第一章绪论

有机化合物结构的研究和阐明是有机化学和药学基础的研究，准确测定化合物的结构式是进一步深入研究和开发应用的前提，目前有机化合物的结构研究主要应用波谱解析技术。波谱解析是应用紫外(UV)、红外(IR)、核磁共振(NMR)、质谱(MS)等现代物理学手段研究阐明有机化合物结构的一门科学，是现代有机化合物结构测定的最主要的手段。本章分为绪论、紫外光谱和红外光谱三个部分。

●1.1绪论

波谱解析是应用紫外(UV)、红外(IR)、核磁共振(NMR)、质谱(MS)等现代物理学手段研究阐明有机化合物结构的一门科学。波谱解析渗透到现代药学，化学，生物学各个领域，成为一门相关专业应该掌握的学科，也是相关专业的一门重要的基础课程。

●1.2紫外光谱

紫外波谱法（Ultraviolet absorption spectra，简称UV）。当分子选择性吸收一定波长的紫外光，引起特定分子的电子能级跃迁，使透过样品的该波长的紫外光强度减弱或不呈现这种光谱集成为紫外吸收光谱引起分子的电子能级跃迁，所吸收的紫外光通常是在近紫外区内，即200~400nm。UV提供的信息为结构中是否具有共轭体系，另外还可以提供芳环的存在信息。通常当紫外吸收里面存在一些精细结构时，一般会认为该结构中具有芳环的存在。

●1.3红外光谱

红外光谱（Infrared scpectroscopy），简称IR，属于分子振动-转动光谱，与紫外光谱一样属于分子吸收光谱。红外光谱能够提供的是化合物的官能团信息，如：含氧官能团、含氮官能团、芳香环信息、炔烃，烯烃以及双键类型等。

第二章核磁共振氢谱

核磁共振波谱学 (nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR) 是20世纪中叶起步并发展起来的。核磁共振目前已经成为化学、医药、生物、物理等领域必不可少的研究手段。在核磁共振技术中，氢核磁共振 (Protein nuclear magnetic resonance spectrum, 1H NMR)是有机化合物分子结构测定的重要工具。氢谱可以提供有关分子中氢类型相对个数、周围化学环境乃至空间排列的结构信息，在确定有机化合物分子结构中发挥着巨大的作用。本章将主要介绍核磁共振波谱的基本原理以及核磁共振氢谱的相关基本知识和解析方法。

●2.1核磁共振基本知识

核磁共振是原子核的磁共振现象。将磁性原子核放入强磁场后，用适宜频率的电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级跃迁，同时产生核磁共振信号。本节围绕原子核产生核磁共振过程中的相关概念和必要条件介绍核磁共振的基本知识。

●2.21H-NMR的化学位移和积分

核磁共振氢谱具有化学位移、偶合裂分和偶合常数，以及峰的积分三大参数。氢谱三大参数中的化学位移可以提供氢质子所处化学环境的信息；峰的积分面积可以提供每组化学环境相同的质子个数比。

●2.31H-NMR的偶合裂分和偶合常数

氢谱三大参数中的偶合常数和偶合裂分可以提供化合物中某质子邻位碳上氢信息。

●2.4核磁共振氢谱测定技术

氢谱能够提供的信息非常的多，故氢谱在结构解析当中的应用非常广泛。氢谱三大参数（化学位移、偶合常数和偶合裂分、峰的积分面积）作用各不相同。氢谱对于化合物的结构解析起着无比寻常的重要作用。这一节将介绍氢谱解析的基本程序以及相关例题 。

第三章核磁共振碳谱

碳是有机化合物分子的基本骨架，环状和链状化合物的碳骨架结构是有机化合物研究的核心，因此碳核磁共振 (carbon nuclear magnetic resonance, 13C NMR)可以给出有机化合物骨架的最直接信息，结合氢核磁共振谱的解析，在化合物结构鉴定方面越来越重要。

