五、影响化学位移的因素

化学位移是由于核外电子云的抗磁性屏蔽效应引起的，因此凡是能改变核外电子云密度的因素，均可影响化学位移。若使核外电子云密度升高，则化学位移减小，移向高场，反之，化学位移变大，移向低场。常见的影响因素有诱导效应、共轭效应、磁的各向异性效应以及溶剂和氢键效应。每种磁核的“化学位移”就是该磁核在分子中化学环境的反映，化学位移的大小与核的磁屏蔽影响直接关联。

1．诱导效应

与质子相连的碳原子上如果连接电负性强的基团，则由于其吸电子诱导效应，使核周围电子云偏离质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。所连接基团的电负性越强，诱导效应越强，化学位移越大。诱导效应与化学位移的关系非常重要，往往是预测化学位移的重要因素。如碘代乙烷，与H相连的C的电负性不同，化学位移也不同（图10-10)。

图10-10  碘代乙烷核磁共振谱图

由于诱导效应的存在，下列基团或化合物中甲基氢的化学位移也不尽相同：

-OCH₃                   δ=3.24～4.02                   -NCH₃                    δ=2.12～3.10

-CCH₃                    δ=0.77～1.8                   CH₃CH₂CH₂Br                    δ=1.04

CH₃Br                    δ＝2.68                   CH₃(CH₂)₅Br                   δ＝0.99

CH₃CH₂Br                   δ＝1.65

2．共轭效应

极性基团通过π-π或p-π共轭作用，使碳上的质子周围电子云密度发生变化，因而使其化学位移发生变化，使化学位移移向高场或低场。一些存在共轭效应的化合物氢核化学位移如下：

3.磁各向异性效应

磁各向异性效应就是当化合物的电子云分布不是球形对称时，就对邻近氢核附加了一个各向异性效应，从而对外磁场起着增强或减弱的作用，使在某些位置上的核受到屏蔽效应，δ移向高场，而另一些位置上的核受到去屏蔽效应，故δ移向低场。磁各向异性效应是通过空间传递的，在氢谱中这种效应很重要。

(1)三键的磁各向异性效应碳碳三键呈直线型，电子以圆柱形环绕三键运行。若磁场B₀沿分子的轴向，则电子流产生的感应磁场是各向异性的，如图10-11所示，炔氢位于屏蔽区，故化学位移移向高场。

图10-11  三键的磁各向异性效应

(2)双键的磁各向异性效应当外磁场的方向与双键所处的平面互相垂直时，电子环流所产生的感应磁场也是各向异性的，如图10-12所示，双键平面的上下处于屏蔽区(＋)，在双键平面上是去屏蔽区(-)，烯氢和醛氢都位于去屏蔽区，故化学位移移向低场。

图10-12  双键的磁各向异性效应

(3)苯环的磁各向异性效应苯环的电子云对称地分布于苯环平面的上、下方。当外磁场方向垂直于苯环平面时，在苯环平面上、下方形成一个类似面包圈的电子环流，此电子环流产生的感应磁场使苯环的环内和环平面的上、下方处于屏蔽区(+)，其它方向是去屏蔽区(-)。苯环上的六个氢都处于去屏蔽区，故化学位移移向低场(图10-13)。

图10-13  苯环的磁各向异性效应

下面的化合物环上质子的化学位移值的变化体现了苯环上各个方向的屏蔽效应不同导致的化学位移不同。

4.氢键的影响

当分子形成氢键时，氢键中质子的信号明显地移向低磁场，即化学位移值变大。一般认为这是由于形成氢键时，质子周围的电子云密度降低所致。

分子中含易形成氢键的基团，其上的氢质子的化学位移范围往往很大，比如：

5.溶剂效应

同一化合物在不同溶剂中的化学位移是不相同的，溶质质子受到各种溶剂的影响而引起化学位移的变化称为溶剂效应。

相关链接：核磁共振仪简介