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第一章 质谱 1

1.1引言 1

1.2仪器 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

1.3.2.3等离子体解吸电离 5

1.3.2.4激光解吸电离 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

1.6.5醛 25

1.6.5.1脂肪族醛 25

1.6.5.2芳香醛 25

1.6.6羧酸 25

1.6.6.1脂肪族酸 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

1.6.8内酯 28

1.6.9胺 28

1.6.9.1脂肪胺 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

1.6.12硝基化合物 30

1.6.12.1脂肪族硝基化合物 30

1.6.12.2芳香族硝基化合物 30

1.6.13脂肪族亚硝酸酯 30

1.6.14脂肪族硝酸酯 30

1.6.15含硫化合物 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

1.6.16.2脂肪族溴化物 33

1.6.16.3脂肪族碘化物 33

1.6.16.4脂肪族氟化物 33

1.6.16.5苄基卤化物 33

1.6.16.6芳香族卤化物 33

1.6.17芳香族杂环化合物 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仪器 76

2.3.1色散型IR光谱仪 76

2.3.2傅立叶变换红外光谱仪（干涉仪） 77

2.4样品处理 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支链烷烃 82

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

2.6.3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

2.6.5.2 C—H伸缩振动 85

2.6.5.3 C—H弯曲振动 85

2.6.6单核芳香烃 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

2.6.8.1C—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

2.6.10.2 C—C（＝O）—C伸缩和弯曲振动 92

2.6.11醛 92

2.6.11.1 C＝O伸缩振动 92

2.6.11.2 C—H伸缩振动 92

2.6.12羧酸 92

2.6.12.1 C—H伸缩振动 92

2.6.12.2 C＝O伸缩振动 93

2.6.12.3 C—O伸缩和C—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

2.6.14.2 C—O伸缩振动 95

2.6.15酰卤 95

2.6.15.1 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

2.6.17.3 N—H弯曲振动（酰胺Ⅱ谱带） 98

2.6.17.4其他的振动谱带 98

2.6.17.5内酰胺的C ＝O伸缩振动 98

2.6.18胺 98

2.6.18.1 N—H伸缩振动 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

2.6.22异腈（R—N？C），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

2.6.23含—N＝N基团的化合物 101

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

2.6.25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

2.6.27有机卤化物 104

2.6.28硅化合物 104

2.6.28.1 Si—H振动 104

2.6.28.2 SiO—H和Si—O振动 104

2.6.28.3硅-卤素伸缩振动 104

2.6.29磷化合物 104

2.6.29.1 P＝O和P—O伸缩振动 104

2.6.30芳香族杂环化合物 104

2.6.30.1 C—H伸缩振动 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D磷化合物的吸收 130

附录E杂芳香族化合物的吸收 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

3.3.2 NMR实验的灵敏度 139

3.3.3溶剂选择 139

3.4化学位移 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

3.6.1.2水 154

3.6.1.3酚 154

3.6.1.4烯醇 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，31 P， 29 Si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29 Si的偶合 157

3.7.5质子对13 C的偶合 158

3.8化学位移等价 158

3.8.1通过对称操作的互换检测化学位移等价 158

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

3.8.1.3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

3.8.3.2围绕部分双键（受限旋转）的互变 161

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

3.9磁等价（自旋一偶合等价） 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

3.11.2.4庚二酸二甲脂 168

3.11.3不完全对称链 168

3.11.3.1 3-甲基戊二酸 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

第四章 核磁共振碳-13谱 204

4.1引言 204

4.2理论 204

4.2.1去1H偶技术 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13 C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烷烃 217

4.7.1.1直链与支链烷烃 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

4.7.8卤化物 224

4.7.9胺 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13 C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13 C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 1 H-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13 C -1H COSY：HETCOR 252

5.4.3检测质子1H-13C COSY： HMQC 253

5.4.4 HETCOR和HMQC 253

5.4.5质子检测，远程1H -13 C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 13 C -13 C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

5.7.2 HMQC 268

5.7.3 HMBC 268

5.8接力相干转移：TOCSY 268

5.8.1 2-D TOCSY 268

5.8.2 1-D TOCSY 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

5.11.5 ROESY： VGSE 281

5.12梯度场核磁共振 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 29 Si核磁共振 323

6.5 31 P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

第八章 习题 375

8.1引言 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