核磁共振在化学中的应用

第一篇：核磁共振在化学中的应用

核磁共振技术在有机化学构型等方面的应用

摘要: 本文综述了核磁共振在复杂分子结构解析、光学活性化合物构型确定、有机合成反应机理研究、组合化学、高分子化学等方面的应用进展。关键词: 核磁共振、化学构型 1 概述

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance ,NMR)现象是1946 年由哈佛大学的伯塞尔(E.M.Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F.Bloch)用不同的方法在各自的实验室里观察到的[1]。六十年来,核磁共振波谱技术取得了极大的进展和成功.检测的核从1H 到几乎所有的磁性核;仪器不断向更高频率发展;从连续波谱仪到脉冲傅立叶变换谱仪,并随着多种脉冲序列的采用而发展了各种二维谱和多量子跃迁测定技术;固体高分辨核磁技术和核磁共振成像技术的出现[2]。随着这些实验技术的迅速发展,核磁共振的研究领域不断扩大。核磁共振提供分子空间立体结构的信息,是分析分子结构和研究化学动力学的重要手段。在化学领域,核磁共振为化学家提供了认识未知世界的有效途径。应用核磁共振确定有机化合物绝对构型

有机化学家常常需要确定合成或分离得到的光学活性化合物的绝对构型。应用核磁共振方法测定有机化合物的绝对构型,主要是测定R和S手性试剂与底物反应的产物的1 H 或13 C NMR 化学位移数据,得到Δδ值与模型比较来推定底物手性中心的绝对构型[3]。包括应用芳环抗磁屏蔽效应确定绝对构型的NMR 方法和应用配糖位移效应确定绝对构型的NMR 方法。表中,将计算的Δδ值与表中的配糖位移效应比较,确定底物仲醇手性中心的绝对构型。2.1 芳环抗磁屏蔽效应确定绝对构型

利用芳环抗磁屏蔽效应测定有机化合物绝对构型最为典型的方法是应用1 H

1NMR 和应用19 F NMR 的Mosher 法[4-5]。H NMR 的Mosher 法是将仲醇(或伯胺)分别与(R)和(S)-MTPA(α2甲氧基三氟甲基苯基乙酸)反应形成酯(Mosher 酯),然后比较(R)和(S)-MTPA 酯的1 H NMR 得到Δδ(Δδ=δS-δR), 在与Mosher 酯的构型关系模式图比较的基础上,根据Δδ的符号来判断仲醇手性碳的绝对构型。19 F NMR 的Mosher 法的应用前提是β位取代基的立体空间大小不同。通常情况下,两个非对映异构体(R)和(S)-MTPA 酯中其它影响19 F NMR化学位移因素是相对固定的,19 F NMR 化学位移的不同主要是由于两个非对映异构体中羰基对19 F 的各向异性去屏蔽作用不同引起。通过比较(R)和(S)-MTPA 酯的19 F NMR 的化学位移值结合模型图确定手性中心的绝对构型。2.2 配糖位移效应确定绝对构型

应用配糖位移效应通过核磁共振可确定二级羟基绝对构型,如运用13 C 的配糖位移效应来测定仲醇的绝对构型[6-7]。这种方法包括5 个步骤(13 CNMR 图谱在吡啶里测定):测定仲醇的13 CNMR 图谱;合成仲醇β-D-或α-D-葡萄吡喃配糖体;测定β-D-或α-D-葡萄吡喃配糖体的13 CNMR 图谱;计算葡萄糖单元端基碳、仲醇α碳和两个β碳的配糖位移;将已知绝对构型的仲醇的配糖位移Δδ值总结列于表中,将计算的Δδ值与表中的配糖位移效应比较,确定底物仲醇手性中心的绝对构型。3 应用核磁共振解析复杂化合物结构

核磁共振技术是复杂化合物结构解析最为主要的技术。利用该技术可以获得化合物丰富的分子结构信息,广泛应用于天然产物的结构解析。其近期技术革新主要在于以下几个方面:探头、线圈和核磁管相关技术、固相核磁新技术、核磁共振

[8]。在天然产物分析中,核磁共振仪的检出限较其它波谱分析仪器为高,这对于产率较低的天然产物化合物来说无疑是一种瓶颈制约因素。所以,研究和发展新的核磁共振技术来降低检出限就显得尤为重要。除了提高有限的磁场强度外,更多集中在对核磁共振仪的探头、线圈和核磁管等的改进。常规的5 mm 核磁管及相匹配的探头、线圈在NMR 谱测定时所需样品一般在mg 级以上。近年来逐步发展了微量核磁管及相匹配的探头、线圈,使得样品的检出限大为降低,达到μg 级,甚至ng 级。有关探头、线圈和核磁管相关技术的最新典型应用是Rus2sell 等应用3 mm 低温探头在500 MHz 核磁共振仪上测定了溶解在150μL 氘代苯中的40μg 士的宁的HSQC 谱,在相同的信噪比下比应用传统探头下所需积分时间降低12—16倍[9 ]。此技术对于解析质量和容积有限的复杂天然化合物样品结构具有非常大的优点。4 核磁共振在有机合成反应中的应用

