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核磁场共振仪能够帮助我们“看清楚”肉眼看不见的微小的有机分子的精细结构。核磁场共振在有机化合物结构鉴定中起着极其重要的作用。NMR是一门充满趣味的科学,其理论深邃,具有很强的吸引力; 核磁共振的内容博大精深,涉及面广,实用性极强,与有机合成化学和生命科学以及有机新材料等学科的关系极为密切。《核磁共振谱学:在有机化学中的应用(第三版)》把科学理论和有机化合物解谱结合在一起,因而受到欢迎。
从学术方面讲,NMR的研究获得过多次成就,如美国科学家F. 布洛赫和E. M. 珀塞尔因发现物质核磁共振现象获得1952年诺贝尔物理学奖,瑞士科学家家R. R. 恩斯特因为发展傅里叶变换核磁共振和二维核磁谱技术获1991年诺贝尔化学奖;瑞士科学家K. 维特里希因发展用核磁共振谱测定溶液中生物大分子的三维结构而获2002年诺贝尔化学奖。目前,在化学刊物上不断会阅读到核磁共振研究的新成果。从应用方面讲,NMR是从事有机化学、药物化学、植物化学、生物化学、石油化学、化学工业、材料化学、化学生物学、生命科学等方面的科研人员必须掌握的一种重要的工具。NMR的研究已经深入到蛋白质科学和脑科学的层面,应用核磁共振成像技术(MRI)进行 医疗诊断在各大医院已经非常普遍。
内容简介
《核磁共振谱学:在有机化学中的应用(第三版)》深入系统地论述了NMR谱学的几乎全部内容,作者主要参阅了近几年来国外这方面的诸多文献,对氢谱、碳谱、二维谱、蛋白和核酸的NMR分析等问题作了深入的阐述。在1H NMR中,对氢谱涉及到的自旋-自旋耦合,核间奥氏效应(NOE),分子立体结构和手性中心对相邻质子的作用等作了详细说明。对13C NMR谱的去耦技术和在非去耦条件下的13C-1H耦合、13C-13C耦合等问题作了概述。用一章的篇幅对2D NMR作了专门的论述。《核磁共振谱学:在有机化学中的应用(第三版)》还对蛋白、核酸生物大分子的核磁共振研究进展作了详细的介绍,并给出了大量参考文献。《核磁共振谱学:在有机化学中的应用(第三版)》最后附了大量谱图供大家参考,特别是对许多谱图作了表征。
作者简介
王乃兴,中国科学院理化技术研究所,担任国际本专业杂志常任审稿人,研究员、博士生导师,1993年入中国科学院化学研究所做博士后,1995年完成博士后研究留所并晋升副研究员。1996年赴美国从事博士后研究,在美国Rice大学(1998年全美排名第13)获Robert A. Welch 博士后奖学金和Extraordinary Ability Individuals (O-1-VISA)等。2000年回国入选中科院“百人计划”。目前,已经全合成了含四个手性中心的复杂的生物医学活性分子,用新方法合成了手性抗高血压的β受体阻滞剂和一些复杂功能分子,在美国Org. lett.和J. Phys. Chem.等核心国际科学刊物发表了多篇论文。到目前,已在国外和国内科技刊物上发表论文150余篇,专著三部,申请发明专利12项,获授权专利9项,担任国际本专业杂志常任审稿人。目前主要从事手性化合物和复杂分子的合成及方法学研究。担任中国科学院研究生院博士生导师,已培养毕业的博士生多名。部分在国外深造,部分在国内制药公司任高级研究人员或在国内高校工作,其中四人在读期间获得所长奖学金或其他奖项,有多人在美国做博士后研究,博士生唐石2008年7月获中国科学院一项冠名奖。
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目录
第1章 绪论
1.1 概述
1.2 基本原理
1.3 基本概念
1.3.1 角动量和核磁矩
1.3.2 核磁共振(NMR)谱
1.4 其他小问题和相关论著简介
1.4.1 混合物的NMR测试
1.4.2 积分面积与分解反应
1.4.3 精细裂分
1.4.4 1H��13C COSY
1.4.5 毛细管探头
1.4.6 信号发射和自由感应衰减(FID)
1.4.7 15N NMR
1.4.8 相关文献与有关专著简介
1.4.9 几种核的性质
第2章 化学位移
2.1 概述
2.2 屏蔽效应探讨
2.2.1 化学位移的计算
2.2.2 示例
2.2.3 化学位移的产生
