2009年8月3日 星期一

有機化學的基礎95 碳13核磁共振光譜(三)

1.       從碳13光譜中,計算一個分子有多少種類的碳原子存在,這是可以辦到的,但是,每一個訊號強度,只能大約與「有多少碳原子製造這些訊號」有關。

2.       每個波鋒的大小不同,原因是每種碳原子處在磁場中,為了取得平衡,在它們的二種(高、低)能階鬆弛擺盪的速率不同;這些速率接著又受到某個靠近的原子核的影響,並且傳導到分子的其它旋轉中心。

注:把不知道結構的分子放入磁場,分子裡面的有活磁性的碳原子核,會被周遭的電磁波激化進入高能階狀態,然後又釋出多餘的能量,回復到原本的低能階狀態,這樣周而復始,在二種能量狀態間波動,取得平衡;

被激化的原子,恢復到原本低能階狀態過程中會釋出能量,能量用波的形式展現,成為核磁共振儀測試到的訊號頻率。

3.       在討論核磁共振的時候,精確地找出造成這些現象的細節不是那麼必要,但是你必須了解,「13C NMR 13核磁共振光譜」的訊號強度,並不完全跟有多少個碳原子相關,訊號強度和碳原子數目,這二者沒有直接的關係

4.       一個「甲基」分子群的「碳」,它的訊號強度,常常弱於「亞甲基」(CH2)和「次甲基」(CH),但是強於「四級碳分子群的碳quaternary carbon(1個碳同時與4個碳鍵結,不與任何氫原子鍵結),四級碳的中心碳原子訊號很弱。

注:意思是,四級碳有很多的碳,但是訊號弱,甲基碳,只有1個碳,但是訊號強,所以訊號強弱和碳原子的數量沒有關係。

5.       13C NMR 13核磁共振光譜」有一些特殊的技術,可以偵測出與碳原子鍵結的氫原子群。研究那些技術怎麼運作超出這堂課的範圍,所以暫時不討論。

6.       把「每個取代基的化學位移」,和「每種取代基的碳13核磁共振訊號」,資訊結合起來,會對推定分子「結構」產生異想不到的貢獻。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry)

徐弘毅:

1.       學習西方科學,一定要貫通每個時代大師的思想。如果沒有辦法貫通,台灣就永遠落在西方大國的後面,沒有辦法與國際一流大學與企業的研發團隊競爭,不可能做出全新概念的研發,只能在別人已經領先的理論架構下做技術代工。

2.       怎麼貫通大師的思考邏輯?當我們研讀國際級教科書的時候,要了解作者邏輯推理的每一個步驟,為什麼先談色層分析,再談合磁共振?為什麼這個主題,用這種順序說明?

3.       除了細膩地推敲每一個環節,為了改變自己的慣性,甚至必需要實踐他們的生活方式,例如愛因斯坦會對猶太人的信仰生活進行強烈的批判;牛頓喜歡用白話文、用大眾都聽得懂的生活經驗,來說明物理學:被蘋果打到想出地心引力;大師的思想體系,是一切創新與研發的靈感來源。

4.       了解大師思考的過程,比找到答案更重要。在研究的過程中,有系統地歸類、分析、推理,比有沒有立刻得到正確答案更重要,因為,複雜的現實問題,往往牽涉很多環節,不可能一下子看出關連,必須把所有環節整理清楚之後,才有辦法解開問題的癥結。

5.       「訊號強度和碳原子數目,這二者沒有直接的關係。」為了說明這一點,作者舉一個例子,「甲基」分子群的「碳」,它的訊號強度,常常弱於「亞甲基」(CH2)和「次甲基」(CH),但是強於「四級碳分子群的碳」。

6.       在討論為什麼會有這個現象之前,作者先系統化分類,把幾個結構有相通性、相異性的例子,放在一起思考。

7.       「甲基」→1個碳、3個氫;「亞甲基」→1個碳、2個氫;「次甲基」→1個碳、1個氫。這三組例子的共通點,都是有「1個碳」,但是訊號強度卻不一樣,「甲基」的「碳」的訊號強度,常弱於「亞甲基」和「次甲基」的碳。這樣就可以證明,「訊號強度和碳原子數目,這二者沒有直接的關係。」

8.       「甲基」→1個碳與3個氫鍵結;「四級碳」分子群的「碳」→1個碳與4個碳鍵結。這二組例子最明顯的差異點碳的數量不一樣;多數的時候,碳比較多會有比較強的訊號,但是在這個例子,「甲基」的「碳」強於「四級碳」分子群的「碳」,碳比較多的地方,訊號比較弱。

9.       先分析清楚每一個步驟,再依據每一個環節的事實與道理思考,有許多問題需要準備超過數十年,才會有答案;然而,有更多的問題,是自己一生的時間都不夠找到答案,但是仍舊必須先整理清楚,為後來的人鋪路,這樣人類的未來才有希望。

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