核磁共振技术在有机合成中不仅可对反应物或产物进行结构解析和构型确定,在研究合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等方面也有着广泛应用。

4.1 研究合成反应中的电荷分布及其定位效应

配合物中金属离子与配体的相互作用强弱虽然可以用紫外光谱、红外光谱、电化学等方法来研究和表征,但核磁共振谱能够精细地表征出各个H 核或C 核的电荷分布状况,通过研究配合物中金属离子与配体的相互作用,从微观层次上阐释配合物的性质与结构的关系。芳环上原子周围的电子云密度大小可以通过化学位移值得到反映,芳环碳上的电子云密度大小又与其连接取代基的电子效应有关,取代基对苯环的影响为诱导效应和共轭效应的综合。可以通过单取代苯的13 C 化学位移计算常见基团的诱导效应、共轭效应及电子效应,进而根据电子效应强度值定量地表征定位效应、定位规律和苯环的活化与钝化[10 ]。4.2 推测反应机理

有机合成反应对反应机理的研究主要是对其产物结构的研究和动力学数据的推测来实现的。1H NMR 可以由积分曲线得到总质子数和部分质子数,以及由化学位移鉴别羧酸、醛、芳烃(有取代)烷基、链烷基的质子和杂原子,断定邻接不饱和键等的甲基、亚甲基和次甲基的相关氢信息,从自旋2偶合讨论邻接基团, 或鉴别C1 至C4 的各种烷基结构;而13 C NMR 则可以确定碳数,同时还可以从碳的偏共振去偶法确定键合于碳上的氢数,以及鉴别SP3碳、SP2碳和羧基碳,并由羧基碳的化学位移等确定羰基碳的种类, 还可以确定甲基、芳基取代基的种类等获得相关碳的杂化形式、碳的骨架等信息[11]。核磁共振技术在组合化学中的应用

组合化学的飞速发展拓展了常规固相NMR 技术的空间,出现了新的超微量探头。魔角自旋技术(magic angle spinning , MAS)的应用和消除复杂高聚物核磁共振信号的脉冲序列技术的出现,已经可以保证获得与液相NMR 相同质量的图谱。高通量NMR 技术已经用于筛选组合合成的化合物库,成为一种新的物理筛选方法。5.1 核磁共振在固相合成的应用

固相合成的特征是以聚合树脂为载体,载体与欲合成化合物之间连有官能团连接桥,欲合成分子通过连接桥逐步键合到树脂上,最终产物通过特定的切割试剂切落下来。固相合成发展的一个主要障碍是缺少可以对反应历程进行实时监测的简单、快速、无破坏性的分析方法。核磁共振光谱法是鉴定有机化合物结构的重要手段之一。但是,对于与固相载体相连的化合物来说,高聚物的流动性有限,载体上有

机分子的流动性也很有限,这都会使谱线变宽,分辨率下降。另外,载体骨架产生的背景信号会掩盖化合物的信号峰,使之难以辨别。近年来,魔角自旋技术解决了这方面的困难,魔角自旋是指在偏离静态磁场54.7°下旋转样品,这个角度能将偶极偶合平均到零,消除了因固体或非均相溶液中磁化率的不同和样品表面以及边缘磁化率的不连续性造成的谱线加宽。魔角自旋技术与一系列新技术在固相NMR 中的广泛应用,使谱图分辨率和谱线质量得到很大地提高。目前,已经有多种固相NMR 技术应用于合成研究中。如HR/ MAS-NMR 可以直接跟踪固相有机合成反应,为快速优化组合合成的化学反应条件提供了一个新方法[12 ]。6 结束语

随着科学的进步和现代仪器的发展,核磁共振技术的发展很快。通过与计算机科学的完美结合,核磁共振正在成为发展最迅猛、理论最严密、技术最先进、结果最可靠的一门独立系统的分析学科[14] ,不仅应用于化学学科各领域,而且广泛渗透到自然科学、医学应用和工业应用等各个方面,成为一个异常广阔的谱学研究领域。参考文献

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第二篇：核磁共振法在高分子材料中的应用

核磁共振法在高分子材料中的应用

摘要：本文介绍了不同核磁共振方法和技术在高分子材料研究中的应用。主要论及核磁共振的常规氢谱、碳谱、多脉冲技术，以及固体核磁共振仪、核磁共振成象技术和核磁共振在高分子科学中的应用。

关键词：核磁共振方法；高分子材料

核磁共振波谱是研究原子核在磁场中吸收射频辐射能量进而发生能级跃迁现象的一种波谱法。通常专指氕原子的核磁共振波谱(质子核磁共振谱)的研究。同一核素的原子核在不同化学环境下能产生位置、强度、宽度等各异的谱线，为研究复杂的分子结构提供重要的信息。

1核磁共振基本原理

核磁共振研究的对象为具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，只有存在自旋运动的原子核才具有磁矩。原子核的自旋运动与自旋量子数 I 相关，I＝0 的原子核没有自旋运动，I≠0的原子核有自旋运动。核磁共振研究的主要对象是 I＝1/2 的原子核，这样的原子核不具有电四极矩，核磁共振的谱线窄，最易于核磁共振检测。原子核同时具有电荷及自旋，根据古典电磁学理论，旋转的电荷可视为环电流，故原子核也有对应的磁矩μ，其与自旋角动量P 成正比，关系如下：

