上海
核磁共振的基本原理
（一）
NMR是確定有機化合物結構最重要的工具，是每位有機化學從業(yè)者必須熟練掌握的技能。如果僅僅只會積分去數氫的個數是遠遠不夠的。
圖 1
如果想要掌握譜圖解析，我們就得從核磁共振得基本原理說起。
我們先來看看“核磁共振”到底是什么。核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR），是磁矩不為零的原子核（如 1H、13C）在外加恒定磁場中，自旋能級發(fā)生塞曼分裂，當吸收特定頻率的射頻輻射時，發(fā)生核自旋能級間的共振躍遷的物理過程。
覺得有點復雜？沒關系，我們來簡單拆分一下。我們可以核磁共振拆成“核”，“磁”和“共振”三部分。
“核”
核磁共振中的“核”是研究對象，核磁共振 (NMR) 是檢測原子核的運動。那么是否所有的原子核都可以當做研究對象？答案顯然是否定的。比如我們常接觸到的碳譜在描述中都會描述成13C NMR，而不是12C NMR。那么什么樣的“核”才能作為我們的研究對象？
核磁共振研究的是原子核在外加磁場中的運動規(guī)律與響應特征。就像指南針若想感受地球磁場的影響，則必須由磁性材料制成一樣，只有某些原子核是“磁性的”才能被 NMR 設備觀察到。什么樣的核才是“磁性的”？
正如前文所提到的13C可用于核磁檢測，12C則不能被檢測，二者的根本差異在于原子核是否能夠自旋 (spin)。
核磁共振主要是由原子核的自旋運動引起的。不同的原子核，自旋運動的情況不同，它們可以用核的自旋量子數I來表示。自旋量子數與原子的質量數和原子序數之間存在一定的關系。大致分為三種情況：
圖 2
I值為零的原子核可以看做一種非自旋的球體；
I為1/2的原子核可以看做一種電荷分布均勻的自旋球體;
I大于1/2的原子核可以看做一種電荷分布不均勻的自旋橢圓體。
原子核是帶正電荷的粒子，能自旋的核就會有循環(huán)的電流，產生磁場，形成磁矩，也就能被NMR設備檢測到。既然能自旋的核能被NMR設備檢測到，那么自旋量子數I為1/2的原子核以及I大于1/2的原子核都可以利用，為什么我們常接觸到的原子核都是I =1/2的核（比如1H、13C、1?F、31P 都是 I=1/2）？
這是因為I=1/2的核是完美球形電荷分布，沒有電四極矩，信號尖銳、清晰，能看到耦合裂分（多重峰）這是做結構解析最需要的。I大于1/2的原子核（比如 1、3/2、2……），核的電荷分布不是完美球形，會產生電四極矩，耦合裂分直接被 “抹平”，啥結構信息都沒有。
最后再來了解原子核的自旋取向。對于不同的自旋量子數，對應的空間取向數量是不同的。當原子核處于外磁場中時，其自旋取向總數遵循公式2I+1，且每種取向分別對應不同能級。以自旋量子數I=1/2的原子核為例（如圖3），這類核僅有兩種自旋取向，對應兩種不同能級。這一點核磁中的“共振“現象息息相關，我們后面再說。
圖 3
說到這里“核”的相關內容就聊的差不多了，接下來是“磁”的部分。
未完待續(xù)。。。。。
公眾號丨有機合成知識積累
參考文獻：
1.《基礎有機化學》邢其毅等
2.《Organic Chemsitry》clayden等.
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