有机化合物的波谱解析PDF电子书下载

1.1 引言 1

1.2　仪器 1

第一章　质谱 1

1.3 电离方法 2

1.3.1 气相电离方法 2

1.3.1.1 电子轰击电离 2

1.3.1.2 化学电离 3

1.3.2 解吸电离方法 4

1.3.2.1 场解吸电离 4

1.3.2.2 快原子轰击电离 4

1.3.2.4 激光解吸电离 5

1.3.2.3 等离子体解吸电离 5

1.3.3　蒸发电离法 6

1.3.3.1 热喷雾质谱 6

1.3.3.2 电喷雾质谱 6

1.4　质量分析器 8

1.4.1 扇形磁场质量分析器 8

1.4.2　四极质量分析器 9

1.4.3 离子阱质量分析器 10

1.4.4 飞行时间质量分析器 11

1.4.5　傅立叶变换质量分析器 11

1.4.6 串联质谱 11

1.5　EI质谱解析 12

1.5.1 分子离子峰的识别 13

1.5.2　分子式的测定 13

1.5.2.1 单位质量分子离子和同位素峰 13

1.5.2.2 高分辨分子离子 14

1.5.3　用分子式计算氢亏损指数 14

1.5.4　碎裂 15

1.5.5　重排 17

1.6　主要类型有机化合物的质谱 17

1.6.1 烃 17

1.6.1.1 饱和烃 17

1.6.1.2 烯烃 18

1.6.1.3 芳香烃和芳基烷烃 19

1.6.2　羟基化合物 20

1.6.2.1 醇 20

1.6.2.2 苯酚 21

1.6.3 醚 22

1.6.3.1 脂肪醚和缩醛 22

1.6.3.2 芳香醚 22

1.6.4 酮 23

1.6.4.1 脂肪族酮 23

1.6.4.2 环酮 23

1.6.4.3 芳香酮 23

1.6.6.1 脂肪族酸 25

1.6.6　羧酸 25

1.6.5　醛 25

1.6.5.2 芳香醛 25

1.6.5.1 脂肪族醛 25

1.6.2.2 芳香酸 26

1.6.7　羧酸酯 26

1.6.7.1 脂肪族羧酸酯 26

1.6.7.2 苄基酯和苯基酯 27

1.6.7.3 芳香酸酯 27

1.6.9.1 脂肪胺 28

1.6.9　胺 28

1.6.8 内酯 28

1.6.9.2 环胺 29

1.6.9.3 芳香胺 29

1.6.10　酰胺 29

1.6.10.1 脂肪族酰胺 29

1.6.10.2 芳香酰胺 29

1.6.11　脂肪族腈 29

1.6.14　脂肪族硝酸酯 30

1.6.13　脂肪族亚硝酸酯 30

1.6.15　含硫化合物 30

1.6.12.1 脂肪族硝基化合物 30

1.6.12　硝基化合物 30

1.6.12.2　芳香族硝基化合物 30

1.6.15.1 脂肪族硫醇 31

1.6.15.2 脂肪族硫醚 31

1.6.15.3 脂肪族二硫醚 31

1.6.16 卤代化合物 31

1.6.16.1 脂肪族氯化物 32

1.6.16.5 苄基卤化物 33

1.6.17　芳香族杂环化合物 33

1.6.16.6　芳香族卤化物 33

1.6.16.4 脂肪族氟化物 33

1.6.16.3 脂肪族碘化物 33

1.6.16.2 脂肪族溴化物 33

参考文献 34

习题 36

附录A　各种C、H、N、O组合的分子量 44

附录B　常见的碎片离子 67

附录C　常见丢失的碎片 69

第二章　红外光谱 71

2.1 引言 71

2.2　理论 71

2.2.1 偶合相互作用 74

2.2.2　氢键 75

2.3.1 色散型IR光谱仪 76

2.3　仪器 76

2.4　样品处理 77

2.3.2 傅立叶变换红外光谱仪（干涉仪） 77

2.5　谱图解析 78

2.6　有机分子基团的特征吸收 81

2.6.1　正烷烃（直链烷烃） 81

2.6.1.1 C—H伸缩振动 81

2.6.1.2 C—H弯曲振动 81

2.6.2.1 叔碳的C—H伸缩振动 82

2.6.2.2 偕二甲基的C—H弯曲振动 82

2.6.2 支链烷烃 82

2.6.3　环烷烃 83