μ = γ P = γI(1.1)磁矩和自旋角动量之间的比例常数定义为旋磁比γ，旋磁比随原子核种类而有所不同，I为自旋算符，P为角动量算符，是Plank常数h除以2π。当受到外加磁场B0影响时，具自旋角动量的原子核其能级会分裂为（2I＋1）个非简并态，两个能级的能量差为 ΔE＝－γ B0。核磁共振就是样品处于某个静磁场中，具有磁距的原子核存在着不同能级，用某一特定频率的电磁波来照射样品，并使该电磁波满足两个能级的能级差条件，原子核即可进行能级之间的跃迁，发生核磁共振。在考虑磁距与磁场相互作用时，可以用量子力学或经典力学加以处理。每一种处理都有其方便之处。对于弛豫和交换过程以经典处理更为合适；而在讨论化学位移和自旋耦合时，须要使用能级知识，因而要用量子力学进行处理。核磁共振在聚合物研究中的几种用途 2.1高分子的鉴别

1H-NMR主要研究化合物中1H原子核的核磁共振。它可提供化合物分子中氢原子所处的不同化学环境的它们之间的相互关联的信息，从而确定分子的组成、连接方式及空间结构等。而113C-NMR主要研究化合物中碳的股价结构，特别是在高分子结果分析中，研究的归属很有意义。高分子化合物主要由碳氢组成，所以用1H谱和13C谱来研究聚合物的结果无疑是很合适的，特别能解决结构分析问题。而对于一些结构类似的聚合物，红外光谱图也基本类似，这是利用1H-NMR或13CNMR就很容易鉴别。例如：聚烯烃的鉴别，聚丙酸乙烯酯和聚丙烯酸乙酯的鉴别及未知物的鉴别等。

2.2共聚组成的测定

由于NMR谱峰的强度与该物质相应的元素有很好的对应关系，尤其是对于1H-NMR，共振峰的积分面积正比于相应的质子数，所以可以通过直接测定质子数之比而得到各基团的定量结果。因此，利用NMR研究共聚物组成最大地有点事不用依靠已知标样，就可以直接测定共聚物组成比。

2.3支化结构的研究

碳谱中支化高分子和线型高分子产生的化学位移不同，由于支链会影响到主链碳原子的化学位移，且支链的每一个碳原子也有不同吸收，所以支化结构为一系列复杂的吸收峰。

2.4高聚物立构规整性测定

只有通过研究链的精细结构才能够观察到同一氢核在不同立体化学环境中的差别，必须在高磁场强度下测量。核磁共振技术在高分子材料研究中的具体应用 3.1固体核磁共振波谱技术

NMR核磁共振波谱仪是高分子材料结构和性能的重要表征技术。近年来,NMR新技术层出不穷,已可以从分子水平研究材料的微观结构。NMR成像技术可以跟踪加工过程中的结构和形态的变化。固体高分辨率NMR技术已经在高分子结构研究中应用十多年了。它特别适用于两种情况1)样品是不能溶解的聚合物,例如交联体系;2)需要了解样品在固体状态下的结构信息,例如高分子构象、晶体形状、形态特征等。由于13C的自然丰度较低,磁旋比也小,所以往往对样品采用魔角旋转(MAS)、交叉极化(CP)及偶极去偶(DD)等技术来强化检测灵敏度。固体NMR谱的各向异性加宽作用可以通过MAS加以消除,从而获得与溶液谱一样的自旋多重化精细谱带,使峰变窄,提高分辨率。高功率的质子偶极去偶技术(DD)用来消除H-X(X=13C,19F,29Si)的偶极作用。交叉极化(CP)则通过Hartman-Hahn效应,在合适的条件下采样,可以提高检测灵敏度。MAS/DD/CP三项技术综合使用,便可得到固体材料的高分辨C-13核磁共振谱。

固体NMR在高分子材料表征中的重要用途之一是形态研究,高分子链可以有序的排列成结晶型或无规的组成无定形型,结晶型和无定形型相区在NMR中化学位移不同,可以很容易地加以区别。NMR技术的各种驰豫参数也可用来鉴别多相体系的结构。尤其当各相的共振峰化学位移差别很小时,驰豫参数分析相结构就显得格外重要。相结构研究中常用的驰豫参数有自旋-晶格驰豫(T1),自旋-自旋驰豫(T2)及旋转坐标中的自旋-晶格驰豫(T1p)等。对于多相聚合物体系,如热塑性弹性体,由硬段和软段组成,由于软,硬相聚集态结构,玻璃化温度上的明显差别,在NMR实验时,可利用软,硬段驰豫时间的不同,来分别研究软硬相的相互作用及互溶性。弹性体材料有重要的工业应用价值,因为弹性体在玻璃化转变温度之上可以进行取向运动,且在高弹态时偶极耦合作用比玻璃态时小,特别适用于固体NMR来进行结构分析。只要采用较低的MAS转速及较低的偶极去偶功率,就可以得到高分辨的固体NMR谱,从而分析其网络结构。

