与一个手性中心相邻的CH2基团上的两个质子不是化学位移等价核，它们之间发生耦合，由于它们不可能被对称动作相互交换，因此是非对映体质子。如

该分子中与手性中心C*相邻的C上的两个质子Ha、Hb是非对映体质子，其化学位移不等价。

又如，简单的1，3-二溴-1，3-二苯基丙烷分子中存在着复杂的立体化学现象。在（1R，3R）-1，3-二溴-1，3-二苯基丙烷（外消旋体中的一个）分子中，由于有一C2对称轴，因而，核Ha和核Hb化学位移等价，核Hc和核Hd化学位移也等价。沿着C2轴旋转，Ha和Hb、Hc和Hd能够互换。但由于Ha和Hb不与Hc和Hd同样耦合，因此Ha和Hb是磁不等价核；同样，由于Hc和Hd也不与Ha和Hb发生同样耦合，因此Hc和Hd也是磁不等价核。由此可见，化学位移等价并不意味着磁等价。

Ha和Hb与Hc和Hd（3J耦合）的耦合常数不相等（各有顺反式耦合），因而Ha和Hb磁不等价；Hc和Hd与Ha和Hb的耦合常数也不相等（顺反式耦合），因此，Hc和Hd磁不等价。理论上虽然如此，但实际上，由于手性碳与CH2间的C—C可以高速旋转（自由旋转），有利于耦合作用的均化，即J值趋于平均化，所以这个自旋体系可以在解谱时当作A2X2体系处理，谱图上显示为两个3重峰。

而在（1S，3R）-1，3-二溴-1，3-二苯基丙烷（内消旋体）分子中，核Hc和核Hd处于对称面内，不能互换，因而Hc和Hd是化学位移不等价核；而核Ha和核Hb可以通过对称面互换，因此Ha和Hb是化学位移等价核。由于Jad=Jbd，Jac=Jbc，因此Ha和Hb是磁等价核。磁等价核必然是化学位移等价核，核Hc和核Hd化学位移不等价，所以一般与讨论的磁等价问题无关。综上可知，（1S，3R）-1，3-二溴-1，3-二苯基丙烷属于XABX系统。

含有手性碳原子的6-氟-3，4-二氢-苯并吡喃-2-醛分子中，与手性中心相邻的CH2上的两个质子化学位移不等价，其1H NMR谱图在δ 2.20、δ 2.04给出两组信号，如图3.44所示。

图3.44　6-氟-3，4-二氢-苯并吡喃-2-醛的1H NMR谱（300 MHz，CDCl3）

δ：9.812（s，1H，CHO），6.756～6.922（m，3H，Ar H），4.452～4.493（dd，J=8.79 Hz、3.27 Hz，1H，OCHCHO），2.762～2.853（m，2H，ArCH2CHH），2.193～2.223（m，1H，CHHCHCHO），2.023～2.070（m，1H，CHHCHCHO）。其中，s为单峰，dd为双重峰中的双重峰，m为多重峰

外消旋体中互为对映体的两个化合物的NMR信号是完全重合的，不能用NMR测出R和S两个分子各自的信号来，只有给外消旋体的分子施加一个不对称微环境，使其变为非对映体，R和S两个分子各自的信号才可以分辨。但是在有的情况下，有的外消旋体分子中（无论R还是S构型），其分子中手性中心的邻位上的两个质子仍在NMR上表现出不等价。

作者认为，与手性中心相邻的碳原子周围的微环境受到手性中心不对称因素的影响，两个同碳质子所处的立体环境并不相同，因而化学位移不等价。其一般通式为

还有一些环丙烷衍生物，由于两个同碳质子所处的立体环境不同，化学位移不等价，如

又如N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基苯乙酰胺分子中两个甲基上的质子化学位移不等价。这是因为氮原子上的孤对电子与羰基p-π共轭，使带有一定的双键性而不能自由旋转，因而使两个甲基上的质子不等价。

