氢核磁共振谱解析：从基础概念到结构推断与研究前沿

怎样阅读这本书

初学者按第1至3章建立结构语言和一维解谱方法，第4章学习真实数据的质量与处理，第5至6章完成二维连接、立体化学和动态判断。第7章按定量、混合物或具体研究任务选择阅读；第8至9章在已理解实验约束后讨论计算方法和研究评价。

复数、傅里叶变换、矩阵和统计按使用顺序补充，并在附录C集中复习。蛋白质和固态专题具有额外先修要求。所有案例区分实验数据、教学设定和模拟结果；结论无法唯一确定时，保留候选并说明能够区分它们的实验。

第1章 解谱之前：化学结构、氢原子与证据

能读结构式、识别化学环境、使用分子式和对称性约束信号数量。先修：无。案例起点：甲烷、乙醇、乙酸乙酯及其结构异构体。

1. 1.1 氢谱能告诉我们什么
2. 1.2 原子、同位素与核种
3. 1.3 化学键与电子结构
4. 1.4 官能团与分子骨架
5. 1.5 分子式与不饱和度
6. 1.6 结构表示与原子编号
7. 1.7 异构体与可区分性
8. 1.8 对称性与取代检验
9. 1.9 构象与时间平均
10. 1.10 样品所处的化学环境
11. 1.11 NMR 与其他结构证据
12. 1.12 第一次从结构预测谱图

第2章 读懂一张氢谱：位移、积分、裂分与条件

能读谱图坐标、记录信号的四类信息，并说明这些信息的适用条件。先修：第 1 章。理论采用图像和基本代数，暂不展开完整量子推导。

1. 2.1 核自旋与磁矩
2. 2.2 磁场、能级与共振
3. 2.3 从激发到谱图
4. 2.4 坐标、单位与参考
5. 2.5 屏蔽与去屏蔽
6. 2.6 诱导、共振与官能团效应
7. 2.7 磁各向异性
8. 2.8 常见位移区间与例外
9. 2.9 积分与相对氢数
10. 2.10 裂分的第一印象
11. 2.11 等时性、化学等价与磁等价
12. 2.12 条件依赖与基础记录

第3章 一阶耦合与系统化手工解谱

能在一阶近似适用时读取耦合网络，拼接片段，并完成可检查的结构指认。先修：第 2 章；第 4 章将检验一阶近似失效时的行为。

1. 3.1 耦合常数及其单位
2. 3.2 n+1 规则的成立条件
3. 3.3 多组非等价邻核
4. 3.4 自旋系统的命名与识别
5. 3.5 偕、邻与远程耦合
6. 3.6 常见脂肪片段
7. 3.7 烯烃、芳环与醛基片段
8. 3.8 杂核耦合与同位素卫星
9. 3.9 可交换氢
10. 3.10 从分子式到候选结构
11. 3.11 重叠与不完整信息
12. 3.12 一维谱解题阶梯

第4章 真实数据、实验质量与二阶谱

能从 FID 得到可靠谱图，识别处理伪影，并用自旋物理解释一阶规则失效。先修：第 3 章；本章按需要补复数、采样和矩阵基础。

1. 4.1 样品准备
2. 4.2 仪器与基础设置
3. 4.3 脉冲与矢量模型
4. 4.4 弛豫、线宽与饱和
5. 4.5 采样与分辨率
6. 4.6 常规数据处理
7. 4.7 寻峰、积分与拟合
8. 4.8 噪声、伪影与污染
9. 4.9 强耦合与二阶效应
10. 4.10 从哈密顿量到跃迁
11. 4.11 不同场强下的谱图模拟
12. 4.12 一张问题谱的诊断

