Спектроскопия ядерного магнитного резонанса фтора-19 ( ЯМР фтора или 19 F ЯМР ) - это аналитический метод, используемый для обнаружения и идентификации фторсодержащих соединений. 19 F является важным ядром для ЯМР-спектроскопии из-за его восприимчивости и большой дисперсии химического сдвига , которая больше, чем у протонной спектроскопии ядерного магнитного резонанса . [1] [2] [3]
Подробности работы
19 F имеет ядерный спин (I) 1 ⁄ 2 и высокое гиромагнитное отношение . Следовательно, этот изотоп очень чувствителен к измерениям ЯМР. Кроме того, 19 F содержит 100% встречающегося в природе фтора. Единственный другой высокочувствительный спин 1 ⁄ 2 ЯМР-активных ядра, которые являются моноизотопными (или почти такими), являются 1 H и 31 P. [4] [a] Действительно,ядро 19 F является третьим наиболее восприимчивым ядром ЯМР послеядра 3 H и 1 H ядро.
В 19 F ЯМР химические сдвиги охватывают диапазон приблизительно 800 частей на миллион. Для получения органа соединений фтора диапазон является более узким, будучи приблизительно От -50 до -70 ppm (для групп CF 3 ) до -200 до -220 ppm (для групп CH 2 F). Очень широкий спектральный диапазон может вызвать проблемы при записи спектров, такие как плохое разрешение данных и неточная интеграция.
Также можно записывать разделенные спектры 19 F { 1 H} и 1 H { 19 F} и корреляции множественных связей 19 F- 13 C HMBC и космические спектры HOESY.
Химические сдвиги
Химические сдвиги 19 F ЯМР в литературе сильно различаются, обычно более чем на 1 ppm, даже в пределах одного и того же растворителя. [5] Хотя эталонное соединение для 19 F ЯМР-спектроскопии, чистый CFCl 3 (0 ppm), [6] используется с 1950-х годов, [7] четких инструкций по его измерению и использованию в обычных измерениях не было до совсем недавно. [5] Исследование факторов, влияющих на химический сдвиг в спектроскопии ЯМР фтора, показало, что наибольшее влияние оказывает растворитель (Δδ = ± 2 ppm или более). [5] Была подготовлена справочная таблица для конкретных растворителей с 5 внутренними справочными соединениями ( CFCl 3 , C 6 H 5 F , PhCF 3 , C 6 F 6 и CF 3 CO 2 H ), чтобы обеспечить воспроизводимое сопоставление с точностью Δδ. = ± 30 частей на миллиард. [5] Поскольку на химический сдвиг CFCl 3 также влияет растворитель, необходимо соблюдать осторожность при использовании растворенного CFCl 3 в качестве эталонного соединения в отношении химического сдвига чистого CFCl 3 (0 ppm). [5] Пример химических сдвигов, определенных для чистого CFCl 3 : [5]
CFCl 3 | C 6 H 5 F | PhCF 3 | С 6 Ж 6 | CF 3 CO 2 H | |
---|---|---|---|---|---|
Растворитель | [частей на миллион] | [частей на миллион] | [частей на миллион] | [частей на миллион] | [частей на миллион] |
CDCl 3 | 0,65 | -112,96 | -62,61 | -161,64 | -75,39 |
CD 2 Cl 2 | 0,02 | -113,78 | -62,93 | -162,61 | -75,76 |
С 6 Д 6 | -0,19 | -113,11 | -62,74 | -163,16 | -75,87 |
Ацетон- d 6 | -1,09 | -114,72 | -63,22 | -164,67 | -76,87 |
Полный список химических сдвигов эталонных 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 химического сдвига
