屏蔽与去屏蔽

为什么一个氢出现在核磁谱图的某处，另一个氢却在别处？答案是：每个核周围的电子像一把小伞，部分地为它遮挡那块大的外磁体。有些氢被遮挡得严实，有些则暴露在外。屏蔽与去屏蔽描述的就是这两种情形，它们合起来正是产生化学位移的机理。

用平实的步骤说说其中的物理。把一个氢核放进谱仪的强场中，它周围的电子开始环流；运动的电荷会产生自己的小磁场，而这个感生磁场在核所在处恰好指向与大场相反的方向。于是核实际感受到的场比磁体提供的略弱一些——电子屏蔽了它。被屏蔽的核需要较低的频率才能共振，出现在高场（低 ppm）。现在在旁边放一个吸电子基团，比如氧或卤素：它把电子密度从氢身边拉走，把伞撑薄，于是核感受到更多的外场——它被去屏蔽，移向低场（高 ppm）。

这就是为什么化学位移是电子环境的读数。普通碳链上的氢保住了它的电子云，停留在约 1 ppm 的屏蔽处；挨着电负性强的氧的氢被去屏蔽，移向 3–4 ppm；芳环上的氢被环上环流的 pi 电子强烈去屏蔽，落在约 7–8 ppm。通过推断哪些基团把电子拉走，化学家就能预测并解释每个信号应当出现在何处，把位移值变成结构的结论。