3.2 二维核磁共振波谱技术

二维核磁共振谱的出现和发展,是近代核磁共振波谱学的最重要的里程碑。J.Jeener在1971年首次提出了二维核磁共振的概念,但并未引起足够的重视。Ernst对核磁共振技术的大量卓有成效的研究,再加上他对脉冲-付立叶变换核磁共振的贡献,Ernst教授荣获了1991年诺贝尔化学奖。这进一步说明了二维核磁共振的重要性。

异核2DNMR技术在研究高分子链时,根据1H谱与13C谱化学位移的相关性,在对H1谱进行构象-序列分析方面,可发挥很大的优势。如下例所示:二维核磁共振研究PVC的微观结构。利用二维核磁技术研究PVC的基础在于已经建立了一维核磁共振的碳谱和氢谱并且对谱峰有了一定的结构归属。二维核磁共振相关谱可以进一步提高碳谱和氢谱的分辨率,完整的给出PVC的空间序列结构。在PVC的一维氢谱中,不能很好地分辨不同空间序列结构中的亚甲基质子。次甲基-亚甲基耦合形式很复杂,但用二维NMR实验可以解决这些问题。如图3~5所示。

用固体核磁技术与二维核磁技术相结合,可以表征固态物质的非均匀性。用液态中的NMR交叉驰豫有关的现象可以研究固态物质的结构。图6为苯乙烯和聚乙烯甲基醚的二元共混体的1D固态质子NMR谱,浇铸是在甲苯(共混体BT)或氯仿(BC)溶液中加入石油醚而得,谱图上仅由微小差别,并不能得出不均匀性的结论。图6a,b是二元共混体的的2D自旋扩散谱。

芳香族质子峰是聚苯乙烯的特征峰,而OCH3,OCH峰则是由聚乙烯甲基醚产生的,这两峰间的自旋扩散提供了所需的信息。BC共混体的2D谱在上述共振间无交叉峰,因而应是均匀的,看来没有含两种高聚物的混合区域。BT共混体的2D谱则显示不同高聚物峰间强的交叉峰,因此,有一个两高聚物在分子水平上混合物的均匀区域。结果证明,不同区域的准确组份不能用2D自旋扩散谱单独测定。然而,结合选择性饱和实验,证明用一简单的三相模型可以得到共混体BT的组份。虽然在概念上实验是很简单的而结果却很丰富,但实验的要求却比溶液中严格的多。为了得到足够的谱分辨率需要魔角样品旋转,多脉冲偶极去偶。结语

NMR技术即核磁共振谱技术，是将核磁共振现象应用于分子结构测定的一项技术。对于有机分子结构测定来说，核磁共振谱扮演了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。目前对核磁共振谱的研究主要集中在1H和13C两类原子核的图谱，其在高分子材料中的应用得到很好的发展。

参考文献 ［1］ 高家武等.高分子材料近代测试技术.北京:北京航空航天大学出版社.1994 ［2］ 薛奇编.高分子结构研究中的光谱方法.北京:高等教育出版社.1995 ［3］ 朱诚身.聚合物结构分析（第二版）.北京：科学出版社，2009:100-130 ［4］ 宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学.北京： 科学出版社,2000

第三篇：浅谈核磁共振波谱在化学中的应用

浅谈核磁共振波谱在化学中的应用

核磁共振现象早在1936年就被人们所预测，而1945年哈佛大学Purcell小组和斯坦福大学Bloch小组几乎同时观测了石蜡和水中质子的信号因此获1952年诺贝尔物理奖；50年代发现化学位移和自旋—自旋耦合；60年代提出快速FT变换方法；利用不同的脉冲组合获得特定的分子结构信息：驰豫时间，共振峰的分类（DEPT，INEPT）；70年代发现二维核磁；80年代600MHz核磁共振仪问世；90年代脉冲场梯度技术；高灵敏度的超导探头；流动注射核磁技术；高压核磁技术；丰富的多维脉冲序列等多种新手段的使用更是促进了核磁共振技术在化学领域中的应用。核磁共振技术作为分析物质的化学组成、结构及其变化的重要手段之一, 可深入探测物质内部而不破坏样品, 并具有准确、快速和对复杂样品不需预处理就能进行分析等特点.经过60 多年的发展, 核磁共振技术形成了两个主要学科分支, 即核磁共振波谱(NMR)和磁共振成像(MRI).随着磁场强度的提高, 信号检测(硬件和信号处理)、脉冲实验、自旋标记等技术的进步, 困扰核磁共振的低灵敏度的问题已大大改善.现今, 核磁共振已广泛应用于化学、生物学、医学、食品以及材料科学等诸多学科领域, 成为在这些领域开展研究工作的有力工具, 成为一种不可或缺的分析与测量手段.一、核磁共振技术简介

核磁共振是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。其中最重要的一个概念是化学位移。化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分困难，现采用相对数值。以四甲基硅（TMS）为标准物质，规定：它的化学位移为零，然后，根据其它吸收峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。

