用台式19F NMR评价含氟有机化合物

19核磁共振为含氟化合物的分析组带来了一个新的维度。更宽的化学位移范围¹⁹核磁共振使其能够分解每个含氟官能团和通常变化幅度较大的¹H -¹⁹F和¹⁹F -¹⁹F耦合更能说明结构效应。分析也简化了高分辨共振线和一阶耦合。

介绍

氟(¹⁹F)在农业化学、制药和药物化学中扮演着不可或缺的角色，因为明智地将氟原子置于分子中可以对其物理和化学性质产生重大影响。取代一个氢(¹H)含氟原子，单个氟原子核引起的电子撤退和感应场效应是非常强烈的，影响一些性质，如极性、亲脂性和酸度。

图1显示了具有不同程度氟化和结构复杂性的含氟有机化合物的例子。基于氟的生物活性农用化学品和药物化合物通常是“轻微”氟化的，并含有一个或几个含氟取代基。然而，电子液体是化学惰性的低聚全氟化合物，通常用于低温传热应用或作为润滑剂。

图1．本研究中使用的含氟有机化合物的化学结构。(1)氟苯;(2) 4-fluorobenzyl溴化;(3) [4 - (trifluoromethyl)苯基]methanamine;(4)全氟正丁基乙烯，商品名Zonyl^®PFBE;(5) 2H, 3h -十氟戊烷，商品名Vertrel^®XF。

后¹H和¹³C,¹⁹F是核磁共振谱学中研究最多的核素之一。¹⁹F NMR提供了一些优势:

1. 对于轻氟化的生物活性分子，相当少的氟原子产生较少的信号，使光谱易于解释。
2. 氟与其他元素的结合力很强¹⁹F核素在六个键之外，也与相邻的碳原子和¹H核。因此,由此产生的¹⁹核磁共振光谱在分子结构和相关化学环境方面数据丰富。
3. 的¹⁹由于自旋-自旋耦合遵循n+1规则的多重性，F NMR谱通常是一阶的。
4. ¹⁹F是元素周期表上电负性最强的元素，表现出很大的频散(从- 300ppm到400ppm)，导致了相当大的化学位移¹⁹F谱比¹同时，峰重叠的概率也显著降低。

为了显示财富¹⁹F谱数据，本文提出¹⁹用Thermo Fisher Scientific picoSpin 80获得的一系列市售含氟有机化合物的F NMR谱¹⁹F NMR谱仪。

实验

picoSpin 80核磁共振谱仪-脉冲傅里叶变换¹⁹F核磁共振永磁体仪器集成了毛细管筒式探头-用于获取光谱。为了获得最高的灵敏度，将光谱仪调整到77 MHz的氟拉莫尔频率。光谱仪的毛细管筒配备了微流体出口和进口连接器，使液体样品注入光谱仪的射频线圈。特氟龙/石英毛细管的总流道容积为40微升(μL)管构成流体路径。通过手动注射，用22号钝头针头和一次性1ml注射器注入液体样本。作为内移基准，六氟苯(HFB, C₆F₆)以1% (v/v)的浓度加入氟化样品中。作为一种高氟密度化合物，HFB提供了一个强有力的氟信号，化学位移值为- 164ppm。由于氟化合物需要溶解度和大位移分散，其他参考化合物也被用来捕捉整个范围的潜在化学位移。这些化合物包括三氟乙酸乙酯(-75.8 ppm)、三氟乙酸(-76.2 ppm)、三氟甲基苯(-63.2 ppm)和三氯氟甲烷(0 ppm)。

采集光谱时采用以下采集参数:

• 90°射频激励脉冲
• 采集时间为1000毫秒
• 10秒的回收延迟

大的化学位移弥散¹⁹通过调整谱宽，获得了F谱。采用信号平均法获取所有光谱。然后，生成的光谱数据以JCAMP-DX文件格式存储，随后通过输入MestreLab Research的Mnova™NMR分析程序进行处理。对所有光谱进行标准化数据处理，主要包括零填充、指数变迹滤波和相位校正。

结果与讨论

轻氟化合物的例子

图2显示了¹⁹一个三氟甲基取代苯甲胺和两个单取代芳香族氟有机化合物的核磁共振谱。芳香族环上的氟取代基吸收在同一区域，即- 200ppm到- 100ppm之间。这是因为苯环中的环电流造成的屏蔽区对氟原子没有重大影响。芳香的经历^3.J_跳频和⁴J_跳频偶联被一氟改变为环质子，导致复杂但独特的多胞胎。相比之下，三氟甲基(CF_3.)在化合物3中似乎是单线的。