2.6.3.1 C—H伸缩振动 83

2.6.3.2 C—H弯曲振动 83

2.6.4　烯烃 83

2.6.4.1 非共轭线型烯烃的C？C伸缩振动 83

2.6.4.2 烯烃C—H伸缩振动 84

2.6.4.3 烯烃C—H弯曲振动 84

2.6.5 炔烃 84

2.6.5.1 C？C伸缩振动 84

2.6.5.3 C—H弯曲振动 85

2.6.6　单核芳香烃 85

2.6.5.2 C—H伸缩振动 85

2.6.6.1 C—H面外弯曲振动 86

2.6.7　多核芳香族化合物 86

2.6.8 醇和酚 86

2.6.8.1 O—H伸缩振动 86

2.6.8.2 C—O伸缩振动 87

2.6.8.3　O—H弯曲振动 88

2.6.9　醚、环氧化物和过氧化物 89

2.6.9.1 C—O伸缩振动 89

2.6.10 酮 90

2.6.10.1 C？O伸缩振动 90

2.6.11.2 C—H伸缩振动 92

2.6.12.1 O—H伸缩振动 92

2.6.12　羧酸 92

2.6.10.2 C—C（？O）—C伸缩和弯曲振动 92

2.6.11.1 C？O伸缩振动 92

2.6.11　醛 92

2.6.12.2 C？O伸缩振动 93

2.6.12.3 C—O伸缩和O—H弯曲振动 93

2.6.13　羧酸根阴离子 94

2.6.14　酯和内酯 94

2.6.14.1 C？O伸缩振动 94

2.6.15.1 C？O伸缩振动 95

2.6.15　酰卤 95

2.6.14.2　C—O伸缩振动 95

2.6.16　羧酸酐 96

2.6.16.1 C？O伸缩振动 96

2.6.16.2　C—O伸缩振动 96

2.6.17　酰胺和内酰胺 97

2.6.17.1 N—H伸缩振动 97

2.6.17.2 C？O伸缩振动（酰胺Ⅰ谱带） 97

2.6.18.1 N—H伸缩振动 98

2.6.18　胺 98

2.6.17.5 内酰胺的C？O伸缩振动 98

2.6.17.4　其他的振动谱带 98

2.6.17.3 N—H弯曲振动（酰胺Ⅱ谱带） 98

2.6.18.2 N—H弯曲振动 99

2.6.18.3 C—N伸缩振动 99

2.6.19 胺盐 99

2.6.19.1 N—H伸缩振动 99

2.6.19.2 N—H弯曲振动 99

2.6.20　氨基酸和氨基酸盐 99

2.6.21　腈 100

2.6.24　含氮－氧键的共价化合物 101

2.6.24.1 硝基化合物中的N？O伸缩振动 101

2.6.23　含—N？N基团的化合物 101

2.6.22 异腈（R—N？），氰酸盐（R—O—C？N），异腈酸盐（R—N？C？O），硫氰酸酯（R—S—C？N），异硫氰酸酯（R—N？C？S） 101

2.6.25　有机硫化合物 102

2.6.25.1 硫醇的S—H伸缩振动 102

2.6.25.2 硫化物的C—S和C？S伸缩振动 103

2.6.26　含硫－氧键的化合物 103

2.6.26.1 亚砜中的S？O伸缩振动 103

2.6.30.1 C—H伸缩振动 104

2.6.30　芳香族杂环化合物 104

2.6.29.1 P？O和P—O伸缩振动 104

2.6.29　磷化合物 104

2.6.28.3　硅－卤素伸缩振动 104

2.6.28.2 SiO—H和Si—O振动 104

2.6.28.1 Si—H振动 104

2.6.28　硅化合物 104

2.6.27　有机卤化物 104

2.6.30.2 N—H伸缩频率 105

2.6.30.3 环的伸缩振动（骨架谱带） 105

2.6.30.4 C—H面外弯曲振动 105

参考文献 105

习题 107

附录A　溶剂和研糊油的透射区域 123

附录B　官能团的特征吸收 124

附录C　烯烃的吸收 129

附录E　杂芳香族化合物的吸收 130

附录D　磷化合物的吸收 130

第三章　质子核磁共振谱 131

3.1 引言 131

3.2　理论 131

3.2.1　原子核的磁性 131

3.2.2 自旋量子数为1/2的原子核的激发 131

