分子中的氢由于所处的化学环境不同，其核磁共振谱在相应的δ值处出现不同的峰，各峰的面积与氢原子数成正比。在低分辨的NMR中，一个分子中同一种氢只出一个峰，但在高分辨的仪器上，每类氢核不总表现为单峰，有时裂分为多重峰。例如，乙醇的低分辨NMR图谱如图10-14所示，高分辨NMR图谱如图10-15所示，乙醇同一种氢可产生许多重峰，各种质子的峰面积之比仍然为1：2：3。裂分峰是由于分子内部邻近氢核自旋的相互干扰引起的，这种邻近氢核自旋之间的相互干扰作用称为自旋耦合，由自旋耦合引起的谱线增多现象称为自旋裂分。

图10-14  乙醇的低分辨NMR图

图10-15  乙醇的高分辨NMR图

氢核在磁场中有两种自旋取向，m=1/2和m=-1/2，分别以a、β两种取向。对于乙醇分子中的亚甲基上的两个质子，每个质子的核都可以有a、β两种取向，所以两个氢核就可能产生四种自旋组合：aa、aβ、βa、ββ，而aβ、βa是等同的，实际为三种自旋组合，其概率比为1：2：1。这三种自旋组合方式构成了三种不同的局部小磁场，在-CH₂-CH₃中亚甲基上的氢核影响着甲基，使甲基的共振峰分裂为三重峰，甲基裂分小峰面积比等干亚甲基核自旋组合概率比，为1 : 2 : 1。

两种自旋核之间引起能级分裂的相互干扰叫作自旋耦合。它是通过化学键传递的。一般只考虑相隔两个或三个键的两个核之间的耦合，相隔四个或四个以上单键的耦合基本为零，有远程耦合的情况除外。

自旋耦合和自旋裂分进一步反映了磁核之间相互作用的细节，可提供相互作用的磁核数目、类型及相对位置等信息，为有机化合物结构分析提供更丰富的证据。

一、耦合常数与分子结构的关系

在核磁共振实验中，由于核自旋彼此相互作用引起自旋裂分，谱线分裂的裂矩J称为耦合常数，其单位为赫兹(Hz)耦合常数一般用ⁿJA-B表示，A和B为彼此相互耦合的核，n为A与B之间相隔化学键的数目。例如，³JH-H表示相隔三个化学键的两个质子之间的耦合常数。其大小可反映邻近氢核自旋之间的相互干扰程度。原子核间的自旋耦合是通过成键电子传递的，所以耦合常数的大小与外加磁场无关。

根据耦合质子之间相隔键的数目，可将耦合分为：同碳质子耦合(J_同)、邻碳质子耦合(J_邻)、远程耦合(三个键以上的质子间的耦合)。

不同类型氢的耦合常数如下。

(1)同碳H   ²JHH       10～15Hz

例：CH₄                 J＝12.4Hz

邻碳H   ³JHH            6～8Hz

例：CH₃CH₂OH          J＝7Hz

(2)烯烃邻位耦合 J_反  (12～18Hz)  >J_顺      (6～12Hz)。

例：

(3)芳环氢J_o=6～9.4 Hz, J_m=1.2～3.2Hz, J_p =0.2～1.5Hz。

(4)差向异构环烷烃：J_aa=8(苏式)～13(赤式)Hz，J_ea=2(苏式)～6(赤式)Hz，J_ee=2(苏式)～5(赤式)Hz。

(5)远距离耦合相隔四个键以上的键产生的耦合：H-C=C-CH₃，⁴J=0.5～2.5Hz，⁴J=0.5～2.0Hz。

耦合常数(J)是推导结构的又一重要参数，在氢谱中，化学位移提供不同化学环境的氢，积分高度代表峰面积，其简比为各组氢数目之简比，裂分峰的数目和J值可判断相互耦合的氢核数目及基团的连接方式，如确定烯烃、芳烃的取代情况，尤其是可以阐明立体化学中的结构问题。