二、影响化学位移的因素

影响化学位移的因素有多种，现在简单介绍如下。诱导效应

分子中某一氢核的化学位移与该核外层的电子云密度有很大的关系，电子云密度越大，所产生的感应磁场越大，核的实受磁场越弱，即受到的屏蔽作用越大。通常把电负性引起的去屏蔽作用叫做诱导效应。与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电子偏离质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。

共轭效应

苯环上的氢被推电子基（如CH3O）取代，由于p-共轭，使苯环的电子云密度增大，值高场位移。拉电子基（如C=O，NO2）取代，由于-共轭，使苯环的电子云密度降低，值低场位移。

各向异性效应

分子中氢核与某一功能基的空间关系会影响其化学位移值，这种影响称各向异性。如果这种影响仅与功能基的键型有关，则称为化学键的各向异性。是由于成键电子的电子云分布不均匀性导致在外磁场中所产生的感生磁场的不均匀性引起的。

范德华效应（空间效应）

两个原子的空间距离很近时。具有负电荷的电子云会互相排斥，使这些原子周围的电子云减少，屏蔽作用减小，d值增大。

氢键

氢键的形成减少了质子周围的电子云密度，削弱对氢键质子的屏蔽，使共振吸收移向低场。

溶剂效应

实验证明，同一个样品在不同溶剂中测定的核磁共振谱图会有所差异，这是因为有些溶剂如苯、吡啶等本身存在亲核或亲电子中心，可与样品形成“瞬间复合物”，改变了有关质子的实际存在状态，从而使其化学位移有所漂移。

三、核磁共振技术在化学领域的应用

核磁共振广泛应用于各行各业，在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都町以听到核磁共振这个名词，其用途日益广泛。

3．1在有机化学中的应用 3．1．1在分子结构测定中的应用

核磁共振技术发展得最成熟、应用最广泛的是氢核共振，可以提供化合物中氢原子化学位移，氢原子的相对数目等有关信息，为确定有机分子结构提供依据。

迄今，利用高分辨核磁共振谱仪已测定了上万种有机化合物的核磁共振谱图，许多实验室都出版谱图集。分析一个化合物的结构时，一般仅需做个氢谱、碳谱、极化转移谱，更多时候除了一维谱还需要做一系列二维谱：氢-氧化学位移相关谱、碳-氢化学位移相关谱、远程化学位移相关谱或做氢检测的异核多键相关谱、氢检测的异核多量子相关谱等。

对于简单分子的结构，根据以上谱图解析就能确定，对于全然未知物的结构，还需结合其它的一些数据，如：质谱、红外、元素分析等。

3．1．2在有机合成反应中的应用

核磁共振技术在有机合成中，不仅可对反应物或产物进行结构解析和构型确定，在研究合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等方面也有着广泛应用。核磁共振波谱能够精细地表征出各个氢核或碳核的电荷分布状况，通过研究配合物中金属离子与配体的相互作用，从微观层次上阐明配合物的性质与结构的关系，对有机合成反应机理的研究重要是对其产物结构的研究和动力学数据的推测来实现的。

3．2在高分子化学中的应用

核磁共振技术在高分子聚合物和合成橡胶中的应用包括共混及三元共聚物的定性、定量分析、异构体的鉴别；端基表征；官能团鉴别；均聚物立规性分析；序列分布及等等规度的分析等。

液体高分辨核磁共振可以提供聚合物的信息有：(1)聚合物类型的鉴定，不同单体生成的聚合物，虽然同为大分子碳氢化合物，但其共振谱是不完全相同的；(2)有关聚合物链的异构化信息，聚合物链的构型对其物理、化学性质影响很大，辨明链的构型有着重要的意义；(3)其他重要信息，通过13C-NMR谱可以分别研究其不同单元组的序列分布、交替度和不同反应条件下聚合过程链活动度变化等聚合物微观结构信息。

3．3核磁共振技术在药物化学研究中的应用

在药物研发的过程中起着重要作用，可以进行药物设计。通过NMR技术进行配体的筛选，在确定药物的有效性等方面有着广泛的应用。核磁共振技术在活性药物化合物的筛选方面有着巨大的潜力，尤其在基于靶分子的筛选能够节省大量的时间和费用及其发现活性化合物方面的有效性是其它方法所不可替代的。

核磁共振技术在体内药物分析中也有较广泛的应用，具有简便性、无损伤性、连续性、高分辨性等优点。

此外还有因定量核磁共振技术测定过程简单、分析快速，逐渐地应用于药物质量控制和新药研发中。

3．4核磁共振技术在物理化学中应用

核磁共振技术在物理化学中可以用于基本化学结构的确定、立体构型和构想的确定；化学反应机理研究、反应速度、化学平衡及平衡常数的测定；溶液中分子的相互作用及分子运动的研究(氢键相互作用、分子链的缠结、胶束的结构等)；分子构象及运动性能研究；多相聚合物的相转变、相容性及相尺寸研究。

四、小结

总之，核磁共振技术在化学领域的使用是非常广泛的，尤其是在有机合成中的使用，对于未知化合物的鉴定起到很大作用，它堪称我们的眼睛，使得我们对于反应进程有了很好的了解。

