Спектроскопия ядерного магнитного резонанса фтора-19 - Fluorine-19 nuclear magnetic resonance spectroscopy

Спектр ЯМР 19F простого органического соединения. Интеграции показаны под каждым пиком.
Спектр ЯМР 19F 1-бром-3,4,5-трифторбензола. Расширение показывает спин-спиновая связь закономерность, возникающая в результате взаимодействия пара-фтора с ядрами 2 мета-фтора и 2 орто-протонов.

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса фтора-19 (фтор ЯМР или же 19F ЯМР) - это аналитический метод, используемый для обнаружения и идентификации фторсодержащих соединений. 19F - важное ядро ​​для ЯМР-спектроскопия из-за его восприимчивости и большого химический сдвиг дисперсия, которая больше, чем у протонный ядерный магнитный резонанс спектроскопия.[1][2][3]

Подробности работы

19F имеет ядерное вращение (I) ½ и высокий гиромагнитное отношение. Следовательно, это изотоп очень чувствителен к измерениям ЯМР. Более того, 19F содержит 100% встречающегося в природе фтора. Единственные другие высокочувствительные ядра со спиновой ½ ЯМР-активностью, которые являются моноизотопными (или почти такими), - это 1Рука 31П.[4][а] Действительно, 19Ядро F является третьим наиболее восприимчивым ядром ЯМР после 3Ядро H и 1Ядро H.

В 19Химические сдвиги F ЯМР охватывают диапазон ок. 800 частей на миллион. За органосоединений фтора диапазон более узкий, ок. От -50 до -70 частей на миллион (для CF3 групп) от -200 до -220 ppm (для CH2F группы). Очень широкий спектральный диапазон может вызвать проблемы при записи спектров, такие как плохое разрешение данных и неточная интеграция.

Также можно записывать развязанные 19F {1Рука 1ЧАС{19F} спектры и корреляции множественных связей 19F-13C HMBC и через космические HOESY-спектры.

Химические сдвиги

19Химические сдвиги F ЯМР в литературе сильно различаются, обычно более 1 ppm, даже в пределах одного и того же растворителя.[5] Хотя эталонное соединение для 19Спектроскопия ЯМР F, чистая CFCl3 (0 частей на миллион),[6] используется с 1950-х годов,[7] До недавнего времени не было четких инструкций по измерению и использованию в обычных измерениях.[5] Исследование факторов, влияющих на химический сдвиг в спектроскопии ЯМР фтора, показало, что растворитель оказывает наибольшее влияние (Δδ = ± 2 ppm или более).[5] Была подготовлена ​​справочная таблица для конкретных растворителей с 5 соединениями внутреннего стандарта (CFCl3, C6ЧАС5F, PhCF3, C6F6 и CF3CO2ЧАС ) для обеспечения воспроизводимой привязки с точностью Δδ = ± 30 частей на миллиард.[5] Поскольку химический сдвиг CFCl3 также зависит от растворителя, следует соблюдать осторожность при использовании растворенного CFCl3 в качестве эталонного соединения в отношении химического сдвига чистого CFCl3 (0 частей на миллион).[5] Пример химических сдвигов по сравнению с чистым CFCl3:[5]

Выдержка из справочной таблицы для чистого CFCl3 [частей на миллион]
CFCl3C6ЧАС5FPhCF3C6F6CF3CO2ЧАС
Растворитель[частей на миллион][частей на миллион][частей на миллион][частей на миллион][частей на миллион]
CDCl30.65-112.96-62.61-161.64-75.39
CD2Cl20.02-113.78-62.93-162.61-75.76
C6D6-0.19-113.11-62.74-163.16-75.87
Ацетон-d6-1.09-114.72-63.22-164.67-76.87

Полный список химических сдвигов стандартных соединений в 11 дейтерированных растворителях можно найти в цитированной литературе.[5]

Также недавно был предоставлен краткий список химических сдвигов более 240 фторированных химикатов с соответствующими ссылками.[5]

Прогнозирование химических сдвигов

19Химические сдвиги F ЯМР предсказать сложнее, чем 1Сдвиги ЯМР 1Н. Конкретно, 19На сдвиги ЯМР F сильно влияют вклады от электронных возбужденных состояний, тогда как 1В сдвигах ЯМР 1Н преобладают диамагнитные вклады.[8]

