stringtranslate.com

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса фтора-19

Образец спектра ЯМР 19F простого органического соединения. Интеграции показаны под каждым пиком.
Спектр ЯМР 19F 1-бром-3,4,5-трифторбензола. Расширение показывает картину спин-спиновой связи, возникающую из связи парафтора с 2 метафторидами и 2 ортопротонами.

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 спектроскопии ЯМР из-за его восприимчивости и большой дисперсии химического сдвига , которая больше, чем для спектроскопии протонного ядерного магнитного резонанса . [1] [2] [3]

Оперативные данные

19 F имеет ядерный спин (I) 1 ⁄ 2 и высокое гиромагнитное отношение . Следовательно, этот изотоп очень чувствителен к измерениям ЯМР. Кроме того, 19 F состоит на 100% из встречающегося в природе фтора. Единственный другой высокочувствительный спин ⁠1/2⁠ ЯМР-активными ядрами, которые являются моноизотопными (или почти моноизотопными), являются 1 H и 31 P. [4] [a] Действительно, ядро ​​19 F является третьим по восприимчивости ядром ЯМР после ядер 3 H и 1 H.

Химические сдвиги ЯМР 19 F охватывают диапазон около 800 ppm. Для фторорганических соединений диапазон уже, составляя около −50...−70 ppm (для групп CF 3 ) и −200...−220 ppm (для групп CH 2 F). Очень широкий спектральный диапазон может вызывать проблемы при регистрации спектров, такие как плохое разрешение данных и неточное интегрирование.

Также возможна регистрация разделенных спектров 19 F{ 1 H} и 1 H{ 19 F} и корреляций множественных связей 19 F- 13 C HMBC и сквозных спектров HOESY.

Химические сдвиги

Химические сдвиги ЯМР 19 F в литературе сильно различаются, обычно более чем на 1 ppm, даже в пределах одного и того же растворителя. [5] Хотя эталонное соединение для спектроскопии ЯМР 19 F, чистый CFCl 3 (0 ppm), [6] используется с 1950-х годов, [7] четких инструкций о том, как его измерять и применять в рутинных измерениях, до недавнего времени не было. [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 конкретного растворителя с 5 внутренними эталонными соединениями ( CFCl 3 , C 6 H 5 F , PhCF 3 , C 6 F 6 и CF 3 CO 2 H ), чтобы обеспечить воспроизводимую привязку с точностью Δδ = ±30 ppb. [5] Поскольку химический сдвиг CFCl 3 также зависит от растворителя, 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 относительно чистого CFCl 3 : [5]

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

Недавно был также предоставлен краткий список надлежащим образом указанных химических сдвигов более 240 фторированных химических веществ. [5]

Прогнозирование химического сдвига

Химические сдвиги ЯМР 19 F предсказать сложнее, чем сдвиги ЯМР 1 H. В частности, сдвиги ЯМР 19 F сильно зависят от вкладов электронных возбужденных состояний, тогда как сдвиги ЯМР 1 H в основном определяются диамагнитными вкладами. [8]

Фторметильные соединения

Фторалкены

Для винильных фторзаместителей следующая формула позволяет оценить химические сдвиги 19 F: где Z — статистический химический сдвиг заместителя (SSCS) для заместителя в указанном положении, а S — фактор взаимодействия. [9] Некоторые репрезентативные значения для использования в этом уравнении приведены в таблице ниже: [10]

Фторбензолы

При определении химических сдвигов 19 F ароматических атомов фтора, в частности фенилфторидов, есть еще одно уравнение, которое допускает приближение. Принятое из "Определение структуры органических соединений" [10], это уравнение выглядит так: где Z - значение SSCS для заместителя в заданном положении относительно атома фтора. Некоторые репрезентативные значения для использования в этом уравнении приведены в таблице ниже: [10]

Данные, показанные выше, являются репрезентативными только для некоторых тенденций и молекул. Другие источники и таблицы данных могут быть использованы для более полного списка тенденций в химических сдвигах 19 F. Следует отметить, что исторически большинство литературных источников изменили соглашение об использовании отрицательных значений. Поэтому будьте осторожны со знаком значений, указанных в других источниках. [8]

