Спектроскопия ядерного магнитного резонанса фтора-19

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса фтора-19 ( ЯМР фтора или ¹⁹F ЯМР ) — аналитический метод, используемый для обнаружения и идентификации фторсодержащих соединений. ¹⁹F является важным ядром для ЯМР-спектроскопии из-за его восприимчивости и большой дисперсии химического сдвига , которая больше, чем для протонного ядерного магнитного резонанса . спектроскопии ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Операционные детали

¹⁹F имеет ядерный спин (I) 1 ⁄ 2 и высокое гиромагнитное отношение . Следовательно, этот изотоп очень чувствителен к измерениям ЯМР. Более того, ¹⁹F содержит 100% встречающегося в природе фтора. Единственный другой высокочувствительный спин ⁠ 1/2 , являются ⁠ ЯМР-активные ядра, которые являются моноизотопными (или почти моноизотопными) ¹Рука ³¹П. ^{[ 4 ]}^{[ а ]} Действительно, ¹⁹Ядро F является третьим наиболее восприимчивым ядром ЯМР после ядра ³Ядро H и ¹Ядро Х.

The ¹⁹Химические сдвиги F ЯМР охватывают диапазон ок . 800 частей на миллион. Для фторорганических соединений диапазон уже и составляет ок. от -50 до -70 частей на миллион (для групп CF ₃ ) до -200 до -220 частей на миллион (для _{CH 2} групп F). Очень широкий спектральный диапазон может вызвать проблемы при записи спектров, такие как плохое разрешение данных и неточное интегрирование.

Также возможна запись в разобранном виде. ¹⁹F { ¹Рука ¹ЧАС{ ¹⁹F} Спектры и корреляции кратных связей ¹⁹Ф- ¹³C HMBC и космические спектры HOESY.

Химические сдвиги

¹⁹Химические сдвиги ЯМР F в литературе сильно различаются, обычно более чем на 1 м.д., даже в пределах одного и того же растворителя. ^{[ 5 ]} Хотя эталонное соединение для ¹⁹F ЯМР-спектроскопия, чистый CFCl ₃ (0 м.д.), ^{[ 6 ]} используется с 1950-х годов, ^{[ 7 ]} До недавнего времени четких инструкций о том, как измерять и использовать его в рутинных измерениях, не существовало. ^{[ 5 ]} Исследование факторов, влияющих на химический сдвиг в спектроскопии ЯМР фтора, показало, что наибольшее влияние оказывает растворитель (Δδ = ±2 м.д. и 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 воспроизводимые ссылки с точностью Δδ = ±30. части на миллиард. ^{[ 5 ]} Поскольку на химический сдвиг CFCl ₃ также влияет растворитель, необходимо соблюдать осторожность при использовании растворенного CFCl ₃ в качестве соединения сравнения в отношении химического сдвига чистого CFCl ₃ (0 частей на миллион). ^{[ 5 ]} Пример химических сдвигов, определенных относительно чистого CFCl ₃ : ^{[ 5 ]}

Выдержка из справочной таблицы по чистому CFCl ₃ [ppm]
	CFCl ₃	С ₆ Ч ₅ Ж	PhCF_PhCF3	С ₆ Ж ₆	CF ₃ CO ₂ H
Растворитель	[ppm]	[ppm]	[ppm]	[ppm]	[ppm]
CDCl ₃	0.65	-112.96	-62.61	-161.64	-75.39
КД ₂ Кл 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- д ₆	-1.09	-114.72	-63.22	-164.67	-76.87

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

Недавно также был представлен краткий список соответствующих химических сдвигов более чем 240 фторированных химических веществ. ^{[ 5 ]}

Прогноз химического сдвига

¹⁹Химические сдвиги F ЯМР предсказать труднее, чем ¹H ЯМР сдвиги. Конкретно, ¹⁹На сдвиги F ЯМР сильно влияют вклады электронных возбужденных состояний, тогда как ¹В сдвигах ЯМР H преобладают диамагнитные вклады. ^{[ 8 ]}