3.2.3　弛豫过程 134

3.3　仪器和样品处理 137

3.3.1　仪器 137

3.4　化学位移 139

3.3.3　溶剂选择 139

3.3.2　NMR实验的灵敏度 139

3.5 自旋偶合、多重峰、自旋体系 145

3.5.1 简单和复杂的一级多重峰 145

3.5.2　一级自旋体系 148

3.5.3　波普（Pople）标注 149

3.5.4　更多简单一级裂分体系的例子 149

3.5.5　一级裂分模型的分析 151

3.6　氧原子、氮原子和硫原子上的质子；可交换的质子 152

3.6.1　氧原子上的质子 152

3.6.1.1 醇 152

3.6.1.4 烯醇 154

3.6.1.2 水 154

3.6.1.3 酚 154

3.6.1.5 羧酸 155

3.6.2 氮原子上的质子 155

3.6.3　硫原子上的质子 156

3.6.4　连在或接近氯、溴或碘核上的质子 156

3.7　质子对其他重要核的偶合（19F，D，31P，29Si和13C） 156

3.7.1 质子对19F的偶合 156

3.7.2　质子对氘的偶合 157

3.7.3　质子对31P的偶合 157

3.7.4　质子对29Si的偶合 157

3.8.1.1 通过绕简单对称轴旋转的相互交换（Cn） 158

3.8.1.2 通过对称面（σ）的对映发生相互交换 158

3.7.5　质子对13C的偶合 158

3.8.1 通过对称操作的互换检测化学位移等价 158

3.8　化学位移等价 158

3.8.1.3 通过对称中心（i）翻转发生相互交换 159

3.8.1.4 对称操作下无相互交换作用 159

3.8.2　通过标记（取代）确定化学位移等价 160

3.8.3　结构快速互变引起的化学位移等价 160

3.8.3.1 酮－烯醇互变 160

3.8.3.3　沿环单键的互变 161

3.8.3.4 沿链状单键的互变 161

3.8.3.2 围绕部分双键（受限旋转）的互变 161

3.9　磁等价（自旋—偶合等价） 162

3.10 具有3个偶合常数的AMX、ABX和ABC刚性系统 164

3.11　构象易变的开链体系、虚假偶合 166

3.11.1 不对称链 166

3.11.1.1 硝基丙烷 166

3.11.1.2 己醇 166

3.11.2 对称链 167

3.11.2.1 琥珀酸二甲脂 167

3.11.2.2 戊二酸二甲脂 167

3.11.2.3 己二酸二甲脂 167

3.1 1.3.1 3－甲基戊二酸 168

3.11.2.4 庚二酸二甲脂 168

3.11.3　不完全对称链 168

3.12　手性化合物 169

3.12.1 具有一个手性中心的2－甲基－6－亚甲基－7－辛烯－4－醇（Ipsenol） 169

3.12.2 两个手性中心的化合物 171

3.13　邻位偶合以及同碳偶合 172

3.14　远程偶合 173

3.15　选择性自旋去偶，双共振实验 173

3.16　NOE效应，差谱，1H1H空间邻近 174

3.17　结论 176

参考文献 176

习题 178

附录A　质子的化学位移 188

附录B　两个或三个直接相连官能团对化学位移的影响 191

附录C　脂环和杂环的化学位移 193

附录D　不饱和体系和芳香体系的化学位移 194

附录E　受氢键影响的质子（杂环原子上的氢） 197

附录F　质子自旋偶合常数 198

附录G　商业应用的氘代试剂中残留质子的化学位移和峰的多重性 200

附录H 实验室常用溶剂（因残余存在）的化学位移 201

附录I　重水中氨基酸质子的化学位移 203

4.2.1　去1H偶技术 204

4.2　理论 204

4.1 引言 204

第四章 核磁共振碳－13谱 204

4.2.2　化学位移标量和范围 206

4.2.3　T1弛豫 206

4.2.4 核Overhauser增益（NOE） 207

4.2.5 13C－1H自旋偶合（J值） 208

4.2.6　灵敏度 210