有的有机膦衍生物中也存在类似情况，如

有时CH2基团虽然不在手性中心的邻位（与非手性碳相连），但由于在低温下或者由较大的基团引起的旋转缓慢，使CH2基团上的两个质子化学位移不等价，如

有时CH2基团在手性中心的次邻位，该CH2基团上的两个质子也可以显示出某种程度上的不等价，如

如果把氮原子、磷原子和硫原子上的孤对电子看成最小的虚拟基团，那么季铵盐、亚硫酸酯、亚砜、烷基硫-硼烷络合物、硫代膦酸酯等化合物中CH2基团上的两个质子也会出现化学位移不等价的情况。

图3.45中六元环中6″上的两个质子与手性中心C5″相邻，6″上的两个质子给出两组信号：

图3.45　核酸衍生物的1H NMR谱

作者在研究中发现，与手性中心相邻的CH2基团上两个质子的不等价与该化合物的光学纯度并无太大关系。我们得到的一些并没有拆分的含有手性中心的外消旋体，1H NMR谱都给出了与手性中心相邻的CH2上两个质子的化学位移不等价信号。这说明，CH2基团无论是与R手性中心相邻还是与S手性中心相邻，两个同碳质子都明显地受到手性中心碳原子周围的不对称微环境的影响，其化学位移不等价。以前诸多NMR书都没有说明这一点。

图3.46　萜醇分子中手性碳的影响

萜醇（2-甲基-6-亚甲基-7-辛烯-4-醇）分子中，与羟基相连的碳原子是手性中心。在这个手性碳和CH2＝C之间的CH2上的两个质子分别在δ 2.47和δ 2.18给出信号，这两个质子同碳耦合裂分（Jgem=14 Hz），裂分峰进一步被相邻质子耦合裂分为多重峰（3J=9 Hz，4J=4 Hz）。其1H NMR谱（100 MHz）如图3.46（a）所示。

在该分子中，手性碳和CH之间的CH2上的两个质子也是不等价的，并被相邻质子进一步耦合裂分。与羟基相连的手性碳的不对称影响一直延伸到两个甲基，两个甲基上的质子是化学位移不等价的，用100 MHz的仪器就可以分辨出一个在δ 0.90吸收，另一个在δ 0.92吸收，这个不对称影响一直跨过了4个键，其1H NMR谱（100 MHz）如图3.46（b）所示。

用NMR谱确定对映体过量的常用方法是使用合适的化学位移试剂[如铕络合物Eu（hfpc）3]。如（±）-α-氨基丙醇在Eu（hfpc）3存在下，其1H NMR谱对于甲基显示双峰，一个峰是由（+）异构体产生的，另一个峰是由（-）异构体产生的。应该指出，使用这种方法测定时被测物要能与铕络合物Eu（hfpc）3中的金属铕产生络合。

手性位移试剂能够明显地拉开相应重叠的谱峰。例如外消旋的化合物（A），加入手性位移试剂[Eu（hfpc）3]以后[图3.47（b）]，吖丁啶四元环上的两个质子，由不加手性位移试剂[Eu（hfpc）3]时[图3.47（a）]，两个化学位移（δ 5.45和δ 5.77）不同的双峰（d），在加入手性位移试剂[Eu（hfpc）3]以后则明显地向低场移动，并且进一步裂分为两个dd峰，分别在5.585，5.615，5.875和5.895共出现了四个双峰（Ibrahim Y A，et al. J.Org.Chem.2009，74，4305）。

图3.47　化合物（A）的1H NMR（600 MHz，CDCl3）谱图

（a）加入手性位移试剂[Eu（hfpc）3]以前；（b）加入手性位移试剂[Eu（hfpc）3]以后

下图所示的对硝基苯衍生物，苄基碳是一个手性中心，与其相邻的碳原子上的两个质子化学位移不等价，分别出现在δ 4.18和δ 3.93。

上图中，氨基酸盐由于Hβ、Hβ'，受与氨基相连的手性碳的影响，使之不等（顺反）裂分成双峰，各自再受到同碳质子耦合形成四重峰。下图中，由于联苯旋转受阻产生轴手性，使羟甲基上的两个氢原子的立体化学环境不同，彼此耦合产生裂分。

