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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6

1.2 化学位移6

1.2.1 屏蔽常数σ7

1.2.2 化学位移δ7

1.3 自旋－自旋耦合8

1.3.1 自旋－自旋耦合引起峰的分裂（裂分）8

1.3.2 能级图10

1.3.3 耦合常数J12

1.4 宏观磁化强度矢量12

1.4.1 宏观磁化强度矢量的概念12

1.4.2 旋转坐标系13

1.5 弛豫过程14

1.5.1 什么是弛豫过程14

1.5.2 纵向弛豫和横向弛豫15

1.5.3 核磁共振谱线宽度16

1.6 脉冲－傅里叶变换核磁共振波谱仪17

1.6.1 连续波谱仪的缺点17

1.6.2 强而短的射频脉冲的采用17

1.6.3 时畴信号和频畴谱，二者之间的傅里叶变换19

1.6.4 从傅里叶分解讨论脉冲－傅里叶变换核磁共振21

1.6.5 傅里叶变换核磁共振波谱仪的优点23

参考文献24

第2章 核磁共振氢谱25

2.1 化学位移26

2.1.1 化学位移的基准26

2.1.2 氢谱中影响化学位移的因素26

2.1.3 常见官能团化学位移数值30

2.2 耦合常数J32

2.2.1 耦合的矢量模型32

2.2.2 1J与2J33

2.2.3 3J34

2.2.4 长程耦合的J36

2.2.5 芳环与杂芳环37

2.3 自旋耦合体系及核磁共振谱图的分类39

2.3.1 化学等价39

2.3.2 磁等价42

2.3.3 自旋体系43

2.3.4 核磁共振谱图的分类44

2.4 几种常见的二级谱体系44

2.4.1 AB体系45

2.4.2 AB2体系45

2.4.3 AMX体系46

2.4.4 AA′BB′体系47

2.5 常见官能团的氢谱特征47

2.5.1 取代苯环48

2.5.2 取代的杂芳环50

2.5.3 单取代乙烯50

2.5.4 正构长链烷基50

2.5.5 活泼氢50

2.6 简化谱图分析的一些方法51

2.6.1 使用高频仪器51

2.6.2 重氢交换51

2.6.3 介质效应51

2.7 双共振51

2.7.1 自旋去耦52

2.7.2 核Overhauser效应53

2.8 核磁共振中的动力学现象56

2.8.1 动态核磁共振实验56

2.8.2 活泼氢（OH、NH、SH）的谱图58

2.9 核磁共振氢谱的解析59

2.9.1 样品的配制及作图60

2.9.2 解析步骤60

2.9.3 谱图解析举例65

参考文献73

第3章 核磁共振碳谱75

3.1 概述75

3.1.1 核磁共振碳谱的优点75

3.1.2 测定碳谱的困难75

3.1.3 碳谱谱图75

3.2 化学位移77

3.2.1 13C谱化学位移的决定因素是顺磁屏蔽77

3.2.2 链状烷烃及其衍生物80

3.2.3 环烷烃和取代环烷烃81

3.2.4 烯烃和取代烯烃81

3.2.5 苯环及取代苯环81

3.2.6 羰基化合物82

3.3 碳谱中的耦合现象和去耦85

3.3.1 碳谱中的耦合现象85

3.3.2 宽带去耦85

3.3.3 门控去耦（定量碳谱）87

3.4 弛豫87

3.4.1 有关纵向弛豫的理论87

3.4.2 弛豫时间的测定90

3.4.3 T1的应用92

3.5 核磁共振碳谱的解析92

3.5.1 样品的制备及作图93

3.5.2 碳谱解析的步骤93

3.5.3 谱图解析举例94

参考文献102

第4章 脉冲序列的应用和二维核磁共振谱103

4.1 基本知识103

4.1.1 横向磁化矢量103

4.1.2 自旋回波105

4.1.3 核磁信号的相位被化学位移所调制111

4.1.4 BIRD脉冲序列112

4.1.5 自旋锁定114

4.1.6 等频混合115

4.1.7 选择性布居数翻转117

4.1.8 脉冲场梯度120

4.1.9 整形脉冲123

4.2 碳原子级数的确定124

4.2.1 J调制法或APT法125

4.2.2 INEPT法127

4.2.3 DEPT法130

4.3 二维核磁共振谱概述132

4.3.1 二维核磁共振谱的概念132

4.3.2 二维核磁共振时间轴方框图133

4.3.3 二维核磁共振谱的分类133

4.3.4 二维核磁共振谱的表现形式133

4.4 J分辨谱134

4.4.1 同核J谱134

4.4.2 异核J谱136

4.5 异核位移相关谱138

4.5.1 H,C-COSY138

4.5.2 H,X-COSY140

4.6 同核位移相关谱143

4.6.1 COSY143

4.6.2 相敏同核位移相关谱146

4.6.3 COSYLR149

4.6.4 DQF-COSY150

4.7 NOE类二维核磁共振谱151

4.7.1 NOESY152

4.7.2 COCONOSY153

4.7.3 ROESY153

4.7.4 HOESY155

4.8 接力类位移相关谱和总相关谱155

4.8.1 RCOSY156

4.8.2 异核接力相关谱157

4.8.3 总相关谱158

4.9 多量子二维核磁共振谱161

4.9.1 2D INADEQUATE161

4.9.2 1H的二维双量子核磁共振谱163

4.10 检出1H的异核位移相关谱164

4.10.1 HMQC和HSQC164

4.10.2 HMBC167

4.11 核磁共振的近期发展169