Фторметильные соединения

19F Химические сдвиги F3C-R группы
-Рδ (частей на миллион)
ЧАС-78
CH3-62
CH2CH3-70
CH2NH2-72
CH2ОЙ-78
CH = CH2-67
C=CH-56
CF3-89
CF2CF3-83
F-63
Cl-29
Br-18
я-5
ОЙ-55
NH2-49
SH-32
C (= O) Ph-58
C (= O) CF3-85
С (= О) ОН-77
С (= O) F-76
C (= O) OCH2CH3-74
19F Химические сдвиги F2Группы CH-R
-Рδ (частей на миллион)
ЧАС-144
CH3-110
CH2CH3-120
CF3-141
CF2CF3-138
С (= О) ОН-127
19F Химические сдвиги FH2C-R группы
-Рδ (частей на миллион)
ЧАС-268
CH3-212
CH2CH3-212
CH2ОЙ-226
CF3-241
CF2CF3-243
С (= О) ОН-229

Фторалкены

Для виниловых заместителей фтора следующая формула позволяет оценить 19F химические соединения:

где Z - статистический химический сдвиг заместителя (SSCS) для заместителя в указанном положении, а S - коэффициент взаимодействия.[9] Некоторые типичные значения для использования в этом уравнении представлены в таблице ниже:[10]

Значения SSCS для фторалкеновых заместителей
Заместитель RZСНГZтрансZсамоцвет
-ЧАС-7.4-31.349.9
-CH3-6.0-43.09.5
-CH = CH2------47.7
-Ph-15.7-35.138.7
-CF3-25.3-40.754.3
-F000
-Cl-16.5-29.4---
-Br-17.7-40.0---
-Я-21.3-46.317.4
-OCH2CH3-77.5---84.2
Факторы взаимодействия флуроалкеновых заместителей
ЗаместительЗаместительSцис / трансSцис / драгоценный каменьSтранс / драгоценный камень
-ЧАС-ЧАС-26.6---2.8
-ЧАС-CF3-21.3------
-ЧАС-CH3---11.4---
-ЧАС-OCH2CH3-47.0------
-ЧАС-Ph-4.8---5.2
-CF3-ЧАС-7.5-10.612.5
-CF3-CF3-5.9-5.3-4.7
-CF3-CH317.0------
-CF3-Ph-15.6----23.4
-CH3-ЧАС----12.2---
-CH3-CF3----13.8-8.9
-CH3-Ph----19.5-19.5
-OCH2CH3-ЧАС-5.1------
-Ph-ЧАС------20.1
-Ph-CF3-23.2------

Фторбензолы

При определении 19Для химических сдвигов ароматических атомов фтора, в частности фенилфторидов, есть еще одно уравнение, которое допускает приближение. Взято из «Определение структуры органических соединений»,[10] это уравнение:

где Z - значение SSCS для заместителя в данном положении относительно атома фтора. Некоторые типичные значения для использования в этом уравнении представлены в таблице ниже:[10]

Значения SSCS для фторбензольных заместителей
ЗаместительZортоZметаZпараграф
-CH3-3.9-0.4-3.6
-CH = CH2-4.40.7-0.6
-F-23.22.0-6.6
-Cl-0.33.5-0.7
-Br7.63.50.1
-Я19.93.61.4
-ОЙ-23.50-13.3
-OCH3-18.9-0.8-9.0
-NH2-22.9-1.3-17.4
-НЕТ2-5.63.89.6
-CN6.94.110.1
-SH10.00.9-3.5
-CH (= O)-7.42.110.3
-C (= O) CH32.51.87.6
-С (= О) ОН2.31.16.5
-C (= O) NH20.5-0.83.4
-C (= O) OCH33.33.87.1
-C (= O) Cl3.43.512.9

Приведенные выше данные являются репрезентативными только для некоторых тенденций и молекул. Для получения более полного списка тенденций в 19F химические сдвиги. Следует отметить, что исторически большинство литературных источников изменили соглашение об использовании негативов. Поэтому будьте осторожны со знаком значений, указанных в других источниках.[8]