第四篇：电子白板在化学教学中的应用

电子白板在化学教学中的应用

吉林市第三中学校 孟范月

2011年，我校全部教室安装了电子白板，以应对二期课改的实施。为此，2011年5月6日，我上了一节“金属的化学性质”的校公开课，展示电子白板在教学中的作用。在课中，我多次运用了多媒体技术辅助教学，取得了非常好的效果。同时，我对电子白板在教学中的应用感触颇深。下面就以“金属的化学性质”为例，谈谈我对白板的浅陋认识。

1、使用白板能提升师生间的互动程度。

例如：在引入新课时，我以复习初中学过的金属的化学性质为切入点，既复习了初中学过的知识，又能很自然地切换到金属的化学性质与内部结构有关，从而进一步探究金属与非金属反应、与酸和水反应活泼性的差异。在复习时，在白板上给出金属反应的一些照片，请分析这些反应，并写出化学方程式。、以往，一般请同学在草稿纸上写，互相交流，然后进行总结。而此次，我则运用多媒体技术，让学生上来，在白板前，对应相应的实验现象图写方程式。在总结时，同学可以指着白板上相应实验现象图进行解释，便于学生的理解记忆。另外，如课时较松动，则可多请几位同学上来书写，便于教师及时掌握学生学习情况，及时修正教学内容、进度、程度等。

在课堂教学中，我经常会请一些同学上来，在白板上记录下我们学习的过程，边学习边反馈边修正，留下学习的痕迹，便于课后复习总结。（白板上内容可自动保存在电脑中）

2、使用白板能展示很抽象的概念、微观粒子及其运动状态等。

例如：在讲到画出Na Mg Al的原子结构示意图，分析它们的原子结构有什么特点，与金属的化学性质有什么联系。引出“结构决定性质，性质体现结构”的结论，以往都是教师凭空讲解，学生凭空想象来进行教与学，最多再有几张挂图。现在，我却能够在白板上模拟出动态的金属原子，画出它的半径，描绘出原子核外电子的运动状态尤其是最外层电子的运动状态，再加上一定的声光效果。总之，教师讲课言之有物、具体实在，学生听课也不会云里雾里听不懂了，而且课堂效果极佳。

3、使用白板能完成有些不可能完成的实验或很难完成的实验。

例如：在讲到金属钠和水反应与和酸反应剧烈程度对比时。当场操作钠与水的反应实验现象就已经很剧烈力。与酸反应更剧烈操作不当危险性很大。往往不能用来做演示实验，为此，我专门请教了其他老师，最终决定使用多媒体课件来模拟实验，取得了很好的效果。

4、使用白板能在很大程度上增加课容量。

例如：在课前设计的时候，我上网、上阅览室查阅了有关金属与非金属、与酸和水反应的大量文献资料，这要在往常，上课时只能拣些重中之重的内容给学生作介绍。有了电子白板后，我则将这些资料进行有机整合后，制作成PPT文件，以幻灯放映方式在课堂上向同学们展示，同时进行讲解，取得很好效果。在教学中，由于演示实验、书写大量板书，时间占用较多，节奏较慢，有时甚至拖沓，但使用了电子白板后，演示实验得到了精选，教师板书的量减少了，课堂节奏加快了，一节课的课容量明显提高了。

5、使用白板能整合多种多媒体技术，解放教师受困于电脑键盘的控制，能将更多的时间投 入到和学生的交流之中，有利于及时了解学生学习的情况。“我的手指就是鼠标”，由于在白板上可以直接用手指点击各种教学软件、课件，而且白板能整合多种多媒体技术于一个操作系统中，所以，教师上课就不必受制于电脑键盘，不必围着电脑台转。这样，就能将更多的时间用于和学生的交流，有利于及时了解学生当前学习状况，有时还能避免尴尬情况的发生。例如，我在上课中，由于预备中的一个失误而导致课件中的一个超链失效，这时，我不慌不忙，用手在白板上点击几下，在不改变整个白板画面显示的情况下，就将有关内容给吊出来了，从而很好地掩饰了失误。

以上是我对于电子白板在化学教学中的应用的一点的体会，由于使用白板时间不长，还不是很熟练，所以体会不是最深、最完整。相信不久的将来，会有更多的体验。

第五篇：多媒体在化学教学中的应用

浅谈多媒体辅助化学教学在乡镇中学的应用

随着科技的进步和教育学理论的完善，多媒体辅助教学已经日趋成熟，但是一些乡镇中学的多媒体使用情况却存在着许多问题。在我2013至2014年第二学期于河北省秦皇岛市石门镇中学的顶岗实习期间，发现虽然该学校多媒体设备非常齐全,每个教室配有投影仪、白板、可以直接联网，但是却很少有老师在上课中会用到，即使有部分老师使用，教学效果也很不理想。这种现象到底是什么原因引起的？如何才能使这些设备被充分利用，并且更有效地利用呢？关于这些问题，我运用了调查法、查阅文献法、案例研究法、总结归纳法等方法进行了研究和讨论。