4.2.7　溶剂 210

4.3　一个简单13C谱的解析：邻苯二甲酸二乙酯 211

4.4　13C的定量分析 212

4.5　化学位移等价 214

4.6 DEPT 215

4.7　化合物类型和化学位移 216

4.7.1.1 直链与支链烷烃 217

4.7.1　烷烃 217

4.7.1.2　烷烃上的取代效应 218

4.7.1.3　环烷烃与饱和杂环 218

4.7.2　烯烃 219

4.7.3　炔烃 220

4.7.4　芳环化合物 221

4.7.5　杂环芳香族化合物 222

4.7.6　醇 222

4.7.7　醚、缩醛和环氧化物 222

4.7.9　胺 224

4.7.8　卤化物 224

4.7.10　硫醇、硫醚和二硫化物 225

4.7.11　含碳官能团 226

4.7.11.1　酮和醛 226

4.7.11.2　羧酸、酯、酰氯、酸酐、酰胺和腈 226

4.7.11.3 肟 226

参考文献 227

习题 228

附录A　常见NMR溶剂的13C化学位移、偶合常数及谱线多重性 239

附录B　常见实验室溶剂作为痕量杂质出现的13C化学位移 240

附录C 各类化合物的13C化学位移相关图 241

附录D 一些天然产物的13C化学位移数据 243

第五章 核磁共振相关谱；2－D（两维）核磁共振 244

5.1 引言 244

5.2　理论 245

5.3　相关谱 248

5.3.1 1H－1H相关：COSY 249

5.4 小蠹烯醇：1H—1H COSY 249

5.4.1 双量子滤波1H－1H COSY 252

5.4.2 检测碳13C－1H COSY:HETCOR 252

5.4.4 HETCOR和HMQC 253

5.4.3 检测质子1H－13C COSY:HMQC 253

5.4.5 质子检测，远程1H－13C异核相关：HMBC 255

5.5 石竹烯氧化物 257

5.5.1　DQF-COSY 257

5.5.2 HMQC 257

5.5.3 HMBC 261

5.6 13C-13C相关：INADEQUATE 263

5.6.1 INADEQUATE：石竹烯氧化物 265

5.7 乳糖 265

5.7.1　DQF-COSY 265

5.8.2 1－D TOCSY 268

5.8　接力相干转移：TOCSY 268

5.8.1 2－D TOCSY 268

5.7.2 HMQC 268

5.7.3 HMBC 268

5.9 HMQC-TOCSY 271

5.9.1 HMQC－TOCSY：乳糖 273

5.10 ROESY 273

5.10.1 ROESY：乳糖 273

5.11 四肽VGSE 273

5.11.1 COSY:VGSE 277

5.11.2 TOCSY:VGSE 277

5.11.3 HMQC:VGSE 278

5.11.4 HMBC:VGSE 279

5.12　梯度场核磁共振 281

5.11.5 ROESY:VGSE 281

参考文献 282

习题 283

第六章　其他重要1/2自旋核的NMR谱 313

6.1 引言 313

6.2　15N核磁共振 313

6.3 19F核磁共振 319

6.4 29Si核磁共振 323

6.5 31P核磁共振 325

6.6 结论 326

参考文献 328

习题 329

附录 磁活性原子核的性质 334

第七章 例题解答 339

7.1 引言 339

例题7.1讨论 342

例题7.2讨论 345

例题7.3讨论 350

例题7.4讨论 356

例题7.5讨论 361

例题7.6讨论 367

习题 368

8.1 引言 375

第八章 习题 375

习题 376

习题参考答案 494

第一章习题参考答案 495

第二章习题参考答案 507

第三章习题参考答案 507

第四章习题参考答案 526

第五章习题参考答案 542

第六章习题参考答案 574

第七章习题参考答案 576

第八章习题参考答案 579

索引 648