Спин-спиновая связь

19F-19Константы связи F обычно больше, чем 1ЧАС-1Константы взаимодействия H. Большой диапазон 19F-19Муфта F, (2J, 3J, 4J или даже 5J) обычно наблюдаются. Как правило, чем больше диапазон муфты, тем меньше значение.[11] Пары водорода с фтором, что очень типично для 19Спектр F. С геминальным водородом константы связи могут достигать 50 Гц. Другие ядра могут соединяться с фтором, однако этого можно избежать, проведя эксперименты с независимой связью. Обычно ЯМР фтора проводят с развязкой как от углерода, так и от протона. Атомы фтора также могут соединяться друг с другом. Между атомами фтора константы гомоядерного взаимодействия намного больше, чем с атомами водорода. Геминальный фтор обычно имеет J-значение 250-300 Гц.[11] Есть много хороших ссылок на значения констант связи.[11] Цитаты включены ниже.

Приложения

Наиболее часто 19Спектроскопия ЯМР F используется для анализа структуры фторорганические соединения. Репрезентативными целями этого метода являются многие фармацевтические препараты, содержащие связи C-F. Этот метод также используется для анализа фторидных солей.[12]

Примечания

  1. ^ Ядра 89Y, 103Rh и 169Тм также являются моноизотопными и имеют спин ½, но имеют очень низкие магнитные отношения.

Рекомендации

  1. ^ Кларидж, Тимоти (2016). Методы ЯМР высокого разрешения в органической химии. Оксфорд, Великобритания: Elsevier. С. 428–429. ISBN  978-0-08-099986-9.
  2. ^ Martino, R .; Gilard, V .; Малет-Мартино, М. (2008). ЯМР-спектроскопия в фармацевтическом анализе. Бостон: Эльзевир. п. 371. ISBN  978-0-444-53173-5.
  3. ^ Х. Фриболин "Основы одномерной и двумерной ЯМР-спектроскопии", Wiley-VCH, Weinheim, 2011. ISBN  978-3-527-32782-9
  4. ^ См. Харрис, Робин Кингсли и Манн, Брайан Э .; ЯМР и таблица Менделеева, п. 13 ISBN  0123276500
  5. ^ а б c d е ж грамм час Розенау, Карл Филипп; Jelier, Benson J .; Gossert, Alvar D .; Тонни, Антонио (16.05.2018). «Выявление истоков невоспроизводимости в ЯМР-спектроскопии фтора». Angewandte Chemie International Edition. 57 (30): 9528–9533. Дои:10.1002 / anie.201802620. ISSN  1433-7851. PMID  29663671.
  6. ^ Харрис, Р. (2001). «Номенклатура ЯМР. Ядерные спиновые свойства и условные обозначения для химических сдвигов (Рекомендации ИЮПАК 2001 г.)». Чистая и прикладная химия. 73 (11): 1795–1818. Дои:10.1351 / pac200173111795.
  7. ^ Х., Дунган, Клод (1970). Сборник данных о химических сдвигах F¹⁹ ЯМР с 1951 по середину 1967 г.. Ван Вейзер, Джон Р. Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN  0471226505. OCLC  88883.
  8. ^ а б Сильверштейн, Роберт М .; Вебстер, Фрэнсис X .; Кимле, Дэвид Дж. (2005). Спектрометрическая идентификация органических соединений (7-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр.323 –326. ISBN  978-0-471-39362-7.
  9. ^ Jetton, R.E .; Nanney, J.R .; Mahaffy, C.A.L. Предсказание 19Положения сигналов фторалкенов F ЯМР с использованием статистических методов, J. Fluorine Chem. 1995, 72, 121.
  10. ^ а б c Преч, Эрнё; Бюльманн, Филипп; Бадерчер, Мартин (2009). Определение структуры органических соединений (4-е изд.). Берлин, Германия: Springer. стр.243 –259. ISBN  978-3-540-93809-5.
  11. ^ а б c Долбиер, В. Р. (2009) Обзор ЯМР фтора, в Руководстве по ЯМР фтора для химиков-органиков, John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, США. DOI: 10.1002 / 9780470483404.ch2
  12. ^ Gerken, M .; Boatz, J. A .; Корнат, А .; Haiges, R .; Schneider, S .; Schroer, T .; Кристе, К. О. «Сдвиги ЯМР 19F не являются показателем незащищенности фторид-аниона» Journal of Fluorine Chemistry (2002), 116 (1), 49-58. Дои:10.1016 / S0022-1139 (02) 00101-X