Carbon 13 NMR Spectroscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley

作者:Hans-Otto Kalinowski

出品人:

页数:792

译者:

出版时间:1988-04

价格:USD 1295.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780471913061

丛书系列:

图书标签:

• NMR
• Carbon-13 NMR
• Spectroscopy
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碳-13 核磁共振谱学：理解分子结构与化学性质的强大工具 概览： 碳-13 核磁共振（¹³C NMR）谱学是现代化学研究中不可或缺的分析技术。它通过探测分子中¹³C原子核的磁性质，为研究人员提供关于化合物结构、纯度、动力学过程以及反应机理的丰富信息。相较于更为常见的¹H NMR，¹³C NMR 具有独特的优势，尤其是在解析复杂有机分子、聚合物、天然产物以及材料科学中的未知结构方面。本书旨在系统性地介绍¹³C NMR 谱学的基本原理、实验技术、谱图解析方法，并深入探讨其在各个科学领域的广泛应用。本书内容丰富，层次分明，从基础概念出发，逐步深入到高级应用，力求为初学者提供清晰的学习路径，为有经验的研究者提供全面的参考。 第一部分：¹³C NMR 谱学基础 本部分将为您构建坚实的理论基础，帮助您理解 ¹³C NMR 谱学的工作原理。 原子核的磁性质与共振： 核自旋 (Nuclear Spin)： 介绍原子核的自旋量子数 (I) 概念，以及为什么某些原子核（如 ¹³C，具有 I = 1/2）对磁场敏感，能够发生 NMR 现象。 磁矩 (Magnetic Moment)： 解释带电荷的自旋原子核会产生磁矩，并在外部磁场中表现出特定的能量状态。 拉莫尔进动 (Larmor Precession)： 详细阐述原子核在外部磁场作用下的进动现象，以及进动频率（拉莫尔频率）与磁场强度和原子核类型（旋磁比）的关系。 能量跃迁与共振条件： 解释当施加的射频能量频率与拉莫尔频率一致时，原子核可以吸收能量发生自旋状态的跃迁，形成共振信号。 ¹³C 原子核的特点与优势： ¹³C 的天然丰度： 详细说明 ¹³C 在碳元素中的天然丰度（约 1.1%）及其对信号强度的影响。 ¹²C 的 NMR 不可检测性： 强调 ¹²C（丰度 98.9%）由于没有核自旋而无法被 NMR 检测，因此 ¹³C NMR 谱图只显示 ¹³C 原子核的信号，避免了 ¹H NMR 中因质子数量差异导致的信号复杂化。 化学位移范围广 (Chemical Shift Range)： 介绍 ¹³C NMR 谱的化学位移范围远大于 ¹H NMR（通常为 0-220 ppm），这意味着不同化学环境下的 ¹³C 原子核信号分离度更高，有助于解析复杂分子。 偶联常数 (Coupling Constants) 的简化： 讨论 ¹³C-¹H 偶联（通常通过宽带去耦消除）和 ¹³C-¹³C 偶联（由于丰度极低而极少发生）如何简化谱图，使其更容易解析。 弛豫过程 (Relaxation Processes)： 自旋-晶格弛豫 (Spin-Lattice Relaxation, T₁)： 解释原子核在吸收能量后如何将其能量传递给周围的晶格环境，恢复到基态。详细介绍 T₁ 弛豫时间的长短对信号强度和重复扫描时间的影响。 自旋-自旋弛豫 (Spin-Spin Relaxation, T₂)： 描述原子核之间能量交换的过程，导致自旋相位相干性丧失，引起谱线展宽。 NOE (Nuclear Overhauser Effect) 效应： 详细阐述 NOE 效应，即当一个核的自旋状态改变时，其附近（空间上接近，而非化学键相连）的其他核的弛豫过程受到影响，从而引起信号强度的变化。重点介绍 ¹³C NMR 中 ¹H-¹³C NOE 的重要性，以及如何利用它来确定原子间的空间距离和推断分子构象。 脉冲傅里叶变换 (Pulse Fourier Transform, PFT) NMR： 脉冲序列 (Pulse Sequence)： 介绍 PFT-NMR 的基本原理，即通过短而强的射频脉冲激发样品，然后收集样品发出的衰减信号（FID, Free Induction Decay），最后通过傅里叶变换将其转换为 NMR 谱图。 FID 信号： 解释 FID 信号是时域信号，包含所有共振频率的信息。 傅里叶变换 (Fourier Transform)： 阐述傅里叶变换如何将时域信号转换为频域信号（NMR 谱图）。 扫描次数与信噪比 (Signal-to-Noise Ratio, S/N)： 解释通过多次累加扫描可以提高信噪比，从而检测到丰度较低的 ¹³C 信号。 第二部分：¹³C NMR 实验技术与谱图解析 本部分将引导您了解实际的实验操作和谱图解读的艺术。 实验准备与样品要求： 溶剂选择 (Solvent Selection)： 讨论常用氘代溶剂（如 CDCl₃, DMSO-d₆, D₂O）的特性，包括其溶解性、与样品的惰性以及氘的化学位移（作为内标）。 样品浓度与纯度： 强调足够的样品浓度对于获得高质量谱图的重要性，以及样品纯度对解析的影响。 内部标准 (Internal Standard)： 介绍 TMS (Tetramethylsilane) 作为常用的内标，其 ¹³C 信号定义为 0 ppm。 