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《化学技能构建者 2000》图书简介 主题： 深入理解与实践有机合成、分析化学及计算化学基础，旨在培养扎实的化学实验技能和解决复杂化学问题的能力。 目标读者： 专注于化学工程、药物化学、材料科学等领域的高年级本科生、研究生，以及在工业和学术研究机构中寻求提升核心化学技能的专业人士。 --- 第一部分：有机合成策略与高级技术 本册内容聚焦于现代有机合成领域的前沿技术和经典反应的深度剖析。我们不满足于对基本官能团转化的简单罗列，而是深入探讨反应的机理、立体选择性控制，以及如何设计高效、原子经济性的合成路线。 第一章：不对称催化与手性构建 本章详细介绍了当前最热门的手性催化体系。内容涵盖： 1. 过渡金属催化的不对称氢化反应： 对不同配体（如BINAP衍生物、DuPHOS类配体）如何影响对映选择性的机理进行了详尽的建模分析。重点讨论了铱（Ir）和铑（Rh）催化剂在烯烃和亚胺不对称氢化中的应用实例，包括工业化生产中的挑战与优化策略。 2. 有机小分子催化（Organocatalysis）： 深入解析了脯氨酸及其衍生物在Aldol反应、Michael加成中的作用机理，并扩展到硫脲和手性胺催化剂在构建复杂骨架中的应用。尤其关注了非共价键相互作用（氢键）如何精确调控过渡态能量，实现高选择性。 3. 酶促反应的应用： 介绍了生物催化在实现高难度区域和立体选择性转化中的潜力，特别是脂肪酶、氧化还原酶在制药中间体合成中的实际案例分析。 第二章：C-H键活化：合成的终极目标 C-H键活化是二十一世纪有机合成的核心突破。本章系统梳理了从早期钯（Pd）催化的导向基团辅助C-H官能团化，到最新的无导向基团C-H活化的发展历程。 导向基团的设计与优化： 详细分析了吡啶、酰胺等导向基团的配位模式与“口袋效应”，如何引导金属中心选择性地攻击特定的C-H键。 惰性C-H键的选择性氧化： 重点讨论了光氧化还原催化和电化学方法在温和条件下实现高选择性C-H氧化（如芳香环、脂肪族C(sp³)-H）的最新进展。 多金属协同催化： 探讨了如何利用两种或多种金属中心（如Pd/Ru或Pd/Cu）的协同作用，突破单一金属催化剂的限制，实现一步法构建复杂分子结构。 第三章：复杂天然产物的全合成策略 本章通过剖析几个具有挑战性的天然产物全合成路线，展示了将理论知识转化为实际合成方案的全过程。选取的案例（如Epothilone、Marine Alkaloids）均要求高度的官能团兼容性、多步反应的稳定性和苛刻的立体控制。 逆合成分析的高级应用： 强调如何利用断裂点（Disconnection）策略，识别关键的、高效的中间体，并评估不同合成路径的“化学效率”（Chemical Efficiency）和“步骤经济性”（Step Economy）。 关键环化反应的实现： 深入分析了分子内Diels-Alder反应、烯烃复分解（Grubbs/Schrock催化剂）以及关环复分解（RCM）在构建大环或多环骨架时的优化条件与适用范围。 --- 第二部分：高级分析化学与结构确证 本部分致力于超越基础的谱学知识，引导读者掌握利用先进分析手段对复杂化学体系进行精确量化和结构解析的能力。 第四章：高分辨质谱在代谢物分析中的应用 本章详细介绍了液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）在非靶向代谢组学和分离复杂混合物中的核心技术。 1. 数据采集与解析： 重点讲解了Orbitrap和TOF等高分辨率仪器的工作原理，以及如何利用准确质量数（Accurate Mass）和同位素分布模式进行分子式推断。 2. 碎片化（Fragmentation）模式的深入理解： 结合碰撞诱导解离（CID）和高能碰撞解离（HCD）技术，分析了不同官能团在MS/MS谱中的特征性碎片离子，以及如何通过MS³数据辅助未知物的结构解析。 3. 定量分析的校准与内标法： 阐述了稳定同位素标记内标（SIL-IS）在消除矩阵效应、确保定量准确性方面的关键作用。 第五章：二维核磁共振（2D NMR）的高效应用 本章将读者带入现代核磁共振的实践前沿，特别侧重于固态及溶液态复杂分子的结构解析。 COSY, TOCSY, NOESY/ROESY的综合运用： 不仅讲解了谱图的解释，更侧重于如何利用这些实验的组合来确定长链分子或大分子的连接性和空间邻近性。 HSQC/HMBC在确定连接性和取代模式中的作用： 特别是在确定复杂天然产物或聚合物分支点时的应用流程。 固体核磁共振（SSNMR）技术： 介绍了魔角旋转（MAS）技术、脉冲序列设计，以及在分析非晶态、结晶性材料（如多晶型药物、沸石）中的结构信息提取。 --- 第三部分：计算化学与虚拟筛选导论 本部分为读者提供了将计算工具融入实验化学工作的蓝图，重点关注如何利用量子化学计算来预测反应路径和分子性质，指导合成设计。 第六章：密度泛函理论（DFT）在化学中的基础应用 本章为入门DFT计算的实践指南，强调理论计算如何作为实验的有力补充。 1. 基组选择与泛函的评估： 讨论了B3LYP、PBE0等常用泛函在预测分子几何结构、振动频率和电子性质时的适用性与局限性。 2. 过渡态（TS）的识别与验证： 详细介绍了如何通过优化计算和振动分析来确认鞍点是否为真正的过渡态，以及如何计算反应的活化能垒。 3. 溶剂效应模型的选择： 对隐式溶剂模型（如PCM、SMD）在模拟溶液中反应和稳定性的准确性进行了评估与比较。 第七章：分子对接与药物化学初步 本章引入计算化学在药物发现流程中的应用，重点介绍如何利用分子对接技术预测配体与靶点蛋白的相互作用。 蛋白质结构的预处理： 讲解了如何使用软件（如PyMOL, VMD）对PDB文件进行清洁、加氢和电荷分配，为对接准备合适的受体结构。 对接算法与评分函数： 阐述了遗传算法、模拟退火等核心算法的原理，并批判性地评估了当前评分函数（Scoring Functions）在预测结合自由能时的精度和偏差。 构象搜索与采样： 讨论了如何通过分子动力学模拟（MD）来验证对接结果的稳定性，并探索更广阔的优势构象空间。 --- 总结： 《化学技能构建者 2000》旨在打破实验与理论之间的壁垒，提供一套集成化的化学技能训练框架。通过对前沿合成方法、尖端分析技术和计算工具的深入学习，读者将能够以更高效、更精准的方式解决当今化学研究中遇到的复杂挑战。本书的结构设计确保了从基础原理到高级实践的平滑过渡，是化学专业人员提升核心竞争力的必备工具书。
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