。实际中C—C单键快速旋转，因此很少考虑诸如上甲基三个质子实际上的对称不等价。

磁等价则要求原子核化学等价的同时与分子中其他任意原子核的耦合常数大小都相同。例如二氟甲烷的两个质子；但是对于1，1-二氟乙烯，其两个质子与任意一个氟原子的空间关系不同，故耦合常数也不同，因此两个质子不是磁等价的。

耦合符号和耦合机制：

1J耦合：两个相连的原子核之间的耦合关系，一般在碳谱中经常使用。

2J耦合：当两个质子（H—C—H）化学不等价时，可以在图谱中直接得出它们的同碳耦合常数，其大小强烈依赖H—C—H三个原子之间的角度，烷烃中范围一般为 -5到-20 Hz ，烯烃为 +3到-3Hz ，差异源自于结构和杂环的显著变化所致。

3J耦合：在H—C—C—H中，其耦合常数3J（HCCH）与H—C—C—H的二面角关系如下：

下面着重介绍下质子之间的耦合情况：

1H-1H邻位耦合（）：该种耦合的耦合常数一般在0-20Hz之间，下面以二氯丙酸为例，介绍下邻位耦合。

可以看到，该物质总共有三种质子，B质子受到三个A质子的邻位耦合，在谱图中呈现四重峰，A质子受到B质子的邻位耦合，呈现二重峰，羟基质子不受到其他质子的邻位耦合，为单峰，但是由于氢键等其他作用，在实际谱图中只能看到一个很宽的信号。

1H-1H偕二耦合（）：偕二耦合是一种二键耦合，当由于某些原因亚甲基中的两个质子和不再等价，则会在不同的频率发生共振。该耦合导致的峰裂缝一般也满足n+1原则，耦合常数通常也在0-25Hz。下面以乙酰琥珀酸二乙酯为例介绍偕二耦合。

主要关注图中标注位置的A、B、C三个质子，由于A、B两个质子并不等价，所以存在偕二耦合，信号裂分为两个峰，同时存在“屋顶效应”；同时A、B又受到C质子的邻位耦合，两个质子的峰会进一步受到二重裂分，综合作用下A、B质子分别裂分为4个峰，且存在明显的“屋顶效应”。

同时关注C质子，因为其与A、B同时存在耦合，所以信号会裂分为一个dd峰，即二重峰的二重峰。

如果我们忽略偕二耦合，则A、B质子应该有一个双重峰，C质子应该呈现三重峰，这与实际谱图是不相符的。

关于屋顶效应，可以参考这篇问答，其中有比较详细的量子力学解释：

What is the origin of 'tenting' or 'roofing' in NMR spectra?: https://chemistry.stackexchange.com/questions/82515/what-is-the-origin-of-tenting-or-roofing-in-nmr-spectra

1H-1H远程耦合（）：

四个或者更多的键的耦合称为远程耦合，耦合常数较小，一般在0-3Hz，存在这种耦合的谱图都比较复杂，这两种耦合需要分子本身具有比较刚性的条件，下面以巴豆醛为例介绍这种耦合。

B质子首先和C存在邻位耦合，信号裂分为二重峰，同时和A存在偕二耦合，信号进一步裂分为二重峰，同时其还与甲基质子存在远程耦合，三个甲基质子使四个峰中的每一个都裂分为四重峰，因此其裂分方式为ddq，耦合常数为15.6Hz，7.9Hz，1.6Hz。

下面给出一些实际的例子（包含一些课后习题）

已知下图中物质分子式为，根据1H-NMR分析该物质结构。

题目来源：https://www.bilibili.com/video/av808761536/ 长叶松烯: https://space.bilibili.com/185553190 【直播剪辑】谱图化学导论 第二讲：核磁共振氢谱 完整版

1、计算分子式的不饱和度

该步骤对于分析物质结构极为重要，这里引用维基百科中关于不饱和度的计算方法：

计算可知，该物质不饱和度为2

2、分析谱图

谱图反映出该物质有四种质子，且从化学位移由高到低，四种质子的数量比为：2:1:2:3

1.0ppm：对于在1.0ppm处的质子，其数量3，我们可以合理猜测这个位置为甲基质子（），且其旁边所连的是两个化学环境相同的质子，且有可能是一个亚甲基（因为峰裂分为了1:2:1的三重峰而不是dd形式的四重峰）