4.11.1 LC-NMR169

4.11.2 DOSY170

4.11.3 阿达玛变换NMR172

参考文献176

第5章 有机质谱法177

5.1 有机质谱基本知识177

5.1.1 质谱仪器概述177

5.1.2 质谱仪器的主要指标178

5.1.3 质谱（图）179

5.1.4 有机质谱中的各种离子179

5.2 质量分析器180

5.2.1 单聚焦和双聚焦质量分析器180

5.2.2 四极质量分析器182

5.2.3 离子阱184

5.2.4 傅里叶变换质谱计188

5.2.5 飞行时间质谱计193

5.2.6 直线离子阱194

5.2.7 轨道阱195

5.3 电离过程198

5.3.1 电子轰击电离199

5.3.2 化学电离199

5.3.3 场电离和场解吸200

5.3.4 快原子轰击和液体二次离子质谱200

5.3.5 基质辅助激光解吸电离201

5.3.6 大气压电离202

5.4 亚稳离子及其检测202

5.4.1 在第二无场区产生的亚稳离子203

5.4.2 在第一无场区产生的亚稳离子204

5.4.3 离子动能谱206

5.4.4 质能谱206

5.4.5 联动扫描207

5.4.6 亚稳离子提供的信息209

5.5 串联质谱210

5.5.1 碰撞诱导断裂210

5.5.2 串联质谱212

5.6 色谱－质谱联机216

5.6.1 GC-MS216

5.6.2 LC-MS217

参考文献217

第6章 质谱图解析219

6.1 确定相对分子质量和元素组成式219

6.1.1 由EI谱确定相对分子质量219

6.1.2 由高分辨质谱数据定分子式220

6.1.3 峰匹配法221

6.1.4 用低分辨质谱数据推测未知物元素组成221

6.2 有机质谱中的反应及其机理223

6.2.1 概述223

6.2.2 简单断裂224

6.2.3 重排229

6.2.4 脂环化合物的复杂断裂235

6.2.5 初级碎片离子的后续分解237

6.2.6 Stevenson-Audier规则237

6.2.7 研究有机质谱反应机理的方法239

6.3 常见官能团的质谱裂解模式239

6.3.1 烷烃239

6.3.2 不饱和脂肪烃241

6.3.3 含饱和杂原子的脂肪族化合物242

6.3.4 含不饱和杂原子的脂肪族化合物247

6.3.5 烷基苯248

6.3.6 杂原子取代的芳香族化合物249

6.3.7 杂芳环及其衍生物250

6.4 EI质谱图的解析251

6.4.1 EI质谱图解析的方法和步骤251

6.4.2 EI质谱图解析举例252

6.5 软电离质谱的解析260

6.5.1 由CI产生的质谱260

6.5.2 由FAB产生的质谱261

6.5.3 由MALDI产生的质谱262

6.5.4 由APCI产生的质谱262

6.5.5 由ESI产生的质谱263

6.6 串联质谱的解析264

6.7 质谱图的计算机检索266

参考文献269

第7章 红外光谱和拉曼光谱270

7.1 红外谱图基本知识270

7.1.1 波长和波数270

7.1.2 电磁波波段的划分271

7.1.3 近红外、中红外和远红外271

7.1.4 红外吸收强度的表示271

7.2 红外光谱原理272

7.2.1 双原子分子的红外吸收频率272

7.2.2 多原子分子的红外吸收频率274

7.2.3 红外吸收强度275

7.3 官能团的特征频率276

7.3.1 官能团具有特征吸收频率276

7.3.2 影响官能团吸收频率的因素276

7.3.3 常见官能团的特征吸收频率279

7.4 红外谱图解析279

7.4.1 红外吸收波段279

7.4.2 指纹区和官能团区281

7.4.3 红外谱图解析要点及注意事项282

7.4.4 红外谱图解析示例284

7.5 红外光谱学的发展287

7.5.1 步进扫描287

7.5.2 光声光谱290

7.5.3 时间分辨光谱291

7.5.4 二维红外光谱294

7.5.5 红外显微镜和化学成像299

7.5.6 GC-FTIR300

7.6 拉曼光谱的原理及应用301

7.6.1 拉曼光谱原理302

7.6.2 拉曼光谱的优点及其应用304

7.6.3 傅里叶变换拉曼光谱仪306

参考文献308

第8章 谱图综合解析309

8.1 综合解析一维核磁共振谱和其他谱图的步骤309

8.2 确定未知物所含官能团（或结构单元）311

8.2.1 取代苯环312

8.2.2 正构长链烷基313

8.2.3 醇和酚313

8.2.4 羰基化合物314

8.3 以二维核磁共振谱为主体推导有机化合物结构314

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315

8.3.2 以2D INADEQUATE为核心推导未知物结构318

8.4 推导结构或谱图指认举例319

第9章 谱学方法测定构型、构象379

9.1 核磁共振方法379

9.1.1 化学位移379

9.1.2 耦合常数385

9.1.3 NOE389

9.2 质谱法393

9.2.1 电子轰击电离源393

9.2.2 软电离技术396

9.2.3 反应质谱397

9.3 红外光谱和拉曼光谱法398

参考文献402

附录405

附录1 用乘积算符分析脉冲序列的原理405

附录2 常见官能团红外吸收特征频率412

Subject Index(spectroscopic methods and theories)426