氟在先進(jìn)材料中起到非常重要的作用，科研工作者可以利用氟官能團(tuán)的性質(zhì)來(lái)控制聚合物、藥品、農(nóng)用化學(xué)品、半導(dǎo)體等產(chǎn)品的化學(xué)和物理特性。氟的友好性也使它成為核磁共振波譜學(xué)中研究最多的原子核之一。本文我們將利用科研用小型無(wú)液氦核磁共振波譜儀-NMR，帶您深入了解氟核磁共振波譜（¹⁹F-NMR）。

什么是氟核磁共振(¹⁹F-NMR)?

與氫(¹H)核磁共振相似，氟-19(¹⁹F)核磁共振是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常用的一種分析技術(shù)，只是氟(¹⁹F)核磁共振是測(cè)量氟-19(¹⁹F)原子的。研究人員可以通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)來(lái)更多的了解含有氟的各種化合物。

我們能從氟核磁共振(¹⁹F-NMR)中了解到什么?

¹H、¹³C、¹⁹F等的自旋量子數(shù)均為1/2，它們的原子核皆為電荷分布均勻的自旋球體。所以¹⁹F和¹H一樣，會(huì)發(fā)生自旋耦合和自旋分裂，且分裂規(guī)則與¹H一樣，符合N+1規(guī)則。除此之外，¹⁹F可以與¹H和¹³C發(fā)生耦合，所以我們也可以通過(guò)"耦合常數(shù)"來(lái)確定氟原子在分子中的位置。

 ¹⁹F-NMR的化學(xué)位移

氫原子周圍的電子密度決定了它的化學(xué)轉(zhuǎn)移。電子密度高的地方，如四甲基硅烷，它的共振頻率低。而在像苯一樣電子密度低的地方，氫原子共振頻率高。氟化學(xué)位移遵循相反的趨勢(shì)。電子密度越高，共振頻率越高；電子密度越低，共振頻率越低。這是解析氟核磁共振波譜時(shí)非常重要的一點(diǎn)。例如，假設(shè)有三個(gè)含氟官能團(tuán)，三氟甲基(R-CF₃)、二氟甲基(R-CHF₂)和氟甲基(R-CH₂F)。由于氟的電負(fù)性,這三種元素中最高的電子密度出現(xiàn)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現(xiàn)在最高頻率下共振，而氟甲基中的氟核在低頻率下共振。

為什么¹H和¹⁹F原子核在它們的化學(xué)變化方面表現(xiàn)不同呢？

¹H原子核周圍s-軌道電子是反磁性的。這些反磁性電子使質(zhì)子核處在一個(gè)減小的磁場(chǎng)(有時(shí)被稱為有效磁場(chǎng))。因此，它們的共振頻率較低。然而，氟電子(p-軌道電子)是順磁的。這些電子會(huì)使氟原子核經(jīng)歷磁場(chǎng)增加，因此它們會(huì)在更高的頻率上共振。

下圖為氟核磁共振標(biāo)準(zhǔn)品，可以幫助您更好地理解¹⁹F-NMR化學(xué)位移。

氟元素化學(xué)位移

¹⁹F-NMR譜圖展示：

¹⁹F-NMR數(shù)據(jù)采集于美國(guó)Anasazi EFT-60/90系列無(wú)液氦核磁共振波譜儀。

化合物DCDFE 氟譜

化合物二氟苯 氟譜

文中使用的科研用小型無(wú)液氦核磁共振波譜儀-NMR是美國(guó)Anasazi公司研發(fā)的。設(shè)備采用臺(tái)式設(shè)計(jì)、無(wú)需液氦，測(cè)得的數(shù)據(jù)已多次發(fā)表在化學(xué)類期刊雜志上，如J Am Chem Soc; J Med Chem；Macromolecules等，并已得到全球800多家科研院校和機(jī)構(gòu)的信任和認(rèn)可。

科研用小型無(wú)液氦核磁共振波譜儀-NMR

美國(guó)Anasazi的EFT-60/90系列核磁共振波譜儀具有如下優(yōu)勢(shì)：

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