干货！一文带您玩转氟核磁共振波谱（19F-NMR）
发布日期：2024-11-15
氟在先进材料中起到非常重要的作用，科研工作者可以利用氟官能团的独特性质来控制聚合物、药品、农用化学品、半导体等产品的化学和物理特性。氟的友好性也使它成为核磁共振波谱学中研究最多的原子核之一。本文我们将利用科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR，带您深入了解氟核磁共振波谱（19F-NMR）。
什么是氟核磁共振(19F-NMR)?
与氢(1H)核磁共振相似，氟-19(19F)核磁共振是化学实验室常用的一种分析技术，只是氟(19F)核磁共振是测量氟-19(19F)原子的。研究人员可以通过这项技术来更多的了解含有氟的各种化合物。
我们能从氟核磁共振(19F-NMR)中了解到什么?
1H、13C、19F等的自旋量子数均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。所以19F和1H一样，会发生自旋耦合和自旋分裂，且分裂规则与1H一样，符合N+1规则。除此之外，19F可以与1H和13C发生耦合，所以我们也可以通过"耦合常数"来确定氟原子在分子中的位置。
19F-NMR的化学位移
众所周知，氢原子周围的电子密度决定了它的化学转移。电子密度高的地方，如四甲基硅烷，它的共振频率低。而在像苯一样电子密度低的地方，氢原子共振频率高。氟化学位移遵循相反的趋势。电子密度越高，共振频率越高；电子密度越低，共振频率越低。这是解析氟核磁共振波谱时非常重要的一点。例如，假设有三个含氟官能团，三氟甲基(R-CF3)、二氟甲基(R-CHF2)和氟甲基(R-CH2F)。由于氟的电负性,这三种元素中最高的电子密度出现在三氟甲基(R-CF3)，其次是二氟甲基(R-CHF2)，然后是氟甲基(R-CH2F)。因此，三氟甲基中的氟原子核出现在最高频率下共振，而氟甲基中的氟核在最低频率下共振。
为什么1H和19F原子核在它们的化学变化方面表现不同呢？
1H原子核周围s-轨道电子是反磁性的。这些反磁性电子使质子核处在一个减小的磁场(有时被称为有效磁场)。因此，它们的共振频率较低。然而，氟电子(p-轨道电子)是顺磁的。这些电子会使氟原子核经历磁场增加，因此它们会在更高的频率上共振。
下图为氟核磁共振标准品，可以帮助您更好地理解19F-NMR化学位移。
氟元素化学位移
19F-NMR谱图展示：
19F-NMR数据采集于美国Anasazi EFT-60/90系列无液氦核磁共振波谱仪。
化合物DCDFE 氟谱
化合物二氟苯 氟谱
文中使用的科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR是美国Anasazi公司研发的。设备采用台式设计、无需液氦，测得的数据已多次发表在全球知名化学类期刊杂志上，如J Am Chem Soc; J Med Chem；Macromolecules等，并已得到全球800多家科研院校和机构的信任和认可。
科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR
美国Anasazi的EFT-60/90系列核磁共振波谱仪具有如下优势：
A高性能 | B低成本 | ||
高稳定性： | 国防工业级AlNiCo永磁体 磁场温度稳定性极佳 | 低采购成本： | 只有大核磁价格的1/3-1/2 |
高分辨率： | EFT-60 (60MHz)分辨率<0.5Hz 曾实测最佳值0.32Hz EFT-90 (90MHz)分辨率<0.5Hz 曾实测最佳值0.25Hz | 低维护成本： | 无需液氦，液氮 无需高昂维护成本 |
高灵敏度: (0.1% EB CDCl3) | EFT-60 (60MHz):≥30:1 EFT-90 (90MHz):≥70:1 | 长使用寿命： | 20年前第一套安装的设备 目前仍在正常使用 |
| 快速测样 | H谱单次测量仅需10秒 | ||
多功能性： | 1H/13C/7Li/19F/31P/29Si/23Na… 1H-1HCOSY,13C-1H HETCOR等 | 布洛芬氢谱 |
CDCl3, 2M, 1Scan, 60MHz |
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