去耦技术 (Decoupling Techniques)： 宽带去耦 (Broadband Decoupling)： 详细介绍宽带去耦技术，特别是 ¹H 去耦，如何消除 ¹³C-¹H 偶联，使 ¹³C 信号成为单峰，极大简化了谱图，并增强了信号强度（通过 NOE 效应）。 选择性去耦 (Selective Decoupling)： 介绍如何通过照射特定频率的射频脉冲来选择性地消除某个 ¹H 的偶联，从而确定 ¹³C 与特定 ¹H 的连接关系。 DEPT (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer) 谱： 深入讲解 DEPT 实验，包括 DEPT-45, DEPT-90, DEPT-135。重点阐述如何利用 DEPT 谱来区分 CH₃, CH₂, CH, 和季碳 (quaternary carbon) 的信号。 DEPT-45： 所有 CH, CH₂, CH₃ 信号均为正值。 DEPT-90： 只有 CH 信号为正值，CH₂ 和 CH₃ 信号为零。 DEPT-135： CH 和 CH₃ 信号为正值，CH₂ 信号为负值。 APT (Attached Proton Test) 谱： 介绍 APT 谱如何根据质子数量区分碳信号，具有与 DEPT 相似但表现形式不同的优点。 化学位移 (Chemical Shift) 的解析： 化学环境的影响： 详细分析电负性、感应效应、共轭效应、空间效应等因素如何影响 ¹³C 原子核的化学屏蔽（shielding）和去屏蔽（deshielding），从而导致不同的化学位移。 官能团的化学位移指南： 提供常见官能团（如烷烃、烯烃、炔烃、芳烃、醇、醚、醛、酮、羧酸、胺、卤代烃等）的 ¹³C 化学位移参考范围，并解释其变化规律。 立体化学对化学位移的影响： 讨论立体化学（如构象、构型）如何通过空间效应和诱导效应影响 ¹³C 的化学位移。 偶联常数 (Coupling Constants, J values) 的解析： ¹³C-¹³C 偶联： 解释虽然由于 ¹³C 丰度低而较少见，但在高浓度的样品中可能观察到 ¹³C-¹³C 偶联，其偶联常数大小与碳原子之间的键类型和距离有关。 长程偶联 (Long-range Coupling)： 讨论 ¹³C 与非直接相连的 ¹H 之间的偶联（如 ¹³C-X-Y-¹H，X, Y 为 1, 2, 3 个键），特别是 ¹³C-³J-H 偶联，在结构解析中的应用。 立体化学与偶联常数： 解释键的构象（如扭转角）对偶联常数的影响，例如 Karplus 方程在解析构象中的应用。 多维 NMR 技术简介 (Introduction to Multidimensional NMR Techniques)： COSY (Correlation Spectroscopy)： 简要介绍 COSY 谱如何显示 ¹H-¹H 偶联关系，帮助连接分子骨架。 HSQC (Heteronuclear Single Quantum Correlation)： 重点介绍 HSQC 谱，它显示直接相连的 ¹H 和 ¹³C 的相关性，是连接质子和碳信号的关键技术。 HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation)： 详细介绍 HMBC 谱，它显示相隔两键或三键的 ¹H 和 ¹³C 的相关性，是确定分子骨架和官能团连接性的重要工具。 ROESY (Rotating Frame Overhauser Effect Spectroscopy)： 介绍 ROESY 谱，与 NOESY 类似，但适用于分子量较大或自旋-晶格弛豫时间较短的样品，用于确定原子间的空间接近性。 第三部分：¹³C NMR 在科学领域的应用 本部分将展示 ¹³C NMR 谱学在各个研究领域的强大应用能力。 有机化学： 结构鉴定与确证： 解析天然产物、合成化合物、药物分子的结构。 反应机理研究： 追踪反应过程中中间体和产物的形成，推断反应路径。 异构体分析： 区分和鉴定结构异构体、立体异构体。 立体化学研究： 利用化学位移和偶联常数确定分子的构象和构型。 高分子科学： 聚合物结构分析： 确定单体的连接方式、支链情况、共聚物的组成。 聚合机理研究： 监测聚合反应的进程，了解聚合动力学。 聚合物降解与改性研究： 分析降解产物，评估改性效果。 聚合物的动态行为： 研究玻璃化转变温度、链段运动等。 材料科学： 无机材料结构研究： 如硅酸盐、磷酸盐、沸石的骨架结构。 有机-无机杂化材料： 表征有机组分与无机骨架的连接方式。 催化剂研究： 监测催化剂的活性位点和反应过程。 纳米材料表征： 分析纳米颗粒的表面化学和结构。 生物化学与药物化学： 蛋白质、核酸、糖类的结构研究： 尽管 ¹H NMR 更为常用，¹³C NMR 也能提供关于这些生物大分子的重要信息。 代谢组学研究： 追踪代谢物的变化，研究生物体内的代谢通路。 药物代谢与药代动力学研究： 分析药物在体内的转化过程。 药物-靶点相互作用： 研究药物与生物大分子结合时的结构变化。 环境科学： 污染物结构鉴定： 分析环境样品中的有机污染物。 土壤有机质研究： 表征土壤中不同类型的有机质。 生物降解过程研究： 追踪污染物在环境中的降解途径。 结论： ¹³C NMR 谱学是一门精密且功能强大的分析技术，为探索物质世界的分子层面提供了无与伦比的洞察力。本书通过系统性的讲解和丰富的实例，旨在帮助读者掌握 ¹³C NMR 谱学的核心理论和实践技能，从而能够有效地运用这一工具解决科学研究中的各种挑战。无论您是初入 NMR 领域的学生，还是经验丰富的科研人员，本书都将是您提升 ¹³C NMR 技能、拓展研究思路的宝贵资源。

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