Химические сдвиги 19 F ЯМР предсказать труднее, чем сдвиги 1 H ЯМР. В частности, сдвиги ЯМР 19 F сильно зависят от вкладов электронных возбужденных состояний, тогда как сдвиги ЯМР 1 H преобладают за счет диамагнитных вкладов. [8]
Фторметильные соединения
-Р | δ (частей на миллион) |
---|---|
ЧАС | -78 |
CH 3 | -62 |
Канал 2 Кан 3 | -70 |
CH 2 NH 2 | -72 |
СН 2 ОН | -78 |
CH = CH 2 | -67 |
C = CH | -56 |
CF 3 | -89 |
CF 2 CF 3 | -83 |
F | -63 |
Cl | -29 |
Br | -18 |
я | -5 |
ОЙ | -55 |
NH 2 | -49 |
SH | -32 |
C (= O) Ph | -58 |
С (= O) CF 3 | -85 |
С (= О) ОН | -77 |
С (= O) F | -76 |
С (= О) ОСН 2 СН 3 | -74 |
-Р | δ (частей на миллион) |
---|---|
ЧАС | -144 |
CH 3 | -110 |
Канал 2 Кан 3 | -120 |
CF 3 | -141 |
CF 2 CF 3 | -138 |
С (= О) ОН | -127 |
-Р | δ (частей на миллион) |
---|---|
ЧАС | -268 |
CH 3 | -212 |
Канал 2 Кан 3 | -212 |
СН 2 ОН | -226 |
CF 3 | -241 |
CF 2 CF 3 | -243 |
С (= О) ОН | -229 |
Фторалкены
Для виниловых фторсодержащих заместителей следующая формула позволяет оценить химический состав 19 F:
Заместитель R | Z цис | Z транс | Z драгоценный камень |
---|---|---|---|
-ЧАС | -7,4 | -31,3 | 49,9 |
-CH 3 | -6,0 | -43,0 | 9,5 |
-CH = CH 2 | --- | --- | 47,7 |
-Ph | -15,7 | -35,1 | 38,7 |
-CF 3 | -25,3 | -40,7 | 54,3 |
-F | 0 | 0 | 0 |
-Cl | -16,5 | -29,4 | --- |
-Br | -17,7 | -40,0 | --- |
-Я | -21,3 | -46,3 | 17,4 |
-OCH 2 CH 3 | -77,5 | --- | 84,2 |
Заместитель | Заместитель | S цис / транс | S цис / драгоценный камень | S транс / драгоценный камень |
---|---|---|---|---|
-ЧАС | -ЧАС | -26,6 | --- | 2,8 |
-ЧАС | -CF 3 | -21,3 | --- | --- |
-ЧАС | -CH 3 | --- | 11,4 | --- |
-ЧАС | -OCH 2 CH 3 | -47,0 | --- | --- |
-ЧАС | -Ph | -4,8 | --- | 5.2 |
-CF 3 | -ЧАС | -7,5 | -10,6 | 12,5 |
-CF 3 | -CF 3 | -5,9 | -5,3 | -4,7 |
-CF 3 | -CH 3 | 17.0 | --- | --- |
-CF 3 | -Ph | -15,6 | --- | -23,4 |
-CH 3 | -ЧАС | --- | -12,2 | --- |
-CH 3 | -CF 3 | --- | -13,8 | -8,9 |
-CH 3 | -Ph | --- | -19,5 | -19,5 |
-OCH 2 CH 3 | -ЧАС | -5,1 | --- | --- |
-Ph | -ЧАС | --- | --- | 20,1 |
-Ph | -CF 3 | -23,2 | --- | --- |
Фторбензолы
При определении химических сдвигов 19 F ароматических атомов фтора, в частности фенилфторидов, существует другое уравнение, которое допускает приближение. Это уравнение, заимствованное из «Определения структуры органических соединений» [10] :
Заместитель | Z орто | Z мета | Z пара |
---|---|---|---|
-CH 3 | -3,9 | -0,4 | -3,6 |
-CH = CH 2 | -4,4 | 0,7 | -0,6 |
-F | -23,2 | 2.0 | -6,6 |
-Cl | -0,3 | 3.5 | -0,7 |
-Br | 7,6 | 3.5 | 0,1 |
-Я | 19,9 | 3,6 | 1.4 |
-ОЙ | -23,5 | 0 | -13,3 |
-OCH 3 | -18,9 | -0,8 | -9,0 |
-NH 2 | -22,9 | -1,3 | -17,4 |
-НО 2 | -5,6 | 3.8 | 9,6 |
-CN | 6.9 | 4.1 | 10.1 |
-SH | 10.0 | 0,9 | -3,5 |
-CH (= O) | -7,4 | 2.1 | 10,3 |
-C (= O) CH 3 | 2,5 | 1,8 | 7,6 |
-C (= O) ОН | 2.3 | 1.1 | 6.5 |
-C (= O) NH 2 | 0,5 | -0,8 | 3,4 |
-С (= О) ОСН 3 | 3.3 | 3.8 | 7.1 |
-C (= O) Cl | 3,4 | 3.5 | 12,9 |
