Fluor-Kernspinresonanzspektroskopie (19F-NMR-Spektroskopie von englisch: nuclear magnetic resonance) ist eine spektroskopische Methode zur Charakterisierung fluorierter Verbindungen. Ihre charakteristischen Eigenschaften liegen in der Empfindlichkeit und der großen Aussagekraft bezüglich der chemischen Verschiebungen. Sie wird in der organischen, der anorganischen und der pharmazeutischen Chemie angewendet.

Allgemeines zu 19F-NMR-Spektroskopie

Fluor zählt zu den Reinelementen und hat lediglich ein natürliches Isotop (19F), welches sich durch den Kernspin I = 1/2 und sein hohes gyromagnetisches Verhältnis auszeichnet.

Die 19F-NMR-Skala deckt eine Reichweite von über 1300 ppm chemischer Verschiebung ab. Die lokale Referenzsubstanz (0 ppm) ist reines CFCl3 oder, genauer gesagt, das isotopologe Signal C19F(35Cl2)(37Cl).

Die große Reichweite der 19F-NMR-Skala muss nicht ausgeschöpft werden, denn chemische Verschiebungen organischer Moleküle sind bereits in kleineren Bereichen anzutreffen, wie zum Beispiel für Reagenzien bei +50 – +10 ppm, für bei −57 – −59 ppm, für bei −58 – −64 ppm und für bei −90 – −170 ppm.

Durch seine exzellente Empfindlichkeit wirken sich kleinste Veränderungen stark auf die chemische Verschiebung im Fluor-NMR aus. Die chemische Verschiebung hat in der 19F-NMR-Spektroskopie somit einen besonderen Stellenwert, da sie mehr Information über die chemische Umgebung enthält als in der 1H-NMR-Spektroskopie, in welcher Kopplungsmuster die größte Informationsquelle darstellen.

Der 19F-Kern eignet sich ebenfalls für 2D-NMR-spektroskopische Methoden wie HSQC, HMBC und NOESY.

Chemische Verschiebungen

Chemische Verschiebungen variieren stark in der Literatur, selbst für einfache Verbindungen wie Fluorbenzol oder Trifluortoluol. Dies ist hauptsächlich durch Unklarheiten in den Definitionen bezüglich der Referenzverbindung CFCl3 und die Verwendung verschiedener, fehlerbehafteter Referenzierungsmethoden erklärbar.

Den größten Einfluss auf 19F-NMR-chemische-Verschiebungen hat das Lösungsmittel mit typischen Abweichungen von Δδ = ±2 ppm oder mehr.

Referenzierungsmethoden

In der 19F-NMR-Spektroskopie wird häufig sogenanntes internes Referenzieren verwendet, wobei eine Referenzsubstanz bekannter chemischer Verschiebung zur Analyselösung zugegeben wird.

Typische Referenzverbindungen sind CFCl3, C6H5F, PhCF3, C6F6 und CF3CO2H, welche nach der Messung entsprechend dem verwendeten Lösungsmittel auf ihre korrekte Verschiebung relativ zu reinem CFCl3 korrigiert werden. Mittels einer Referenzierungstabelle werden Spektren so korrekt angepasst:

Auszug aus Referenzierungstabelle für 19F-NMR-Spektroskopie
CFCl3 C6H5F PhCF3 C6F6 CF3CO2H
Lösungsmittel [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm]
CDCl3 0.65 −112.96 −62.61 −161.64 −75.39
CD2Cl2 0.02 −113.78 −62.93 −162.61 −75.76
C6D6 −0.19 −113.11 −62.74 −163.16 −75.87
Aceton-d6 −1.09 −114.72 −63.22 −164.67 −76.87

Einzelnachweise

  1. ↑ Klaus Müller, Christoph Faeh, François Diederich: Fluorine in Pharmaceuticals: Looking Beyond Intuition. In: Science. Band 317, Nr. 5846, 28. September 2007, ISSN 0036-8075, S. 1881–1886, doi:10.1126/science.1131943, PMID 17901324 (sciencemag.org [abgerufen am 11. Juni 2018]).
  2. 1 2 3 4 5 Mason, Joan: Multinuclear NMR. Springer US, Boston, MA 1987, ISBN 1-4613-1783-5 (springer.com).
  3. 1 2 Everett, Jeremy R., Harris, Robin K. (Robin Kingsley), Lindon, John C., Wilson, Ian D.,: NMR in pharmaceutical sciences. Chichester, West Sussex, UK 2015, ISBN 978-1-118-66024-9 (wiley.com).
  4. 1 2 3 Robin K. Harris, Edwin D. Becker, Cabral de Menezes, Sonia M, Robin Goodfellow: NMR nomenclature. Nuclear spin properties and conventions for chemical shifts (IUPAC Recommendations 2001). In: Pure and Applied Chemistry. Band 73, Nr. 11, 2001, ISSN 0033-4545, S. 1795–1818, doi:10.1351/pac200173111795 (iupac.org [abgerufen am 11. Juni 2018]).
  5. 1 2 3 4 5 6 7 Carl Philipp Rosenau, Benson J. Jelier, Alvar D. Gossert, Antonio Togni: Fluor-NMR-Spektroskopie rekalibriert. In: Angewandte Chemie. 16. Mai 2018, ISSN 0044-8249, doi:10.1002/ange.201802620.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 Carl Philipp Rosenau, Benson J. Jelier, Alvar D. Gossert, Antonio Togni: Exposing the Origins of Irreproducibility in Fluorine NMR Spectroscopy. In: Angewandte Chemie International Edition. 16. Mai 2018, ISSN 1433-7851, doi:10.1002/anie.201802620.
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