1.1多媒体在中学化学教学中的作用 1.开阔学生视野,激发学生的学习兴趣

中学生从九年级开始学习化学,中学阶段最多只学习四年化学。所以,教师如果能够结合多媒体将丰富多彩的化学知识呈现给学生,不仅有利于开阔学生的视野,也有利于激发学生学习化学的兴趣,从而喜欢化学,爱上化学课堂。例如，教师在讲二氧化碳时，可以给学生展示关于“死狗洞”的flash动画，这样不仅能提高课堂的趣味性，而且可以让学生深刻地理解二氧化碳的性质。

2.展示大量知识，减少教师的工作量

利用多媒体进行教学时，教师可以在事先准备好与课程相关的视频、习题、课外资料,在课堂上进行展示。如果利用传统的教学方法，这些知识必须要进行口述或者把题抄在黑板上，甚至无法带入课堂。这样既不形象直观又浪费了师生大量的时间。如果通过多媒体的形式展示，这些资源还可以重复使用。在其他的班级或往后的教学中，教师只需要在此基础上进行改进便可以重复使用了。这样不仅提高了课堂的效率，而且也减少了教师的工作量。尤其是在复习课中,教师可以把复习到的点整合在一起形成一个完整的系统,既可以加深学生的记忆、帮助学生形成系统的知识也可以方便学生及时完善笔记。

3、辅助化学实验，规范实验操作

化学是一门以实验为基础的科学，所以，实验在化学教学中有着至关重要作用。化学课堂中会有大量的演示实验、学生的动手实验等。但是有一部分实验是无法让学生亲自操作，教师也无法进行演示的。例如，实验时间过长，较危险、有毒性的实验，或者一些乡镇学校不具备这样条件的实验。这些实验,如果用多媒体进行演示就会更加方便、直观。另外，多 1 媒体也可以演示错误的操作或用错了药品会产生的后果。例如：酒精灯的错误使用引发火灾、将水倒入浓硫酸后液体飞溅烧伤实验人员„„这些危险的操作在课堂中是不可以演示的，因此教师的口述往往无法引起学生的重视。通过多媒体的演示，可以使学生意识到问题的严重性，从而重视安全问题并进行规范的操作。

4、化抽象为具体，展示微观化学

许多化学反应都是在微观世界中进行的，这就使得一些化学知识对中学生而言非常抽象，难以理解。此时，为了帮助学生理解,教师可以利用多媒体将这个微观的世界放大化、形象化。例如，在学习原电池或电解池时，用多媒体模拟电路并演示电子转移的路径可以帮助学生直观地理解原电池或电解池工作的原理。1.2 多媒体在乡镇中学化学教学中应用的现状

多媒体在化学教学中的作用是显而易见的，在中学化学课堂中，多媒体的使用也在不断的发展、进步，但是多媒体辅助化学教学在一些乡镇中学的实际教学中还存在着许多问题。

首先，多媒体在乡镇的普及并不乐观。其主要原因是：㈠、部分较落后的地区多媒体设施不齐全或网络不发达；㈡、一部分乡镇中学的化学老师对多媒体辅助化学教学的意义及其作用存在着观念上的误解。中学化学的学习是在九年级和高中阶段，一些老师认为在这些关键的时刻用多媒体进行教学浪费时间、影响学生的中考和高考成绩。也有的老师只是在领导听课、互相评课时才会使用多媒体进行教学。

从软件开发方面来说。目前已有一些可以绘制化学图形、立体结构的软件，多媒体教学软件的功能越来越丰富、完善，互联网上也有大量的资源。但是却很少有简单、实用、可以专门用于化学教学的些软件。网上的资源也鱼龙混杂，难以甄别，下载到的视频还需要进一步的处理。所以多媒体辅助化学教学的软件还是相对缺乏的。尤其是对于多媒体教学水平较低的部分乡镇教师而言。

从教师的多媒体教学水平上来说，许多优秀的乡镇教师对多媒教学的程序和使用方法并不熟悉，对相关软件的使用也不熟练，也无法制作出符合其课堂思路、可以提升课堂质量的精彩的多媒体课件。

我在2013至2014年第二学期的顶岗实习期间对学校各年级的各科教师进行过关于“多媒体辅助教学”的简易调查。调查中有80%的老师表示虽然学校有多媒体设施，但在平时的教学中很少使用，其中化学老师中，有大约70%的人称上课一般不使用多媒体。60%的老师需要用到多媒体时，会从网上下载一个PPT，稍作修改就用于了教学。也有一部分老师称不会使用多媒体。在调查中我发现该学校的多媒体设施非常好，每个教室都有演示白板，并且 可以直接联网。但是几乎没有老师会用到白板中的功能，有使用多媒体的老师也只用到了放映幻灯片的功能。主要原因就是不会使用或不熟悉。关于这个问题，我向在其他乡镇中学顶岗的同学、指导老师等进行咨询，得到的结果与我在此学校的调查没有太大的出入。

造成上述一些情况的原因主要是乡镇教师没能正式地认识到多媒体的作用，不知道多媒体相对于传统的教学模式有哪些优势。另一方面，大部分乡镇教师的多媒体使用技术较低，包括化学教师。乡镇化学教师懂教法、懂化学，而多媒体使用、多媒体课件制作水平却较低。乡镇教师中一些懂多媒体技术的教师可以制作出较高质量的多媒体课件，但是由于对化学知识的掌握或教学方法的理解不到位，制作的课件可能不符合学生的认知规律，不能提供给化学教师直接使用。所以，如何让乡镇化学教师树立正确的多媒体使用观念以及如何提高乡镇中学化学教师的多媒体教学水平、课件制作水平至关重要。