●3.1碳谱的特点

与氢谱相比，碳谱具有碳化学位移范围宽、碳谱峰型简单、能提供季碳信息、C-H偶合常数大、碳弛豫时间长、测试技术多、灵敏度低的特点。

●3.2碳谱的主要参数

碳谱的主要参数为化学位移和偶合常数。但是因为碳谱的特点，碳的偶合常数不常用，而碳的数目与峰强度不成正比，也不使用。

●3.3碳谱的种类

碳谱中，碳与质子的偶合导致其谱图常常表现非常复杂、谱图交叠严重、性噪比低、很难解析。为了解决这个问题，采用一些技术使得碳普遍的简单，更易解析，就非常重要了。因此，碳谱有很多不同的测试技术，使得碳谱类型很多，有全氢去偶谱、偏共振去偶谱、质子选择性去偶谱、DEPT谱、INEPT谱和APT谱。平时常用的是全氢去偶谱和DEPT谱。

●3.4常见碳信号化学位移范围

各类型碳核的化学位移顺序与氢谱中各类碳上对应质子化学位移顺序有很好的一致性。如果质子在高场，则该质子连接的碳也在高场；反之，质子在低场，该质子连接的碳也在低场。本节介绍各类型碳的碳谱化学位移范围。

●3.5碳谱在结构解析中的应用

碳核磁共振谱可用于有机化合物的结构鉴定、有机反应机制盐焗、动态过程和平衡过程的研究，其中，在有机化合物的结构鉴定中应用最普遍。这一节将介绍碳谱解析的基本程序以及相关例题。

第四章二维核磁共振谱

二维核磁共振图谱(2D NMR)是一维核磁共振图谱(1D NMR)的基础上引入第二维，使得1D NMR中拥挤在一起的共振信号在2D NMR中的一个平面上展开，减少了共振峰的重叠，提供了核与核之间的相关信息。2D NMR是近代核磁共振波谱学方法的重要的里程碑，极大地方便了复杂化合物的核磁共振图谱解析和结构鉴定。

●4.1概述

二维核磁共振的特点是将化学位移、耦合常数等核磁共振参数展开在二维平面上，将1D NMR中重叠在一个频率轴上的信号分别在两个独立的频频率坐标轴上展开，不仅减少了谱图的拥挤和重叠，而且提供了自旋核之间的相互信息。二维图谱对于解析确定有机化合物结构，尤其是一维核磁共振难以解析的化合物具有着重要的作用。本节将介绍二维核磁共振图谱的技术、以及二维核磁共振图谱常用的表现形式和相关概念。

●4.22D-NMR谱的分类

二维核磁共振图谱（2D NMR）需要根据具体研究和解决的问题采用不同的脉冲序列得到不同的2D NMR。2D NMR可以分为同核化学位移相关谱、异核化学位移相关谱，异核远程相关谱，二维NOE谱和TOCSY谱等，各种2D NMR谱图的作用不同。需要掌握各种2D NMR谱图的功能，并且在进行二维核磁共振实验之前， 先把一维核磁共振图谱做好并且进行分析。

第五章经典质谱技术

质谱（Mass a spectrum）是利用一定的分离方法，将有机化合物分子进行电离裂解，并将所产生的各种离子的质量与电荷的比值（m/z）按照由小到大的顺序排列而成的图谱。在质谱测定的过程中，没有电磁辐射的吸收或发射。质谱不属于光谱，它检测的是由化合物分子经离子化裂解而产生的各种离子。

●5.1质谱的基本原理

质谱仪是测定质谱的仪器。不同的质谱仪，具有不同的设计原理，其具体构造也有差别，但一般都具有进样系统、电离和加速系统、质量分析器、检测器和处理和数据处理几部分。此节将对质谱的基本原理、表示方法及参数以及质谱仪器的结构和原理进行简单介绍。

