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第1章 核磁共振概论1

1.1 核磁共振基本原理1

1.1.1 原子核的磁矩1

1.1.2 核动量矩及磁矩的空间量子化2

1.1.3 核磁共振的产生3

1.1.4 连续波核磁共振谱仪9

1.2 化学位移9

1.2.1 屏蔽常数σ9

1.2.2 化学位移δ10

1.3 自旋-自旋耦合11

1.3.1 自旋-自旋耦合引起峰的分裂（裂分）11

1.3.2 能级图12

1.3.3 耦合常数J14

1.4 宏观磁化强度矢量15

1.4.1 宏观磁化强度矢量的概念15

1.4.2 旋转坐标系16

1.5 弛豫过程17

1.5.1 什么是弛豫过程17

1.5.2 纵向弛豫和横向弛豫17

1.5.3 核磁共振谱线宽度19

1.6 脉冲-傅里叶变换核磁共振波谱仪19

1.6.1 连续波谱仪的缺点19

1.6.2 强而短的射频脉冲的采用20

1.6.3 时畴信号和频畴谱，二者之间的傅里叶变换21

1.6.4 从傅里叶分解讨论脉冲-傅里叶变换核磁共振23

1.6.5 傅里叶变换核磁共振波谱仪的优点26

参考文献26

第2章 核磁共振氢谱27

2.1 化学位移28

2.1.1 化学位移的基准28

2.1.2 氢谱中影响化学位移的因素28

2.1.3 常见官能团化学位移数值32

2.2 耦合常数J34

2.2.1 耦合的矢量模型34

2.2.2 1与2J35

2.2.3 3J36

2.2.4 长程耦合的J38

2.2.5 芳环与杂芳环39

2.3 自旋耦合体系及核磁共振谱图的分类41

2.3.1 化学等价41

2.3.2 磁等价44

2.3.3 自旋体系45

2.3.4 核磁共振谱图的分类46

2.4 几种常见的二级谱体系46

2.4.1 AB体系47

2.4.2 AB2体系47

2.4.3 AMX体系48

2.4.4 AA＇BB′体系49

2.5 常见官能团的氢谱特征49

2.5.1 取代苯环50

2.5.2 取代的杂芳环52

2.5.3 单取代乙烯52

2.5.4 正构长链烷基52

2.5.5 活泼氢52

2.6 简化谱图分析的一些方法53

2.6.1 使用高频仪器53

2.6.2 重氢交换53

2.6.3 介质效应53

2.7 双共振53

2.7.1 自旋去耦54

2.7.2 核Overhauser效应55

2.8 核磁共振中的动力学现象58

2.8.1 动态核磁共振实验58

2.8.2 活泼氢（OH、NH、SH）的谱图60

2.9 核磁共振氢谱的解析61

2.9.1 样品的配制及作图62

2.9.2 解析步骤62

2.9.3 谱图解析举例67

参考文献75

第3章 核磁共振碳谱77

3.1 概述77

3.1.1 核磁共振碳谱的优点77

3.1.2 测定碳谱的困难77

3.1.3 碳谱谱图77

3.2 化学位移79

3.2.1 13 C谱化学位移的决定因素是顺磁屏蔽79

3.2.2 链状烷烃及其衍生物82

3.2.3 环烷烃和取代环烷烃83

3.2.4 烯烃和取代烯烃83

3.2.5 苯环及取代苯环83

3.2.6 羰基化合物84

3.3 碳谱中的耦合现象和去耦87

3.3.1 碳谱中的耦合现象87

3.3.2 宽带去耦87

3.3.3 门控去耦（定量碳谱）89

3.4 弛豫89

3.4.1 有关纵向弛豫的理论89

3.4.2 弛豫时间的测定92

3.4.3 T1的应用94

3.5 核磁共振碳谱的解析94

3.5.1 样品的制备及作图95

3.5.2 碳谱解析的步骤95

3.5.3 谱图解析举例96

参考文献104

第4章 脉冲序列的应用和二维核磁共振谱105

4.1 基本知识105

4.1.1 横向磁化矢量105

4.1.2 自旋回波107

4.1.3 核磁信号的相位被化学位移所调制113