Фторметиловые соединения

¹⁹F Химические сдвиги групп F ₃ C-R
-Р	д (млн)
ЧАС	-78
СН ₃	-62
CH₂CH_CH2CH3	-70
СН ₂ NH ₂	-72
СН ₂ ОН	-78
СН=СН ₂	-67
С = СН	-56
CF_CF3	-89
КФ ₂ КФ ₃	-83
Ф	-63
кл.	-29
Бр	-18
я	-5
ОЙ	-55
НХ ₂	-49
Ш	-32
С(=О)Ф	-58
С(=О)CF ₃	-85
С(=О)ОН	-77
С(=О)F	-76
С(=О)ОСН ₂ СН ₃	-74

¹⁹F Химические сдвиги групп F ₂ CH-R
-Р	д (млн)
ЧАС	-144
СН ₃	-110
CH₂CH_CH2CH3	-120
CF_CF3	-141
КФ ₂ КФ ₃	-138
С(=О)ОН	-127

¹⁹F Химические сдвиги групп FH ₂ C-R
-Р	д (млн)
ЧАС	-268
СН ₃	-212
CH₂CH_CH2CH3	-212
СН ₂ ОН	-226
CF_CF3	-241
КФ ₂ КФ ₃	-243
С(=О)ОН	-229

Фторалкены

Для винильных фторсодержащих заместителей следующая формула позволяет оценить ¹⁹F химические изменения: $\delta _{C=CF}~(ppm)=-133.9+Z_{cis}+Z_{trans}+Z_{gem}+S_{cis/trans}+S_{cis/gem}+S_{trans/gem}$ где Z - статистический химический сдвиг заместителя (SSCS) для заместителя в указанном положении, а S - коэффициент взаимодействия. ^{[ 9 ]} Некоторые репрезентативные значения для использования в этом уравнении представлены в таблице ниже: ^{[ 10 ]}

Значения SSCS для фторалкеновых заместителей
Заместитель R	Z _цис	Z _транс	С _{драгоценным камнем}
-ЧАС	-7.4	-31.3	49.9
-СН ₃	-6.0	-43.0	9.5
-СН=СН ₂	---	---	47.7
-Ф.	-15.7	-35.1	38.7
-CF ₃	-25.3	-40.7	54.3
-Ф	0	0	0
-Cl	-16.5	-29.4	---
-Бр	-17.7	-40.0	---
-Я	-21.3	-46.3	17.4
-OCH₂CH_-OCH2CH3	-77.5	---	84.2

Факторы взаимодействия фторалкеновых заместителей
заместитель	заместитель	С _{цис/транс}	S _{цис/драгоценный камень}	S _{транс/драгоценный камень}
-ЧАС	-ЧАС	-26.6	---	2.8
-ЧАС	-CF ₃	-21.3	---	---
-ЧАС	-СН ₃	---	11.4	---
-ЧАС	-OCH₂CH_-OCH2CH3	-47.0	---	---
-ЧАС	-Ф.	-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	-СН ₃	17.0	---	---
-CF ₃	-Ф.	-15.6	---	-23.4
-СН ₃	-ЧАС	---	-12.2	---
-СН ₃	-CF ₃	---	-13.8	-8.9
-СН ₃	-Ф.	---	-19.5	-19.5
-OCH₂CH_-OCH2CH3	-ЧАС	-5.1	---	---
-Ф.	-ЧАС	---	---	20.1
-Ф.	-CF ₃	-23.2	---	---

Фторбензолы

При определении ¹⁹Для химических сдвигов ароматических атомов фтора, в частности фенилфторидов, существует еще одно уравнение, позволяющее сделать аппроксимацию. Взято из книги «Определение структуры органических соединений». ^{[ 10 ]} это уравнение: $\delta _{F}~(ppm)=-113.9+\Sigma Z_{ortho}+\Sigma Z_{meta}+\Sigma Z_{para}$ где Z — значение SSCS заместителя в заданном положении относительно атома фтора. Некоторые репрезентативные значения для использования в этом уравнении представлены в таблице ниже: ^{[ 10 ]}