第5章 二维谱与完整连接结构

能阅读常用二维谱，建立氢—氢、氢—碳关系，完成整分子指认。先修：第 4 章。每种实验先讲能提供的约束，再补实验原理。

1. 5.1 一维谱不足时的实验选择
2. 5.2 碳谱、DEPT 与 APT
3. 5.3 二维谱的坐标与形成
4. 5.4 COSY
5. 5.5 TOCSY
6. 5.6 HSQC 与 HMQC
7. 5.7 HMBC 与相关变体
8. 5.8 J-resolved 与 E.COSY
9. 5.9 选择性一维实验
10. 5.10 从相关表到分子图
11. 5.11 二维谱的伪影与歧义
12. 5.12 多谱联合结构解析

第6章 立体化学、构象与动态过程

能区分连接结构、相对构型、绝对构型和构象证据，并解释交换带来的谱图变化。先修：第 5 章。

1. 6.1 Karplus 关系与构象
2. 6.2 NOE 的物理基础
3. 6.3 NOESY 与 ROESY
4. 6.4 烯烃和环系的相对构型
5. 6.5 非对映异位氢的具体指认
6. 6.6 对映体与绝对构型
7. 6.7 化学交换与时间尺度
8. 6.8 变温、EXSY 与线形分析
9. 6.9 柔性分子与构象系综
10. 6.10 糖类与天然产物
11. 6.11 杂环、肽与大环分子
12. 6.12 结构误指认与修订

第7章 定量、混合物与实际研究场景

能说明定量测量条件，处理混合谱，并根据具体任务选择分析方案。先修：第 6 章；统计基础在测量不确定度部分补充。

1. 7.1 定量氢谱的原理与条件
2. 7.2 内标、外标与样品制备
3. 7.3 不确定度与方法验证
4. 7.4 残留溶剂与杂质识别
5. 7.5 混合物谱与可辨识性
6. 7.6 DOSY 与扩散
7. 7.7 混合物的选择性解析
8. 7.8 反应监测与原位 NMR
9. 7.9 代谢组学与统计分析
10. 7.10 药物与材料分析
11. 7.11 配体结合与分子相互作用
12. 7.12 聚合物、配位与顺磁体系

第8章 计算化学、谱图模拟与自动解谱

能把数据处理、预测、指认、检索和结构生成分开评价，并复现基本计算工作流。先修：第 7 章；Python、分子图和概率统计另给短预备单元。

1. 8.1 数据格式与可复现记录
2. 8.2 用 Python 处理真实 FID
3. 8.3 自旋系统模拟
4. 8.4 全谱拟合与参数反演
5. 8.5 计算机辅助结构解析
6. 8.6 公共数据库检索
7. 8.7 经验化学位移预测
8. 8.8 量子化学预测
9. 8.9 DP4、DP4+ 与 DP4-AI
10. 8.10 机器学习预测谱参数
11. 8.11 从谱图反推结构
12. 8.12 语言模型与工具代理

第9章 研究前沿、评价方法与综合实践

能读懂当前研究的任务、证据和适用范围，复现基准并提出补充实验。先修：第 8 章；生物大分子与固态专题可按兴趣选读。

1. 9.1 Pure shift 与质子去耦
2. 9.2 非均匀采样与谱重建
3. 9.3 低场与台式氢谱
4. 9.4 深入脉冲实验理论
5. 9.5 灵敏度与超极化
6. 9.6 快速采集与联用
7. 9.7 蛋白质与生物大分子支线
8. 9.8 固态质子谱支线
9. 9.9 2024–2026 自动解析研究比较
10. 9.10 评价、泄漏与不确定性
11. 9.11 主动选择补充实验
12. 9.12 综合实践与研究报告

附录与工具表

• 附录A 中英文术语、缩写与谱图记号
• 附录B 化学位移、耦合与残留溶剂参考表
• 附录C 解谱所需的数学预备知识
• 附录D 实验选择、故障诊断与指认表
• 附录E 软件环境、数据格式与可复现记录
• 附录F 分级题库、综合项目与参考解答

资料与再创作

本书参考大学公开课程、经典教材目录、原始研究、官方软件文档和公共数据平台编写。正文、教学图和习题独立组织；受限题库和数据库通过原始入口引用。章节给出各自来源，前沿方法同时记录输入、发表状态、评价条件和未解决问题。