4.1.4 BIRD脉冲序列114

4.1.5 自旋锁定116

4.1.6 等频混合117

4.1.7 选择性布居数翻转119

4.1.8 脉冲场梯度122

4.1.9 整形脉冲125

4.2 碳原子级数的确定126

4.2.1 J调制法或APT法127

4.2.2 INEPT法129

4.2.3 DEPT法132

4.3 二维核磁共振谱概述134

4.3.1 二维核磁共振谱的概念134

4.3.2 二维核磁共振时间轴方框图135

4.3.3 二维核磁共振谱的分类135

4.3.4 二维核磁共振谱的表现形式135

4.4 J分辨谱136

4.4.1 同核J谱136

4.4.2 异核J谱138

4.5 异核位移相关谱140

4.5.1 H，C-COSY140

4.5.2 H，X-COSY142

4.6 同核位移相关谱145

4.6.1 COSY145

4.6.2 相敏同核位移相关谱148

4.6.3 COSYLR151

4.6.4 DQF-COSY152

4.7 NOE类二维核磁共振谱153

4.7.1 NOESY154

4.7.2 COCONOSY155

4.7.3 ROESY155

4.7.4 HOESY157

4.8 接力类位移相关谱和总相关谱157

4.8.1 RCOSY158

4.8.2 异核接力相关谱159

4.8.3 总相关谱160

4.9 多量子二维核磁共振谱163

4.9.1 2D INADEQUATE163

4.9.2 1H的二维双量子核磁共振谱165

4.10 检出1H的异核位移相关谱166

4.10.1 HMQC和HSQC166

4.10.2 HMBC169

4.11 核磁共振的近期发展171

4.11.1 LC-NMR171

4.11.2 DOSY173

4.11.3 阿达玛变换NMR174

参考文献178

第5章 有机质谱法179

5.1 有机质谱基本知识179

5.1.1 质谱仪器概述179

5.1.2 质谱仪器的主要指标180

5.1.3 质谱（图）181

5.1.4 有机质谱中的各种离子181

5.2 质量分析器182

5.2.1 单聚焦和双聚焦质量分析器182

5.2.2 四极质量分析器184

5.2.3 离子阱186

5.2.4 傅里叶变换质谱计190

5.2.5 飞行时间质谱计195

5.2.6 直线离子阱196

5.2.7 轨道阱197

5.3 电离过程200

5.3.1 电子轰击电离201

5.3.2 化学电离201

5.3.3 场电离和场解吸202

5.3.4 快原子轰击和液体二次离子质谱202

5.3.5 基质辅助激光解吸电离203

5.3.6 大气压电离204

5.4 亚稳离子及其检测204

5.4.1 在第二无场区产生的亚稳离子205

5.4.2 在第一无场区产生的亚稳离子206

5.4.3 离子动能谱208

5.4.4 质能谱208

5.4.5 联动扫描209

5.4.6 亚稳离子提供的信息211

5.5 串联质谱212

5.5.1 碰撞诱导断裂212

5.5.2 串联质谱214

5.6 色谱-质谱联机218

5.6.1 GC-MS218

5.6.2 LC-MS219

参考文献219

第6章 质谱图解析221

6.1 确定相对分子质量和元素组成式221

6.1.1 由EI谱确定相对分子质量221

6.1.2 由高分辨质谱数据定分子式222

6.1.3 峰匹配法223

6.1.4 用低分辨质谱数据推测未知物元素组成223

6.2 有机质谱中的反应及其机理225

6.2.1 概述225

6.2.2 简单断裂226

6.2.3 重排231

6.2.4 脂环化合物的复杂断裂237

6.2.5 初级碎片离子的后续分解239

6.2.6 Stevenson-Audier规则239

6.2.7 研究有机质谱反应机理的方法241

6.3 常见官能团的质谱裂解模式241

