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出版者:中国医药科技出版社

作者:刘芳妹编

出品人:

页数:87

译者:

出版时间:1999-01

价格:10.00元

装帧:平装

isbn号码:9787506719445

丛书系列:

图书标签:

• 药物化学
• 化学实验
• 有机化学
• 药物分析
• 实验教学
• 化学专业
• 高等教育
• 本科生
• 实验指导
• 教学参考书

图书简介： 书名：晶体结构解析与应用 作者：李明，张伟，王芳 出版社：科学技术文献出版社 出版日期：2023年10月 --- 内容概要 《晶体结构解析与应用》是一部全面、深入探讨晶体结构解析理论、实验技术、数据处理及实际应用的高级参考书。本书旨在为化学、材料科学、物理学、矿物学、生物物理学等相关领域的研究人员、研究生及资深本科生提供一个扎实的理论基础和详尽的实践指导。全书内容紧密围绕如何获取、解析和理解物质的原子级三维排列——即晶体结构展开，覆盖了从基础晶体学理论到尖端衍射技术的全过程。 第一部分：晶体学基础与衍射原理 第一章：晶体结构的基本概念 本章首先引入固体物理学的基本概念，阐述晶体与非晶体的区别。重点讲解了点阵、空间群、晶胞、布拉格定律等核心晶体学概念。详细介绍了晶体的宏观对称性如何转化为微观的点群和空间群，并详细列举了国际晶体学表中常用的32个点群和230个空间群的特征。此外，本章还讨论了晶体结构的周期性、缺陷对结构的影响，以及如何通过光学显微镜和偏光显微镜初步判断晶体的对称性和光学性质。 第二章：X射线衍射理论基础 本章是全书理论基石。深入探讨了X射线与物质相互作用的物理机制，包括经典散射理论、原子散射因子（$f$）的计算及其与原子序数、散射角的关系。着重阐述了劳厄（Laue）方程和布拉格（Bragg）方程的物理意义及其数学推导，解释了如何从衍射现象推断晶格参数。此外，详细分析了结构因子（Structure Factor，$F_{hkl}$）的复杂性，包括其振幅（Intensity）和相位信息，并强调了相位问题在结构解析中的核心地位。 第三章：衍射实验技术概述 本章系统介绍了用于结构解析的主要实验技术。首先详述了单晶X射线衍射（SC-XRD）仪器的基本组成、工作原理和操作流程，包括光源（衍射管、同步辐射源）的选择、探测器技术（CCD、像素阵列探测器）的演进。其次，对粉末X射线衍射（PXRD）技术进行了深入剖析，包括衍射峰的拓宽效应、基线校正和背景扣除，以及如何利用PXRD进行物相鉴定、晶粒尺寸估算（谢勒公式）和晶格常数精修。最后，简要介绍了电子衍射（ED）和中子衍射（ND）在特殊材料（如轻元素或磁性材料）研究中的应用优势。 第二部分：单晶结构解析的实践步骤 第四章：晶体生长与数据采集 高质量的单晶是成功解析结构的前提。本章详细介绍了有机物、无机物及金属有机化合物的常用晶体生长方法，包括溶液缓慢蒸发法、冷却法、熔融法以及水热合成法，并提供了控制晶体形貌和大小的技巧。在数据采集方面，重点讲解了如何选择合适的衍射仪、控制样品温度、采集不同$omega$扫描范围，以及如何进行数据质量评估（如$R_{merge}$、数据覆盖率等指标）。 第五章：衍射数据处理与结构解析 本章聚焦于从原始衍射点阵数据到确定原子坐标的实际操作流程。详细介绍了数据归一化、吸收校正（如$Phi$扫描、$Psi$扫描）的重要性。随后，系统讲解了结构解析的“魔术三角”——如何利用直接法（Direct Methods）确定初始相位，特别针对中小分子结构解析的常用软件（如ShelX系列）操作流程进行了详尽的步骤演示。对于大分子体系，本章简要概述了Patterson方法和分子替代法（Molecular Replacement）的基本原理。 第六章：结构精修与验证 结构解析并非终点，精确的结构模型需要精修。本章深入探讨了最小二乘法精修的原理，解释了如何通过最小化残差平方和来优化原子坐标、各向异性热因子和零点修正因子。重点讨论了如何评估精修结果的可靠性，包括$R$因子、GOF（Goodness-of-Fit）的意义，以及如何解读和使用残余电子密度图来识别错误或未定位的原子。本章最后强调了结构验证的重要性，包括检查键长、键角、分子间接触和氢键网络。 第三部分：高级主题与应用拓展 第七章：晶体结构中的对称性与拓扑 本章将结构解析的成果提升到更高层次的对称性分析。深入探讨了群论在晶体结构中的应用，如何利用空间群信息预测晶体学同晶性（Isomorphism）和平均结构。此外，本章引入了拓扑学概念，讨论了晶体结构中的拓扑不变量，如涉及孔道、通道结构的金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的晶体结构分析方法。 第八章：晶体结构在材料科学中的应用 本章展示了结构解析如何指导新材料的设计与功能开发。涵盖了高压物理中的结构相变研究、钙钛矿材料中的结构-性能关系、半导体材料中的缺陷工程对载流子迁移率的影响，以及磁性材料中磁结构（通过中子衍射确定）与电子结构间的耦合机制。 第九章：生物大分子晶体学导论 本章专门为生物物理学方向的读者设计，简要介绍了蛋白质、核酸等大分子晶体学的特殊挑战，如高对称性、低分辨率数据处理和溶剂影响。侧重于阐述冷冻电镜（Cryo-EM）数据与晶体学数据在解析复杂生物结构中的互补性。 总结与展望 《晶体结构解析与应用》结构严谨，理论与实践并重，配有大量实例和软件操作指导。它不仅是进行结构解析工作的必备工具书，也是深化理解物质微观世界规律的优秀教材。本书的价值在于连接了基础物理化学原理与前沿结构科学的实际操作，为读者提供了从“看到”衍射斑点到“解析出”精确三维模型的完整知识链条。 --- 目标读者： 高等院校化学、材料学、物理学、矿物学专业的研究生及教师。 从事药物设计、催化剂开发、功能材料合成的科研人员。 希望掌握现代晶体结构分析技术的工程师和技术人员。 主要特色： 1. 全面性： 覆盖X射线、电子束和中子衍射的基本原理与应用。 2. 实践性： 详细介绍从晶体生长到结构报告撰写的全套实验流程。 3. 前沿性： 引入对称性分析、拓扑结构和高熵材料结构研究的新进展。