Спин-спиновая связь

Константы связи 19 F- 19 F обычно больше, чем константы связи 1 H- 1 H. Обычно наблюдается дальняя связь 19 F- 19 F ( 2 Дж, 3 Дж, 4 Дж или даже 5 Дж). Как правило, чем больше диапазон связи, тем меньше значение. [11] Водород соединяется с фтором, что очень типично для спектра 19 F. С геминальным водородом константы связи могут достигать 50 Гц. Другие ядра могут соединяться с фтором, однако этого можно избежать, проводя разделенные эксперименты. Обычно ЯМР фтора проводят с разделенными как углеродом, так и протоном. Атомы фтора также могут соединяться друг с другом. Между атомами фтора гомоядерные константы связи намного больше, чем с атомами водорода. Геминальные фториды обычно имеют значение J 250-300 Гц. [11] Существует много хороших ссылок на значения констант связи. [11] Цитаты приведены ниже.

Магнитно-резонансная томография

19 F магнитно-резонансная томография (МРТ) является жизнеспособной альтернативой 1 H МРТ. Проблемы чувствительности можно преодолеть, используя мягкие наночастицы . Применение включает контрастные вещества, чувствительные к pH, температуре, ферментам, ионам металлов и окислительно-восстановительному потенциалу . Их также можно использовать для долгосрочной маркировки клеток. [12]

Примечания

  1. ^ Ядра 89 Y , 103 Rh и 169 Tm также являются моноизотопными и имеют спин ⁠1/2⁠ , но имеют очень низкие магнитогирические отношения.

Ссылки

  1. ^ Кларидж, Тимоти (2016). Методы ЯМР высокого разрешения в органической химии . Оксфорд, Великобритания: Elsevier. С. 428–429. ISBN 978-0-08-099986-9.
  2. ^ Мартино, Р.; Жильяр, В.; Малет-Мартино, М. (2008). ЯМР-спектроскопия в фармацевтическом анализе . Бостон: Elsevier. стр. 371. ISBN 978-0-444-53173-5.
  3. ^ Х. Фриболин «Основы одномерной и двумерной ЯМР-спектроскопии», Wiley-VCH, Вайнхайм, 2011. ISBN 978-3-527-32782-9 
  4. ^ Харрис, Робин Кингсли; Манн, Брайан Э. ЯМР и периодическая таблица . стр. 13. ISBN 0123276500.
  5. ^ abcdefgh Розенау, Карл Филипп; Желье, Бенсон Дж.; Госсерт, Альвар Д.; Тогни, Антонио (2018-05-16). «Раскрытие истоков невоспроизводимости в спектроскопии ЯМР фтора». Angewandte Chemie International Edition . 57 (30): 9528–9533. doi :10.1002/anie.201802620. ISSN  1433-7851. PMID  29663671.
  6. ^ Харрис, РК (2001). «Номенклатура ЯМР. Свойства ядерного спина и соглашения для химических сдвигов (Рекомендации ИЮПАК 2001)». Чистая и прикладная химия . 73 (11): 1795–1818. doi : 10.1351/pac200173111795 .
  7. ^ H., Dungan, Claude (1970). Компиляция зарегистрированных химических сдвигов ЯМР F19, 1951 до середины 1967. Van Wazer, John R. Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 0471226505. OCLC  88883.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ ab Silverstein, Robert M.; Webster, Francis X.; Kiemle, David J. (2005). Спектрометрическая идентификация органических соединений (7-е изд.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc. стр. 323–326. ISBN 978-0-471-39362-7.
  9. ^ Джеттон, Р. Э.; Нанни, Дж. Р.; Махаффи, К. А. Л. Прогнозирование положений сигналов ЯМР 19 F фторалкенов с использованием статистических методов, J. Fluorine Chem. 1995 , 72 , 121.
  10. ^ abc Pretsch, Ernö; Bühlmann, Philippe; Badertscher, Martin (2009). Определение структуры органических соединений (4-е изд.). Берлин, Германия: Springer. С. 243–259. ISBN 978-3-540-93809-5.
  11. ^ abc 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.
  12. ^ Германн, Петр; Блахут, Ян; Котек, Ян; Херинек, Вит (2021). «Глава 8. Парамагнитные металлические ионные зонды для магнитно-резонансной томографии 19 F». Ионы металлов в методах биологической визуализации . Springer. стр. 239–270. doi :10.1515/9783110685701-014. S2CID  233704089.