6.3.1 烷烃241

6.3.2 不饱和脂肪烃243

6.3.3 含饱和杂原子的脂肪族化合物244

6.3.4 含不饱和杂原子的脂肪族化合物249

6.3.5 烷基苯250

6.3.6 杂原子取代的芳香族化合物251

6.3.7 杂芳环及其衍生物252

6.4 EI质谱图的解析253

6.4.1 EI质谱图解析的方法和步骤253

6.4.2 EI质谱图解析举例254

6.5 软电离质谱的解析262

6.5.1 由CI产生的质谱262

6.5.2 由FAB产生的质谱263

6.5.3 由MALDI产生的质谱264

6.5.4 由APCI产生的质谱264

6.5.5 由ESI产生的质谱265

6.6 串联质谱的解析266

6.7 质谱图的计算机检索272

参考文献276

第7章 红外光谱和拉曼光谱277

7.1 红外谱图基本知识277

7.1.1 波长和波数277

7.1.2 电磁波波段的划分278

7.1.3 近红外、中红外和远红外278

7.1.4 红外吸收强度的表示278

7.2 红外光谱原理279

7.2.1 双原子分子的红外吸收频率279

7.2.2 多原子分子的红外吸收频率281

7.2.3 红外吸收强度282

7.3 官能团的特征频率283

7.3.1 官能团具有特征吸收频率283

7.3.2 影响官能团吸收频率的因素283

7.3.3 常见官能团的特征吸收频率286

7.4 红外谱图解析286

7.4.1 红外吸收波段286

7.4.2 指纹区和官能团区288

7.4.3 红外谱图解析要点及注意事项289

7.4.4 红外谱图解析示例291

7.5 红外光谱学的发展294

7.5.1 步进扫描294

7.5.2 光声光谱297

7.5.3 时间分辨光谱298

7.5.4 二维红外光谱301

7.5.5 红外显微镜和化学成像306

7.5.6 GC-FTIR307

7.6 拉曼光谱的原理及应用308

7.6.1 拉曼光谱原理309

7.6.2 拉曼光谱的优点及其应用311

7.6.3 傅里叶变换拉曼光谱仪313

参考文献315

第8章 谱图综合解析316

8.1 综合解析一维核磁共振谱和其他谱图的步骤316

8.2 确定未知物所含官能团（或结构单元）318

8.2.1 取代苯环319

8.2.2 正构长链烷基320

8.2.3 醇和酚320

8.2.4 羰基化合物321

8.3 以二维核磁共振谱为主体推导有机化合物结构321

8.3.1 最常用的以二维核磁共振谱为主体推导有机化合物结构的方法322

8.3.2 以2D INADEQUATE为核心推导未知物结构325

8.4 推导结构或谱图指认举例326

第9章 谱学方法测定构型、构象386

9.1 核磁共振方法386

9.1.1 化学位移386

9.1.2 耦合常数392

9.1.3 NOE396

9.2 质谱法400

9.2.1 电子轰击电离源400

9.2.2 软电离技术403

9.2.3 反应质谱404

9.3 红外光谱和拉曼光谱法405

参考文献409

第10章 固体核磁共振412

10.1 固体核磁共振的特点412

10.1.1 化学位移的各向异性412

10.1.2 异核间的偶极耦合413

10.1.3 同核间的偶极耦合414

10.2 固体核磁共振实验的理论基础414

10.2.1 魔角旋转415

10.2.2 交叉极化415

10.3 固体二维核磁共振谱417

10.4 固体核磁共振的实验方法418

10.4.1 样品准备418

10.4.2 样品管418

10.4.3 安放样品管418

10.5 固体核磁共振谱图举例419

参考文献427

附录428

附录1 用乘积算符分析脉冲序列的原理428

附录2 常见官能团红外吸收特征频率435

Subject Index （spectroscopic methods and theories）449