具有光学活性的分子A，苯环上的质子比较拥挤，在手性位移试剂Eu（dcm）3的作用下，苯环上的质子裂分被明显拉开，如图3.48所示。

图3.48　光活性化合物A在手性位移试剂Eu（dcm）3存在下的1H NMR（300 MHz）谱

手性螺环化合物也具有手性轴，也可以使CH2发生裂分。例如：3，9-二苯基-2，4，8，10-四氧杂螺[5，5]十一烷中原季戊四醇上的8个氢由于受到手性轴的影响，裂分为八重峰，如图3.49所示。

图3.49　手性螺环化合物1H NMR谱

而在类似结构的对称分子7，11，18，21-四氧杂三螺[5.2.2.5.2.2]二十一烷中，原季戊四醇上的8个氢不裂分，是个单峰，见图3.50。

图3.50　含有对性轴螺环化合物的1H NMR图谱

下面的化合物也是由于手性轴的影响而发生裂分，见图3.51、图3.52。而对称分子的CH2不发生裂分。

图3.51　含有手性轴螺环化合物的1H NMR图谱

图3.52　含有对称轴螺环化合物的1H NMR图谱

由此可见，造成CH2裂分的原因不是由于一些文献中认为螺环的刚性造成的，而是由于手性轴的影响。因为有手性轴分子和对称分子均是由同样的刚性环组成。

CH2中的每一个H裂分为四重峰。这是由于手性轴的影响，使螺环上的CH2中的2个H不等同，两者相互作用，各自成为双峰，再受到邻近CH2中的2个H的分别作用（4J耦合），裂分成4重峰。如Ha的四重峰：

上一个谱图的异构体有手性轴，CH2发生裂分，而无手性轴的谱图中，CH2是单峰。

手性轴内的CH2裂分成四组双峰。下图中CH2中的Ha，Hb和N—CH2中的Hc，Hd的裂分，是由于手性螺环的影响。

将负离子Br-换成手性负离子2-三氟甲基-2-甲氧基-2-苯基乙酸盐，Ha，Hb，Hc，Hd进一步裂分是由于手性碳的影响，如图3.53。

图3.53　手性轴与手性碳影响下的1H NMR谱

在螺杂环化合物中，通过四面体的中心碳原子来连接的两个正交的π系统的空间相互作用称为螺共轭现象。

测定有机化合物对映体过量（ee %值）现多用装有手性色谱柱的高效液相色谱仪（HPLC）来进行。但利用NMR测定也是一种好方法。尢田耙教授和林国强院士在他们的著作《不对称合成》（科学出版社，2006）中，对手性化合物的NMR分析法作了详细的论述，这里引用该方法作以简要介绍。

核磁共振的射频是对称的脉冲物理能，从理论上讲，NMR不能区分对映体的共振信号，因为通常情况下两种对映体的NMR信号是重合的。只有给对映体加一个不对称的微环境，使其处于非对映异构体的状态，才能产生化学位移不等价，从而使相应基团的信号分开。

当两种非对映异构体的信号分开以后，分别对它们的吸收峰面积进行积分，吸收峰的面积比就代表了它们的组成比例。R构型的异构体的吸收峰面积减去S构型的异构体的吸收峰面积，再用R构型的异构体的吸收峰面积和S构型的异构体的吸收峰面积之和来除，就可以得到对映体过量值（ee %值）。要求两个非对映异构体的特征基团的化学位移差（Δδ）要大一些，使两个信号达到基线完全分离，能够分别精确积分；吸收峰要有一定的强度，使其积分比能够正确反映原来对映体的组成比例。

Mosher等开发了能用于将对映体转变成非对映体的手性衍生化试剂（Chiral Derivatizing Agent，CDA），典型的是α-甲氧基-α-三氟甲基-α-苯基乙酸（Mosher试剂）这种Mosher试剂分子中含有活性的羧基，可将醇转变成酯，将胺转变成酰胺衍生物，可用于醇和胺类化合物的光学纯度的测定。

图3.54是用Mosher试剂测定醇类化合物的光学纯度的方法。Mosher试剂首先与待测物甲基叔丁基甲醇反应生成非对映异构体的酯，然后用NMR测得非对映异构体混合物酯的谱图。待测物酯中的叔丁基是个探针基团，（R，R）-非对映异构体酯的叔丁基信号出现在（R，S）-异构体的低场处；而（R，R）-非对映体的醇甲基信号却出现（R，S）-异构体的高场处，从分开的探针基团叔丁基的信号面积可确定非对映异构体的组成，这也代表了原来醇的对映体组成成分。