2.3 影响屏蔽效应的一些因素
2.3.1 局部抗磁(屏蔽)效应
2.3.2 局部顺磁(去屏蔽)效应
2.3.3 邻位基团
2.3.4 影响化学位移的其他因素
2.4 对化学位移的进一步探讨
2.4.1 质子电荷密度对化学位移的影响
2.4.2 对邻碳原子的电荷密度的影响
2.4.3 相邻原子和化学键的诱导磁矩对化学位移的影响
2.4.4 环共轭π电子体系
2.4.5 环丙烷环上的磁异性
2.4.6 极性基团的电场效应和范德华效应
2.4.7 氢键对化学位移的影响
2.5 相关有机金属化合物的化学位移
2.6 经验取代基常数
2.7 一些重要有机化合物中质子的化学位移
第3章 自旋�沧孕�耦合
3.1 概述
3.2 多重峰的一般规律
3.3 比率J/(ν0δ)的意义
3.4 自旋�沧孕�耦合和分子结构的关系
3.4.1 耦合常数的大小与分子几何构型的关系
3.4.2 耦合常数和分子化学结构的关系
3.5 自旋系统的分类
3.5.1 模式
3.5.2 与一个自旋量子数I=1/2的原子核耦合(AX系统)
3.5.3 AX2、AX3、AXn系统
3.5.4 AMX系统
3.5.5 AB、AB2系统
3.5.6 ABX系统
3.5.7 ABC系统
3.5.8 几个四旋系统和其他系统
3.6 1H与I=1/2和I>1/2的原子核耦合
3.6.1 1H与I=1/2的原子核耦合
3.6.2 1H与I>1/2的原子核耦合
3.7 等价原子核
3.8 强耦合作用
3.9 手性分子的NMR
3.9.1 手性效应
3.9.2 用NMR测定对映体过量(ee %值)的三种方法
3.9.3 化学位移差值图
3.1 0远程耦合
3.1 0.1 概述
3.1 0.2 远程耦合理论
3.1 0.3 位移试剂
3.1 1与杂原子相连的质子的NMR和溶剂效应
3.1 2化学交换
3.1 2.1 对称的构象变换
3.1 2.2 不对称的构象变换
3.1 3有机化合物的自旋�沧孕�耦合常数表
第4章 复杂耦合现象和NOE效应
4.1 磁等价
4.1.1 概述
4.1.2 磁等价性理论
4.2 复杂谱
4.3 自旋晶格弛豫
4.3.1 自旋晶格弛豫
4.3.2 自旋晶格弛豫的来源
4.3.3 诸种弛豫问题
4.4 NOE效应(核间奥氏效应或核极化效应)
4.5 四极弛豫
4.6 NOE效应及其应用
4.6.1 季碳原子
4.6.2 CH和CH2中的碳
4.6.3 NOE值对结构的确定
4.6.4 NOE效应对蛋白质结构的确定
4.6.5 分子动态结构研究
4.7 核磁共振研究中的一些新进展和相关未知物结构解析
4.7.1 核磁共振研究中的一些新进展
4.7.2 相关未知物结构解析
4.8 一些特殊的NMR研究新进展
4.8.1 仲氢诱导极化
4.8.2 旋转异构体的核磁共振研究
4.8.3 应用NMR谱来检测有机反应过程
第5章 13C NMR谱
5.1 概述
5.2 几种去耦方法
5.2.1 质子宽带去耦
5.2.2 偏共振去耦
5.2.3 选择性质子去耦
5.2.4 门控去耦
5.2.5 反转门控去耦
5.3 其他问题
5.3.1 氘代的影响
5.3.2 化学位移等价
5.3.3 13C��1H耦合常数值
5.3.4 13C��13C耦合常数值
5.3.5 DEPT谱
5.4 13C NMR谱的化学位移
第6章 二维谱
6.1 概述
6.2 相关波谱分析法
6.3 1H��1H COSY谱
6.4 双量子过滤的1H��1H COSY谱
6.4.1 化合物小蠹烯醇
6.4.2 石竹烯氧化物
6.5 1H��13C COSY异核化学位移相关谱(HETCOR谱)
6.6 质子检出的HETCOR异核多量子相干谱(HMQC谱)
6.7 质子检测的远程1H��13C异核相关谱(HMBC谱)
6.8 1H��1H NOESY相关谱
6.9 13C��13C相关谱(非常规天然丰度双量子转移实验,INADEQUATE实验)
6.1 0全相关谱
6.1 1梯场NMR
6.1 2关于二维谱HMBC表征的报道方法
6.1 3三维NMR谱的发展和展望
第7章 生物大分子NMR简介
7.1 蛋白质的NMR分析简介
7.1.1 概述
7.1.2 溶解条件的优化
7.1.3 标记与表达