1.55ppm：这个信号裂分为了一个六重峰，数量为2，且可以看到耦合常数和1.0ppm位置的信号一致，因此这个信号应该是五个化学环境相同的质子作用于该位置的质子。同时注意到2.1ppm附近的质子数量为2，且有和甲基质子相同的耦合常数，所以可以推测是2.2ppm与1ppm附近的五个质子与1.55ppm附近的质子发生耦合。

2.2ppm和1.95ppm：这两个位置的信号存在一个相同且更小的耦合常数（有更密的小峰），所以这两个位置的质子必然是相互耦合的，耦合常数小于10Hz。

3、推测

考虑到不饱和度为2，该分子结构可能有一个三键、两个双键、一个双键一个环或者两个环。

首先来讨论双键的情况，我们查表可以，与双键相连的质子化学位移至少都在5ppm左右，而谱图中的化学位移普遍较小，如果与双键直接相连的没有质子，那么就需要六个碳原子，显然与分子式不符，因此排除双键的情况。

如果是两个环，存在以下几种情况：

我们可以比较谱图，发现这几种结构都无法和谱图对应。

存在一个三键，则只有一种结构：

查表可知三键所连质子化学位移在1.8-3.1ppm，可以对应。

质子A数量为1，同时因为分子结构为刚性，可以发生远程耦合，因此其可以与B处两个质子发生耦合，耦合常数较小，裂分为三重峰。

质子B首先可以与C处质子发生邻位耦合，裂分为一个三重峰，然后可以与质子A发生远程耦合，进一步裂分为一个二重峰，因此峰为td的形式，是一个三重峰的二重峰。

质子C、D为一个乙基，C与B、D质子耦合，裂分为六重峰，D与C质子耦合，裂分为三重峰。

4、与谱图比较验证

比较谱图可以发现，A与1.95ppm信号对应、B与2.2ppm信号对应、C与1.55ppm信号对应，D与1ppm信号对应，可以确定该分子结构为步骤3中所推断，且数量比满足2:1:2:3。

给出该过程所查表格：

最后给出ChemDraw预测的结果：

在学习和整理过程中参考了很多资料，以下列出：

[1] 宁永成编著. 有机波谱学谱图解析. 北京：科学出版社, 2010.05.

[2] （英）Dudley H.Williams，（英）Ian Fleming著；王剑波等译. 有机化学中的光谱方法. 北京：北京大学出版社, 2015.10.

[3] （美）约瑟夫B.兰伯特，尤金P.马佐拉，克拉克D.里奇；向俊锋，周秋菊译. 核磁共振波谱学 原理应用和实验方法导论 原著第2版. 北京：化学工业出版社, 2021.06.

[4] Lambert J B, Mazzola E P, Ridge C D. Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy[M].

[5] 长叶松烯. 【直播剪辑】谱图化学导论 第二讲：核磁共振氢谱 完整版_哔哩哔哩_bilibili[EB].

[6] Allen J P, Grey C P. Solution NMR of Battery Electrolytes: Assessing and Mitigating Spectral Broadening Caused by Transition Metal Dissolution[J]. The Journal of Physical Chemistry C, 2023, 127(9): 4425-4438.

[7] 不饱和度[Z]//维基百科，自由的百科全书. (2022-12-10).

这系列主要是我自己在学习过程中的整理归纳，因为自己不具备化学学习的背景，所以肯定有我自己没搞懂和错误的地方，欢迎大家指出和讨论。

我非常推荐大家观看长叶松烯录制的这期视频，这个可以说是我入门核磁共振的基础视频，讲解非常清晰明了，我这里给出的例题也是这个up讲解的。https://www.bilibili.com/video/av808761536/

同时，我也很推荐《有机化学中的光谱方法》和《核磁共振波谱学 原理、应用和实验方法导论》这两本书，本系列专栏大量参考学习和引用了这两本书中的内容，第一本适合入门学习，如果需要进一步学习核磁共振理论，那么第二本书介绍得非常深入、详细，并且有很多课后习题来练手。

在实际应用中，这一种光谱方法往往是不够的，尤其是那些我们不知道分子式的物质，所以结合紫外、红外、拉曼、质谱等多种研究方法才能更清楚全面了解一种未知物质的组成结构。

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