Значения SSCS для фторбензольных заместителей
заместитель	Z _орто	Из _мета	Z _для
-СН ₃	-3.9	-0.4	-3.6
-СН=СН ₂	-4.4	0.7	-0.6
-Ф	-23.2	2.0	-6.6
-Cl	-0.3	3.5	-0.7
-Бр	7.6	3.5	0.1
-Я	19.9	3.6	1.4
-ОЙ	-23.5	0	-13.3
-ОЧ ₃	-18.9	-0.8	-9.0
-НХ ₂	-22.9	-1.3	-17.4
-НЕТ ₂	-5.6	3.8	9.6
-CN	6.9	4.1	10.1
-Ш	10.0	0.9	-3.5
-СН(=О)	-7.4	2.1	10.3
-С(=О)СН ₃	2.5	1.8	7.6
-С(=О)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

Данные, показанные выше, являются репрезентативными только для некоторых тенденций и молекул. Более полный список тенденций в сфере экономики можно найти в других источниках и таблицах данных. ¹⁹F химические сдвиги. Следует отметить, что исторически большинство литературных источников изменили правила использования негативов. Поэтому будьте осторожны со знаком значений, указанных в других источниках. ^{[ 8 ]}

Спин-спиновая связь

¹⁹Ф- ¹⁹Константы связи F обычно больше, чем ¹ЧАС- ¹H константы связи. Большой радиус действия ¹⁹Ф- ¹⁹F-муфта, ( ²Дж, ³Дж, ⁴Дж или даже ⁵J) обычно наблюдаются. Как правило, чем больше диапазон связи, тем меньше значение. ^{[ 11 ]} Водород образует пары с фтором, что очень характерно для ¹⁹F-спектр. В случае геминального водорода константы связи могут достигать 50 Гц. Другие ядра могут связываться с фтором, однако этого можно предотвратить, проведя эксперименты по развязке. Обычно ЯМР фтора проводят с развязкой как по углероду, так и по протону. Атомы фтора также могут соединяться друг с другом. Между атомами фтора константы гомоядерного взаимодействия значительно больше, чем с атомами водорода. Геминальные фторы обычно имеют значение J 250–300 Гц. ^{[ 11 ]} Существует много хороших ссылок на значения констант связи. ^{[ 11 ]} Цитаты приведены ниже.

Магнитно-резонансная томография

¹⁹ (МРТ) F Магнитно-резонансная томография является жизнеспособной альтернативой ¹Х МРТ. Проблемы чувствительности можно решить, используя мягкие наночастицы . чувствительные к pH, температуре, ферментам, ионам металлов и окислительно-восстановительному потенциалу Применение включает контрастные вещества, . Их также можно использовать для долгосрочного мечения клеток. ^{[ 12 ]}

Примечания

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

Ссылки

^ Кларидж, Тимоти (2016). Методы ЯМР высокого разрешения в органической химии . Оксфорд, Великобритания: Elsevier. стр. 428–429. ISBN 978-0-08-099986-9 .
^ Мартино, Р.; Жилард, В.; Малет-Мартино, М. (2008). ЯМР-спектроскопия в фармацевтическом анализе . Бостон: Эльзевир. п. 371. ИСБН 978-0-444-53173-5 .
^ Х. Фриболин «Основная одно- и двумерная ЯМР-спектроскопия», Wiley-VCH, Вайнхайм, 2011. ISBN 978-3-527-32782-9
^ Харрис, Робин Кингсли; Манн, Брайан Э. ЯМР и таблица Менделеева . п. 13. ISBN 0123276500 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Розенау, Карл Филипп; Желиер, Бенсон Дж.; Госсерт, Альвар Д.; Тони, Антонио (16 мая 2018 г.). «Выявление причин невоспроизводимости в спектроскопии ЯМР фтора». Angewandte Chemie, международное издание . 57 (30): 9528–9533. дои : 10.1002/anie.201802620 . ISSN 1433-7851 . ПМИД 29663671 .
^ Харрис, РК (2001). «Номенклатура ЯМР. Свойства ядерного спина и правила химических сдвигов (Рекомендации ИЮПАК, 2001 г.)» . Чистая и прикладная химия . 73 (11): 1795–1818. дои : 10.1351/pac200173111795 .
^ Х., Дунган, Клод (1970). Составление отчетных F ¹⁹ Химические сдвиги ЯМР, 1951 — середина 1967 года . Ван Вазер, Джон Р. Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 0471226505 . OCLC 88883 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б Сильверстайн, 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 .
^ Джеттон, RE; Нэнни, младший; Махаффи, Калифорния. Предсказание ¹⁹Положения сигналов F ЯМР фторалкенов с использованием статистических методов, J. Fluorine Chem. 1995 , 72 , 121.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Претч, Эрно; Бюльманн, Филипп; Бадершер, Мартин (2009). Определение структуры органических соединений (4-е изд.). Берлин, Германия: Шпрингер. стр. 243–259 . ISBN 978-3-540-93809-5 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Долбье, В.Р. (2009) Обзор ЯМР фтора, в Руководстве по ЯМР фтора для химиков-органиков, John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, США. дои: 10.1002/9780470483404.ch2
^ Германн, Питер; Блахут, Ян; Котек, Ян; Херинек, Вит (2021). «Глава 8. Парамагнитные зонды для ионов металлов для ¹⁹F Магнитно-резонансная томография». Ионы металлов в методах биовизуализации . Springer. стр. 239–270. doi : 10.1515/9783110685701-014 . S2CID 233704089 .