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这本化学实验指导书，说实话，拿到手里的时候，我心里是有些忐忑的。毕竟，“实验”这两个字在很多学生心里就意味着一堆复杂的步骤、难懂的原理以及可能伴随的失败风险。我之前接触过的很多实验手册，要么就是文字堆砌，图示模糊不清，要么就是理论部分长篇大论，真正动手操作的步骤却一带而过，让人摸不着头脑。这本书给我的第一印象还算不错，装帧设计比较简洁明了，没有太多花哨的东西。翻开目录，章节划分倒是挺清晰的，可以看到涵盖的实验类型比较全面，从基础的有机合成到一些稍微进阶的反应都有涉及。我特别留意了一下它对安全注意事项的描述，这对我这种初次接触复杂化学实验的人来说至关重要。很多教材在这里只是简单地罗列几条，但这本书似乎用了更多的篇幅来详细解释每一步操作中潜在的危险点以及应急处理措施，这一点非常贴心。我尤其欣赏它在引入新概念时，会先用一段通俗易懂的语言进行解释，而不是直接抛出复杂的化学式。虽然最终的实验操作流程还是需要严格遵循化学规范，但这种由浅入深的引导方式，确实能帮助我们更好地理解“为什么”要这么做，而不是盲目地照着步骤操作。整体来看，它像是一位经验丰富、有耐心的导师，愿意花时间为你打好基础，而不是直接把你推到前线让你自生自灭。如果后续的实验内容真能达到这种细致入微的程度，那这本教材绝对是实验室里的得力助手。

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说实话，我买这本书之前，对国内很多教材的“翻译腔”和刻板印象比较重，担心内容会非常陈旧，缺乏与现代化学前沿的接轨。我特意翻阅了它对一些新反应，比如催化偶联反应的介绍部分，看看它是如何处理这些前沿技术的。让我感到欣慰的是，它虽然是一本基础实验书，但对这些现代有机合成方法学的引入是相当谨慎且到位的。它并没有直接套用最复杂的工业级条件，而是选择了一些相对容易在普通高校实验室条件下复现的、具有代表性的简化版本。例如，在介绍钯催化反应时，它会首先解释催化循环的基本原理，然后给出一个相对温和的底物和催化剂体系，这既保证了学生能接触到前沿知识，又避免了因条件苛刻而导致的实验失败。另外，这本书在“仪器使用和维护”这块的内容也比较详尽。它不仅告诉你如何操作高效液相色谱仪（HPLC），还花了不少篇幅解释了如何清洗色谱柱，如何判断泵压异常的原因等，这些都是教科书上很少提及的“脏活累活”，但恰恰是影响实验能否顺利进行的关键。这种“实用主义”的态度，让我对这本书的信赖度大大增加。