图3.54　用Mosher试剂测定醇类化合物的光学纯度的方法

除过上述Mosher试剂以外，还有其他许多类似的手性衍生试剂，其应用方法与Mosher试剂相同。

这些手性试剂含有羧基，或含有酰氯，可以将醇、硫醇、胺转化成非对映异构体酰胺或者酯，用于对映体纯度测定。

对映体溶于非手性的溶剂中其NMR信号完全重合，不能测出R或S两个分子各自的信号。而外消旋的对映体若溶解于一种手性溶剂中，两种对映体能够分别与手性溶剂形成非对映异构的溶剂化缔合物，非对映异构NMR信号有差别，能分别对其进行精确积分时，就可以测定样品的对映体纯度。

常用手性溶剂如：

因为手性溶剂昂贵，实际操作中一般用手性溶剂和非手性溶剂（如CCl4、C6D6、CS2、CDCl3等）的混合溶剂，先得到外消旋谱，再与非对映异构的溶剂化缔合物的谱图做对照谱较好。

手性位移试剂多为β二酮类，主要是在分子结构中引入了手性中心樟脑、龙脑、蒎烷等基团，例如有酰基化樟脑、二龙脑酰基甲烷和三氟乙酸蒎烷酮等。

用作手性位移试剂的镧系金属常用的有铕（Eu）、镨（Pr）和镱（Yb）等。应用手性位移试剂，使不同类型的有机物对映体的化学位移产生明显的不等价，是测定对映体纯度比较有效的方法。手性位移试剂产生的对映体化学位移差较大，适用范围广，而且手性位移试剂CSR的用量也少（在0.2～0.5摩尔比左右）。

关于手性分子NMR的问题，我们在这里再强调两点：

①对于对映体R，S混旋物，如在某些尚没有拆分的含有手性中心的外消旋分子中，与手性中心相邻的CH2基团往往化学位移不等价，很自然，磁也不等价。无论这些分子的光学纯度如何，无论是与R手性中心相邻的CH2，还是与S手性中心相邻的CH2，与手性中心相邻的—CH2皆可用—CHaHb来表示，尽管它们的其他信号完全重合。

②对于某些非对映体化合物，例如R，R和R，S的立体异构体混合物，用1H NMR就可以很容易地把它们的非对映体的比例dr值测定出来。因为非对映体的两种化合物的物理性质不同，如溶解度、分子的严格意义上的极性、光谱性能等不同，非对映体化合物在1H NMR上会给出不相重合的谱线，如果我们利用探针基团，对非对映体化合物R，R和R，S探针基团的1 H NMR仔细积分，积分面积比即为它们的组分比。如果用R，R的积分值减去R，S的积分值，再除以R，R的积分值加上R，S的积分值。我们就会得到非对映体过量值de。

2010年Riguera在Organic Letters第12卷第2期（208页）报道了利用NMR确定一种1，2-二醇衍生物的绝对手性构型的方法，利用了邻位反式二氢耦合常数大于顺式二氢的原理。

最近，Xing和Kishi报道了一种新的NMR方法[Yalan Xing，S M Hande，Y Kishi. J.Am.Chem.Soc.2012，134，19234]。这个方法利用非对映异构体中相对应的质子化学位移不等价，例如非对映异构体分子A系列中两个分子中的A-7’和两个A-9’质子，它们的化学位移有差值，一旦用主要产物的化学位移值减去次要产物的化学位移值，即δA主要产物减去δA次要产物，就会得到一个化学位移差值（Δδ），以这个化学位移差值（Δδ）为纵坐标，以分子中的质子编号为横坐标，就会得到一个清晰醒目的图，从图上可以很容易看出这一对分子中哪两个质子的化学位移差值大。化学位移差值越大说明这一对分子中相对映的质子立体环境的差异越大，同时也就指证了主要产物和次要产物。