●5.2质谱中的主要有机裂解

有机化合物在离子源中受高能电子轰击而电离成分子离子，分子离子的稳定性不同，导致有的分子离子会进一步裂解或发生重排生成碎片离子，有些新生成的碎片离子也不稳定，进一步发生裂解形成碎质量更小的碎片离子。因此，掌握离子的裂解规律，有助于分析质谱给出的分子、离子和碎片离子的裂解过程，有助于推断化合物的结构。

●5.3基本有机化合物的质谱

分析质谱中由化合物裂解而来的各种离子非常重要。在质谱中观察到的离子主要有分子离子峰、和碎片离子峰、有时也能够见到亚稳离子等。

●5.4质谱解析

通过对大量有机化合物的EI-MS进行研究，总结出各类有机化合物结构的特点，以及其在质谱中各自生成分子离子，碎片离子的特有的裂解方式和规律，为依据质谱的离子信息分析和推断化合物的结构奠了定基础。

●5.5质谱解析

质谱中有机化合物的各种离子均能够提供很多结构信息。质谱解析时，通常会首先分析分子离子峰区域的离子峰，然后对碎片离子峰进行解析。进一步列出部分结构单元，确定样品的可能结构式，进行验证排除不合理的结构，最终确定样品结构。

第六章现代质谱技术

质谱分析在灵敏度、速度、特异性和化学剂量四方面都表现优异，故成为现代仪器分析的主要方法。现代质谱技术的发展，主要来源于离子化技术和质量分析器技术的不断创新。

●6.1质谱的发展

质谱仪器种类较多，早期的质谱仪主要以无机质谱和同位素质谱为主，之后出现了有机质谱。近20年，随着电喷雾电离和基质辅助激光解析电离等质谱技术的出现，使得质谱技术可用于生物大分子的研究。

●6.2常见质谱技术

离子源和质谱分析器是质谱仪的两个主要组成部分，相应的离子化技术和质量分析技术一直是现代质谱技术重点的研究内容。质谱仪的重要发展阶段，均与这两种技术的发展有关，而离子化技术和质量分析技术也代表着有机质谱和生物质谱的发展方向。

●6.3高分辨质谱

分辨率指质谱仪分离相邻两个离子的能力，是质谱仪的重要指标。影响分辨率的主要硬件部分是质量分析器，目前能够达到高分辨水平的质量分析器有磁质量分析器，飞行时间质量分析器和傅里叶变换质量分析器。

●6.4质谱联用技术

质谱联用技术是指色谱与质谱串联的技术，包括液相色谱-质谱联用技术、气相色谱-质谱联用技术等。色谱是很好的分离仪器，质谱是很好的定性和及鉴定仪器，可以提供较多的结构信息，且具有很高的检测灵敏度和特异性，是理想的色谱检测器，因此，二者结合成为了很好的分离鉴定仪器。目前色谱-质谱联用技术已经在各个行业中发挥着重要的作用。

第七章综合解析

综合解析是运用多种有机波谱学的方法进行综合分析，以推导出化合物结构性质的方法；通常是以一种谱图的方法为主，配合其他波谱学技术。现阶段主要是以核磁共振图谱的解析为主，结合质谱、紫外光谱和红外光谱技术完成化合物的结构研究。

●7.1有机化合物结构解析的一般思路及方法

解析化合物结构时首先应掌握各种谱学方法的特点，及其在图谱解析时所能提供的结构信息。利用各种波谱方法的优势进行分析，并对获得的全部信息进行综合、归纳和整理，从而推断出正确的化合物结构。

●7.2综合解析实例

任何一种波谱方法都不能单独提供有机化合物的完整结构。因此，通过各波谱技术和其他分析方法获得的信息和数据，在彼此相互补充印证的基础上进行综合解析。综合解析不一定要求各种谱图齐备，重要的是在结构分析的每一个阶段进行小结明确已经解决和遗留的问题，而后根据分析方法的特点及其提供的信息性质，选择合适的手段解决结构问题。