7.1.4 相关实验
7.1.5 蛋白质相互作用的NMR分析
全书参考文献
7.2 核酸的NMR分析简介
7.2.1 概述
7.2.2 样品的制备
7.2.3 用于多核NMR标记的核酸的制备
7.2.4 分析策略——新的灵敏度优化
7.2.5 氢键的NMR检出
7.2.6 J耦合的测定
7.2.7 残余偶极耦合——用于阐明结构
7.2.8 对核酸弛豫作用的研究
7.2.9 NMR在活细胞中的应用
7.2.1 0结论
参考文献
7.3 通过氢键的标量耦合
7.3.1 概述
7.3.2 生物大分子中的氢键标量耦合
7.3.3 与化学位移的关系
7.3.4 几何形态的影响
7.3.5 应用
7.3.6 结论
参考文献
7.4 生物活性大分子NMR研究新进展
7.4.1 13C/15N标记的蛋白质中H键
7.4.2 蛋白质结构中13C和15N的化学位移
7.4.3 镧系示踪原子对蛋白质结构测定的应用
7.4.4 生物大分子中的亚甲基的弛豫优化
7.4.5 嘌呤和嘧啶碱基中的偶极耦合
7.4.6 细胞因子的NMR分析
7.4.7 魔角旋转固态NMR表征RNA中的氢键
7.4.8 NMR谱在啤酒成分鉴定中的应用
7.4.9 魔角旋转固体NMR(MAS ssNMR)技术的最新重要进展
参考文献
第8章 若干NMR谱图
附录Ⅰ 相关NMR溶剂数据表
附录Ⅱ 质谱要点
全书参考文献
后记
作者简介
前言/序言
现代有机合成化学导论:原理与实践 作者: 跨学科研究团队(有机化学、物理化学、材料科学) 出版社: 科学前沿出版社 版次: 第一版(2024年) 页数: 980页 定价: 待定 --- 图书简介 《现代有机合成化学导论:原理与实践》是一本面向高年级本科生、研究生以及专业研究人员的综合性教材与参考手册。本书旨在系统、深入地介绍21世纪有机合成化学的核心概念、前沿技术以及在各个交叉学科中的实际应用。本书摒弃了传统教材中侧重于结构识别和反应命名法的局限,转而聚焦于反应机理的深入理解、合成策略的系统设计、催化剂的创新发展以及绿色化学原则的整合。 全书结构严谨,内容覆盖面广,力求在理论深度与操作实用性之间找到最佳平衡点,引导读者从“会做反应”向“会设计反应”转变。 --- 第一部分:合成化学的基石与范式转变 第1章:有机合成化学的演进与当代挑战 (约80页) 本章首先回顾了有机合成从早期基于官能团转化的经验科学,到现代基于电子效应和过渡态理论指导的理性科学的演变历程。重点探讨了当前有机合成面临的主要挑战,包括:复杂天然产物的高效构建、手性化合物的绝对选择性控制、以及如何将合成路径与环境可持续性(原子经济性、溶剂选择)紧密结合。引入了“合成可达性指数”(Synthetic Accessibility Index, SAI)的概念,作为评估新路线可行性的初步工具。 第2章:理论基础的深化:电子结构与反应动力学 (约110页) 本章是对有机反应机理研究的深度拓展。它不再停留在描述性的哈梅特关系(Hammett relationships)层面,而是深入探讨了量子化学计算在预测反应势垒、识别关键过渡态以及确定反应路径中的核心作用。内容涵盖: 密度泛函理论(DFT)在有机反应中的应用: 如何精确计算不同溶剂体系下的能量差和活化能。 分子轨道理论的实际应用: 深入解析前线分子轨道(HOMO/LUMO)理论在理解加成、环化和重排反应中的预测能力,特别是对于非经典过渡态的识别。 动力学与热力学的精细调控: 讨论如何通过温度、压力和溶剂极性对反应动力学进行细致干预,实现对产物选择性的精确控制。 第3章:合成策略与逆合成分析的现代化 (约95页) 本章将逆合成分析提升至更高的抽象层次。重点讨论了超越传统“断键”思维的现代策略: 功能团等效体(Functional Group Equivalents, FGEs): 介绍新型的保护基和活化基团,及其在多步合成中的正交保护策略。 拓扑合成(Topological Synthesis): 讨论如何从目标分子的三维骨架出发,而非官能团分布,来规划合成路线,特别是针对高环张力体系。 模块化合成(Modular Synthesis): 强调利用已建立的复杂片段(Building Blocks)通过高效连接反应(如偶联反应)快速组装复杂结构的方法论。 --- 第二部分:催化驱动的合成前沿 第4章:过渡金属催化的氧化还原偶联反应的最新进展 (约150页) 本章是全书的重点之一,专注于钯、镍、铜等金属催化体系的最新突破。侧重于机理研究和对催化循环的精细调控: C-H键活化与官能团化: 详述导向基团(Directing Group, DG)的设计原则,探讨金属如何实现C(sp3)-H、C(sp2)-H和C(sp)-H键的位点选择性活化。特别关注无贵金属催化体系(如铁、钴催化)。 交叉偶联反应的新型配体: 深入分析Buchwald胺化、Suzuki-Miyaura偶联等反应中,新型的烷基膦、N-杂环卡宾(NHC)配体如何提高催化剂的稳定性、降低载量并拓宽底物范围。 氧化还原中性偶联(Redox-Neutral Couplings): 探讨如何避免外部氧化剂或还原剂的使用,实现更清洁的分子连接。 第5章:光化学与电化学驱动的合成 (约130页) 本章系统介绍了利用非传统能源驱动有机反应的最新发展,这是实现绿色合成的关键领域: 光氧化还原催化(Photoredox Catalysis): 深入讲解基于铱、钌配合物或有机染料的单电子转移(SET)机制。分析了其在自由基生成、C-C键形成、以及温和条件下的官能团转化中的应用,包括如何控制自由基的反应性窗口。 电化学有机合成: 阐述电解池作为“无试剂”氧化剂或还原剂的角色。讨论了电化学在不对称合成中的新兴应用,如通过控制电极电位实现对反应中间体(如烯醇化物、自由基物种)的选择性生成。 第6章:不对称催化:手性控制的精细化 (约140页) 本章着重于如何通过不对称催化手段实现对映体和非对映体的绝对控制: 手性有机小分子催化(Organocatalysis): 聚焦于胺催化(如Proline及其衍生物)、硫脲/硫代脲催化以及手性布朗斯特酸催化的机理,特别是氢键网络在控制过渡态结构中的作用。 不对称金属催化: 重点分析手性配体(如BINAP, Josiphos系列)的结构与催化活性的关系。详细讨论不对称氢化、不对称烯丙基取代以及不对称环加成反应的最新进展。 动态动力学拆分(DKR)与催化不对称合成: 讨论如何通过催化剂的协同作用,将非对映选择性转化为更高的对映选择性。 --- 第三部分:复杂分子构建与实际应用 第7章:合成复杂天然产物与药物分子的案例研究 (约120页) 本章通过对近年来发表的具有里程碑意义的全合成工作进行深入剖析,展示如何将前述的合成原理应用于复杂分子构建: 关键步骤的创新: 分析所选案例中,研究人员是如何克服官能团兼容性、立体化学控制以及多环骨架构建等挑战的。 策略的合理性评估: 对比不同路线在步骤数、原子经济性和收率上的优劣,培养读者的批判性评估能力。 药物合成中的规模化考量: 讨论从实验室到中试规模生产过程中,合成路线需要进行的调整和优化(如溶剂替代、试剂安全性)。 第8章:材料化学中的有机合成:共轭聚合物与分子器件 (约100页) 本章拓展了有机合成的应用领域,连接了合成化学与材料科学: 精准聚合反应: 介绍如何利用高度选择性的偶联反应(如Kumada, Stille聚合)精确控制共轭聚合物的分子量分布和链结构,以优化其光电性能。 功能化小分子的设计: 讨论用于有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(OPV)以及场效应晶体管(OFET)中的给/受体单元的合成策略。 第9章:绿色化学与可持续发展在合成中的整合 (约70页) 本章总结并强调了环境责任在现代化学中的核心地位: 溶剂工程: 评估超临界二氧化碳、离子液体和深共熔溶剂(DESs)作为替代传统有机溶剂的潜力与局限。 酶催化与生物转化: 介绍如何利用工程化酶(如转氨酶、脂肪酶)进行高选择性的官能团转化,特别是用于手性药物的中间体制备。 原子经济性与E-因子(Environmental Factor)的计算与优化。 --- 附录 附录 A:常用光谱数据与解析 (侧重于高级NMR、高分辨质谱在结构确证中的应用案例分析,而非基础知识回顾) 附录 B:安全操作与实验室规范 (针对高能试剂和前沿催化剂的使用指南) 附录 C:计算化学软件入门 (简要介绍Gaussian, ORCA等软件在反应机理研究中的基础操作流程)