[5] Ядра ⁸⁹И , ¹⁰³Rh и ¹⁶⁹Tm также являются моноизотопными и спиновыми. ⁠ 1/2 , ⁠ но имеют очень низкие магнитогирические отношения.

[1] Кларидж, Тимоти (2016). Методы ЯМР высокого разрешения в органической химии . Оксфорд, Великобритания: Elsevier. стр. 428–429. ISBN 978-0-08-099986-9 .

[2] Мартино, Р.; Жилард, В.; Малет-Мартино, М. (2008). ЯМР-спектроскопия в фармацевтическом анализе . Бостон: Эльзевир. п. 371. ИСБН 978-0-444-53173-5 .

[3] Х. Фриболин «Основная одно- и двумерная ЯМР-спектроскопия», Wiley-VCH, Вайнхайм, 2011. ISBN 978-3-527-32782-9

[4] Харрис, Робин Кингсли; Манн, Брайан Э. ЯМР и таблица Менделеева . п. 13. ISBN 0123276500 .

[:3-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Розенау, Карл Филипп; Желиер, Бенсон Дж.; Госсерт, Альвар Д.; Тони, Антонио (16 мая 2018 г.). «Выявление причин невоспроизводимости в спектроскопии ЯМР фтора». Angewandte Chemie, международное издание . 57 (30): 9528–9533. дои : 10.1002/anie.201802620 . ISSN 1433-7851 . ПМИД 29663671 .

[7] Харрис, РК (2001). «Номенклатура ЯМР. Свойства ядерного спина и правила химических сдвигов (Рекомендации ИЮПАК, 2001 г.)» . Чистая и прикладная химия . 73 (11): 1795–1818. дои : 10.1351/pac200173111795 .

[8] Х., Дунган, Клод (1970). Составление отчетных F ¹⁹ Химические сдвиги ЯМР, 1951 — середина 1967 года . Ван Вазер, Джон Р. Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 0471226505 . OCLC 88883 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[:0-9] Jump up to: ^а ^б Сильверстайн, 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 .

[10] Джеттон, RE; Нэнни, младший; Махаффи, Калифорния. Предсказание ¹⁹Положения сигналов F ЯМР фторалкенов с использованием статистических методов, J. Fluorine Chem. 1995 , 72 , 121.

[:1-11] Jump up to: ^а ^б ^с Претч, Эрно; Бюльманн, Филипп; Бадершер, Мартин (2009). Определение структуры органических соединений (4-е изд.). Берлин, Германия: Шпрингер. стр. 243–259 . ISBN 978-3-540-93809-5 .

[:2-12] Jump up to: ^а ^б ^с Долбье, В.Р. (2009) Обзор ЯМР фтора, в Руководстве по ЯМР фтора для химиков-органиков, John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, США. дои: 10.1002/9780470483404.ch2

[13] Германн, Питер; Блахут, Ян; Котек, Ян; Херинек, Вит (2021). «Глава 8. Парамагнитные зонды для ионов металлов для ¹⁹F Магнитно-резонансная томография». Ионы металлов в методах биовизуализации . Springer. стр. 239–270. doi : 10.1515/9783110685701-014 . S2CID 233704089 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ а ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]