Xing和Kishi首先用硅胶柱分离得到两组明显的非对映体4-A系列（4-A1和4-A2）和4-B系列（4-B1和4-B2），接着用高效液相色谱手性柱把4-A系列分离得到4-A1和4-A2；把4-B系列分离得到4-B1和4-B2，应该注意的是：4-A1和4-A2实际上也属于非对映异构体；4-B1和4-B2亦属于非对映异构体；只是4-A1和4-A2以及4-B1和4-B2分子左半部分看上去是一对对映体结构，而这个分子整体上不是对映体结构，所以化学位移有差值。

分子结构如：

利用上述方法指认了B系列中主要产物是4-B2。

利用δA主要产物减去δA次要产物以及δB主要产物减去δB次要产物得到各自化学位移差值（Δδ），结合分子中的质子编号得到的化学位移差值图（δA主要产物减去δA次要产物；δB主要产物减去δB次要产物）如下。

利用高效液相色谱手性柱和核磁共振1H NMR进行手性化合物分析，如确定手性分子的ee %、光学活性分子非对映异构体的相对比率，在有机合成、医药和生物化学中起着不可或缺的作用。韩国高等科学技术研究院的Hyunwoo Kim教授在美国化学会志报道了一种以金属Al（Ⅲ）为中心的八面体手性配合物制备方法和将其作为手性分子NMR分析试剂的方法。在极性或非极性溶剂中，这种Al（Ⅲ）配合物可以用作分析带正电荷或者负电荷的手性分子的高效1H NMR新分析试剂。在Al（Ⅲ）配合物与待分析的手性化合物（如胺和羧酸）形成离子对的过程中，Hyunwoo Kim教授认为该Al配合物中手性中心在向1H NMR光谱提供非等时同步化学位移方面起着重要作用。作为一种手性分子的NMR分析试剂，该Al（Ⅲ）配合物具有前所未有的广泛的底物范围以及良好的溶剂相容性和操作简便性等。有兴趣的读者可以参见Hyunwoo Kim的研究论文（Seo，M.S.；Kim，H. J.Am.Chem.Soc.，2015，137，14190）。

这种新发现的手性分子NMR分析试剂Al（Ⅲ）配合物的制备过程如下：

制备得到了这种Al（Ⅲ）配合物以后，就可以用来分析测试外消旋的α-甲基苄胺中R-构型或者S-构型手性α-甲基苄胺的含量了。其理论根据是这种Al（Ⅲ）配合物的手性构型是确定的，例如为R-Al（Ⅲ）配合物，其与待测的外消旋的α-甲基苄胺中R-构型或者S-构型手性分别作用，形成R，R-构型或者R，S-构型的离子对，相当于一对非对映体，我们知道非对映异构体的物理性质不同，质子的磁不等价，化学位移可以分开。如下图所示，A组信号峰（原文章是蓝色）是R-构型的α-甲基苄胺的甲基信号峰；B组信号峰（原文章是红色）是S-构型的α-甲基苄胺的甲基信号峰，分别积分它们的峰的面积，面积比就代表了不同手性化合物的含量比。

Hyunwoo Kim教授用这种Al（Ⅲ）配合物，除了分析上述外消旋的α-甲基苄胺中R-构型和S-构型手性α-甲基苄胺的含量以外，还分析了30多种外消旋的混合物中相应的R-构型和S-构型的待测手性化合物的含量，取得了非常好的结果。

下面我们列举其中12个例子，A组信号峰（原文章是蓝色）是得到的R-构型的手性化合物的信号峰；B组信号峰（原文章是红色）是得到的S-构型的手性化合物的信号峰，同样的，分别积分它们的峰的面积，面积比就代表了手性化合物的含量比。下图中a，b，c，e，f，g，h，i，l都是甲基的信号；d是苯环质子信号，j是六氢吡啶环6位质子信号，k是1，2-二氨基环己烷3位质子的信号。

可以看出，利用Al（Ⅲ）配合物己确定的手性构型（例如R-构型），与待测的外消旋的手性化合物R-构型或者S-构型手性分别作用，形成R，R-构型或者R，S-构型的非对映异构体离子对，非对映异构体的物理性质不同，质子化学位移磁不等价，就可以把待测手性化合物的含量分析确定下来。