图2。完整的¹⁹氟苯(化合物1)、4-氟苯溴(化合物2)和[4-(三氟甲基)苯基]甲基胺(化合物3)的核磁共振谱。

必须指出的是J耦合是一种间接的、通过键的标量耦合，发生在自旋相似的核之间。将耦合核隔开的键数用前面的上标表示J例如,术语²J，^3.J,或⁴J．此外,^3.J耦合通常见于¹氢核磁共振，而偶联2-6键是常见的¹⁹F NMR。耦合在一起的核的类型由下标表示，例如，J_HH，J_FF,或J_跳频．耦合常数提供了哪些原子核彼此接近的重要信息。未耦合核的信号强度被耦合核分裂，产生多重态信号。明确定义的多重性，在一阶耦合中遵循n+1规则，表示相邻耦合核的数目，n。

一个氟调聚物的例子

氟调聚物是氟碳基低聚物的一个例子，是通过自由基聚合生产的。由于它们的亲脂性，它们被广泛地用作阻燃剂和非导电涂料。由于氟调聚物被用作表面活性剂，它们形成了环境中普遍存在的许多全氟羧酸的基础。

全氟正丁基乙烯化合物是一种含氟调聚物中间体，以商品名销售

Zonyl^®PFBE。它包括一个氟碳主链和一个乙烯官能团。氟峰具有较高的光谱分辨率，使得结构测定和多重谱分析相对容易，如图3所示。

图3。完整的¹⁹全氟正丁基乙烯的核磁共振谱。插图:单个峰值分裂模式的多重分析，频谱上覆盖着j耦合树和耦合常数。

插图演示了J-耦合树的定义良好的多重峰(峰4、峰5和峰6)^3.J_FF耦合常数具有对称、线性、伯和仲氟烷基基团的预测大小。在峰3的情况下，氟原子与附近的质子耦合(^3.J_跳频)在C_3.位置影响这个位置的对称性，导致定义良好的多重态的损失。

氢氟碳的一个例子

广泛的应用，如润滑剂，传热流体，精密和光学清洁利用氢氟碳(HFC)电子流体。的¹H和¹⁹特殊液体二氢，三氢十氟戊烷的F谱分别如图4和图5所示。2H, 3hdecaforpentane是由杜邦™以商标Vertrel销售的^®XF。

在¹H谱图如图4所示，除H-H耦合外^3.J_HH，两个质子都经历强¹H -¹⁹F双联轴器(²J_跳频；自旋1 / 2核耦合到同一碳中心)与氟的耦合，也经历邻近耦合(^3.J_跳频；在邻近的碳中心上的自旋½核的耦合)到附近的氟原子，产生复杂的多重态分裂模式。由于质子取代在C位置的不对称性，使这个图形变得更加复杂₂和C_3.这两个质子的化学位移有些不同。然后对分裂模式进行多重分析，这表明adddd类,²J_跳频耦合常数43.4 Hz。

图4。完整的¹2,3H-十氟戊烷(C₅H₂F₁₀；齐整)与TMS添加作为化学位移参考。多重分析的分裂模式揭示了一个dddd类;一个j耦合树和耦合常数覆盖在光谱上。

图5显示了¹⁹F光谱中，伯烷基和仲烷基氟化物沿碳主链的屏蔽范围大不相同，覆盖-220 ppm至-75 ppm之间，因此能够对个别氟基团进行单独分析。强烈的双性的确认²J_跳频耦合见于¹H谱是对氟原子在C点的复杂分裂模式的多重谱分析₂和C_3.位置(插入峰2和峰3)。

图5。完整的¹⁹二氢，三氢十氟戊烷(C₅H₂F₁₀；整洁)与C₆F₆添加为化学位移参考。插图:化学位移区域的扩展视图，显示出复杂的、多重态分裂模式²J_跳频和^3.J_跳频耦合和分子不对称。j耦合树和耦合常数覆盖在光谱上。

结论

¹H和¹³在结构测定中，碳核磁共振与氟-19核磁共振相辅。更宽的化学位移范围¹⁹核磁共振使克服每一个含氟官能团成为可能，而常规的变化幅度很大¹H -¹⁹F和¹⁹F -¹⁹F耦合提供了对结构效应的更好理解。分析也简化了高分辨共振线和一阶耦合。总的来说,¹⁹核磁共振给含氟化合物的分析组带来了一个新的维度。

这些信息来源于赛默费雪科学材料与结构分析公司提供的材料。亚博网站下载

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