3.3多媒体课件制作常用的软件

就多媒体应用现状的分析，很多乡镇教师对多媒体教学的制作技巧还有待提高，让乡镇教师一下子学到太复杂的多媒体编辑或制作技巧是不现实的，但可以从简单的方面入手。首先，教师应该学会应用网络资源，从网上搜索和下载自己需要的资料、视频，并学会对这些资源进行筛选、编辑。另外一些简单易操作的软件在多媒体教学中也可以起到很大的作用。下面我将根据我个人的经验以《制取氧气》(复习课)的多媒体课件制作为例，介绍一些简单易操作而且非常实用的软件及其应用技巧，给广大乡镇中学教师提供一些思路。

1、化学工具：chemdraw chemwindows 这些软件可以用来制作分子式，结构式，或者方程式等。一般的课件制作软件无法写出正确的化学式，制出准确的化学图形和化学结构式，这些软件可以有效地解决这些问题。使用熟练之后非常的方便快捷。教师可以用这些软件制作化学中专业的图形、符号。而一些简单的操作通过word直接完成更方便。例如：上文中提到的CO2，先打出CO2，然后选中“2”设置字体为“下标”即可打出正确的CO2。

2、图片编辑 photoshop 在多媒体教学或课件制作过程中有时候会需要一些恰当的图片来展示化学器材、化学结构，或者用来美化课件，但是单从网上搜索很难找到自己想要的图片。这时候就可以用photoshop进行简单的编辑如美化、组合、裁剪等。如果觉得photoshop操作复杂不方便的话，完全可以利用美图秀秀等目前非常方便的图片编辑工具。但是，photoshop的优点是显而易见的。例如：图片质量好，制作后的图片不失真，分辨率高等。示例：编辑图片、制作背景

图1.1

制作思路：用淡蓝色做本节课的背景，简单大方。根据背景颜色加入同色系的边框花纹。以艺术字的形式加入“O2”的标志并进行了艺术变形，既符合本节课主题，又达到了美化背景的效果。另外，背景设置应该尽量简洁，以知识为主体。如果需要，可以设置母版并且将设置好的母版保存为模板。以后便可以重复使用了。

3、视频及动画软件：flash、会声会影以及Camtasia Studio等视频制作软件。

Flash软件可以用来制作简单的动画，会声会影和Camtasia Studio可以进行视频制作，界面简单，操作方便。学会动画和视频的简单编辑和制作，教师就可以自己制作符合要求贴合课程的动画，并将下载到的资源进行剪辑、美化。Camtasia Studio还是一个非常有效的抓屏软件，一些无法下载的视频可以通过它来实现。教师也可以利用此软件录制自己的授课过程，传在网上形成网络课程供学生课下观摩学习。

示例:视频剪辑，美化界面

图1.2

许多网上下载的视频都比较长或者有一部分是不需要的,这时候可以用会声会影进行编辑、裁剪，保留需要的部分。同时也可以在下方的视频轨中插入几帧符合主题的图片以达到视频与课堂内容的完美融合。例如上图插入的两幅图片。另外，会声会影等视频编辑软件中还有许多其他的功能，希望乡镇教师多做研究，亲自体验。

4、课件制作：PowerPoint Toolbook 多媒体课件的制作时常用软件是Microsoft Office PowerPoint,它操作起来简单而且方便。Toolbook也是一个比较好用的课件制作的软件，初学者可以先做一个简单的PPT课件，然后导入到Toolbook中进行美化和完善。如果熟练掌握了其中的技巧, 仅仅用简单的PowerPoint也可以制作出一些特殊的多媒体效果。

示例：设置倒计时

图1.3

在做练习题时，有些教师想插入倒计时来限制学生答题的时间。倒计时的插入有很多种方法，有的方法需要设置宏或输入一段代码，操作较复杂。下面介绍一个简单的方法。

制作方法: ⑴、添加15到0等16个艺术字

⑵、设置进入效果：选中上述16个艺术字, 将“自定义动画” 设置为“进入——出现”； “计时”栏设置为“开始——之后”；“延迟”设为1秒。

⑶、设置退出效果：与进入设置方法相同，设置“退出”——“消失”——“计时”——0.5秒（注意：退出应设置退出计时为：之后、“延迟”0.5秒，与出现形成时间差，效果更好）

⑷、设置对齐或分布：分别选择：水平居中、垂直居中。

上述这些软件都非常简单易操作，目前也有一些软件综合了上述所有功能。如Authorware，方正奥斯等，这些软件除了上面提到的文字、图片、动画的编辑功能外还有一定的交互功能以及链接导航功能甚至可以支持光盘的出版等。

以上只是我在实际的教学及多媒体课件制作过程中体会较深的典型、实用、易操作的一些软件和范例。实际应用时需要广大的乡镇化学教师自己不断的探索学习，制作出符合自己讲课风格的多媒体课件，熟悉之后便会得心应手。