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我是一个对实验的“可重复性”要求非常高的人，因为我的实验经常因为一些难以察觉的小错误而导致结果飘忽不定。阅读这本《药物化学实验》的过程中，我注意到它有一个非常细致的特点，那就是对“试剂的质量和预处理”有特别的强调。比如，在进行某些对水敏感的反应时，它会明确指出需要使用新蒸的溶剂，或者如何通过共沸蒸馏等方法来除去溶剂中的微量水分，而不是简单地写一句“使用无水溶剂”。这种对细节的固执，对于追求精确结果的学习者来说，简直是福音。我特别喜欢它在每个实验的“可能遇到的问题及排除”部分的设计。这个部分不是笼统地列出“反应不完全”等问题，而是针对性地提出了几种可能的原因，比如“催化剂活性下降”、“原料中含有抑制剂”等等，并给出对应的检查思路。这种结构化的故障排除指南，极大地提升了学生独立解决问题的能力。总而言之，这本书给我的感觉是：它把自己定位成一个严谨的、不容许敷衍的伙伴，它期望你不仅要做出东西来，更要理解每一步背后的科学逻辑和操作规范。这种培养方式，远比单纯的知识传授来得有价值。

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从一个更宏观的角度来看待这本实验教材，我发现它在课程体系的构建上是下了功夫的。它不是简单地将一系列独立的反应堆砌在一起，而是似乎遵循着一条清晰的逻辑主线在推进。我查看了它前几章和后几章的内容对比，能明显感觉到难度和复杂度的渐进式增加。一开始，可能是介绍一些基础的官能团转化反应，用简单的原料和成熟的条件来建立实验信心。然后，随着章节的深入，开始引入多步合成、需要特殊保护基团或者需要使用更精细的催化剂的反应。这种设计的好处是，学生不会因为一开始的挫折感而放弃，而是能在一个循序渐进的过程中逐步适应实验环境的复杂性。此外，书中对“数据分析与结果评估”这部分的重视程度，也超出了我的预期。很多实验书在实验结束后，只要求你记录收率和熔点就草草收场了。但这本书似乎鼓励更深入的思考，它要求对反应机理进行探讨，对收率低的原因进行推测，甚至引入了简单的谱学分析（尽管深度有限，但作为入门已经足够）。这让我觉得，它不仅仅是在教我“做实验”，更是在训练我“像一个化学家一样思考”。这种对科学思维培养的侧重，是衡量一本优秀实验教材的关键标准之一。

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我是一个动手能力相对较弱的学生，对需要精确控制条件的实验操作尤其头疼。我买这本书的主要目的，是希望能找到一个真正能“手把手”教我如何控制变量的工具。很多教科书会假设读者已经掌握了基本的仪器使用方法和滴定、加热等基础技巧，然后直接进入到复杂的反应体系中。但这本《药物化学实验》似乎意识到了这一点，它在实验的引言部分，花了不少篇幅去描述一些看似基础却至关重要的细节。比如，对于需要长时间回流的反应，它不仅仅是告诉你“加热并回流”，而是详细描述了如何正确安装冷凝管、如何调整加热温度以达到理想的回流速率，甚至提到了如果水浴锅中的水位过低可能导致的后果。这种对操作细节的关注，让我感觉作者真的理解我们这些“手残党”在实验中会遇到的痛点。更让我惊喜的是，它对“产物纯化”这块的处理。有机化学实验的成败往往取决于最后的纯化步骤，重结晶、柱层析这些操作，文字描述起来极其抽象。这本书里，我注意到有大量的图示来配合文字说明，特别是柱层析的部分，它不仅画出了整个装置的结构，还配上了不同洗脱剂流过色谱柱时，层析斑点移动的示意图，这比单纯看文字描述要直观太多了。我期待着在接下来的学习中，能真正通过这些详尽的指导，把理论知识转化为可靠的实验结果。

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