Приведенные выше данные являются репрезентативными только для некоторых тенденций и молекул. С другими источниками и таблицами данных можно ознакомиться для более полного списка тенденций химических сдвигов 19 F. Следует отметить, что исторически большинство литературных источников изменили соглашение об использовании негативов. Поэтому остерегайтесь знаков значений, указанных в других источниках. [8]
Спин-спиновая связь
19 F - 19 F константы связи , как правило , больше , чем 1 Н- 1 Н константы связи. Обычно наблюдается дальнодействующая связь 19 F - 19 F ( 2 Дж, 3 Дж, 4 Дж или даже 5 Дж). Как правило, чем больше диапазон муфты, тем меньше значение. [11] Водород соединяется с фтором, что очень типично для спектра 19 F. Для геминального водорода константы взаимодействия 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 справочных материалов по значениям констант связи. [11] Ссылки включены ниже.
Магнитно-резонансная томография
19 F Магнитно-резонансная томография (МРТ) - жизнеспособная альтернатива 1 H МРТ. Проблемы чувствительности можно решить с помощью мягких наночастиц. Применение включает контрастные вещества, реагирующие на pH, температуру, ферменты, ионы металлов и окислительно-восстановительные . Их также можно использовать для долгосрочной маркировки клеток. [12]
Заметки
Рекомендации
- ^ Кларидж, Тимоти (2016). Методы ЯМР высокого разрешения в органической химии . Оксфорд, Великобритания: Эльзевир. С. 428–429. ISBN 978-0-08-099986-9.
- ^ Martino, R .; Gilard, V .; Малет-Мартино, М. (2008). ЯМР-спектроскопия в фармацевтическом анализе . Бостон: Эльзевир. п. 371. ISBN. 978-0-444-53173-5.
- ^ H. Friebolin "Основная одномерная и двумерная спектроскопия ЯМР", Wiley-VCH, Weinheim, 2011. ISBN 978-3-527-32782-9
- ^ См. Харрис, Робин Кингсли и Манн, Брайан Э .; ЯМР и таблица Менделеева , стр. 13 ISBN 0123276500
- ^ Б с д е е г ч 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. DOI : 10.1002 / anie.201802620 . ISSN 1433-7851 . PMID 29663671 .
- ^ Харрис, РК (2001). «Номенклатура ЯМР. Ядерные спиновые свойства и условные обозначения для химических сдвигов (Рекомендации ИЮПАК 2001 г.)». Чистая и прикладная химия . 73 (11): 1795–1818. DOI : 10,1351 / pac200173111795 .
- ^ Х., Дунган, Клод (1970). Обобщение представленных F 19 химических сдвигов ЯМР, 1951 до середины 1967 года . Ван Вейзер, Джон Р. Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 0471226505. OCLC 88883 .
- ^ а б Сильверштейн, Роберт М .; Вебстер, Фрэнсис X .; Кимле, Дэвид Дж. (2005). Спектрометрическая идентификация органических соединений (7-е изд.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc. стр. 323 -326. ISBN 978-0-471-39362-7.
- ^ Джеттон, RE; Нэнни, младший; Mahaffy, CAL. Предсказаниеположений сигналов 19 F ЯМР фторалкенов с использованием статистических методов, J. Fluorine Chem. 1995 , 72 , 121.
- ^ а б в 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.
- ^ a b c Dolbier, WR (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
- ^ Германн, Петр; Блахут, Ян; Котек, Ян; Геринек, Вит (2021). «Глава 8. Парамагнитные зонды ионов металлов для магнитно-резонансной томографии 19 F». Ионы металлов в методах био-визуализации . Springer. С. 239–270. DOI : 10.1515 / 9783110685701-014 .