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        氟烷紅外光譜的研究

        2019-03-16 07:15:30于宏偉徐元媛陳新樂(lè)郭雪純馬思怡李吉納
        有機(jī)氟工業(yè) 2019年4期
        關(guān)鍵詞:電負(fù)性模擬計(jì)算氟烷

        于宏偉 徐元媛 陳新樂(lè) 郭雪純 馬思怡 李吉納

        (石家莊學(xué)院化工學(xué)院,河北 石家莊 050035)

        0 前言

        氟烷(包括七氟烷、恩氟烷和異氟烷)是目前應(yīng)用較廣的吸入性麻醉藥,在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[1-6]。氟烷的廣泛應(yīng)用與其特殊結(jié)構(gòu)有關(guān),圖 1為氟烷的分子結(jié)構(gòu)。紅外(IR)光譜法廣泛應(yīng)用于有機(jī)物的結(jié)構(gòu)研究[7-12],但對(duì)氟烷的研究少見(jiàn)報(bào)道。以3種氟烷為模板化合物,采用 IR 光譜分別開(kāi)展了氟烷的結(jié)構(gòu)研究,為氟烷的應(yīng)用研究提供了有意義的科學(xué)借鑒。

        圖 1 氟烷的分子結(jié)構(gòu)

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 試驗(yàn)原料

        七氟烷、恩氟烷、異氟烷,河北一品制藥股份有限公司。

        1.2 試驗(yàn)儀器

        Spectrum 100 型紅外光譜儀,美國(guó) PE 公司。

        1.3 試驗(yàn)方法

        以空白溴化鉀鹽片為背景,將氟烷涂在新的溴化鉀鹽片、上進(jìn)行透射光譜掃描,掃描 2 次,測(cè)試頻率范圍為4 000~400 cm-1。

        氟烷的核磁共振氟譜(19F-NMR)模擬計(jì)算:采用 MestReNova 軟件,分別計(jì)算了七氟烷、恩氟烷和異氟烷的19F-NMR譜。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 氟烷的一維IR光譜研究

        首先開(kāi)展了七氟烷的一維IR光譜研究,結(jié)果見(jiàn)圖2(A)。其中1 273.9 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于CF3不對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νasCF3-七氟烷-一維),1 135.4 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于CF3對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νsCF3-七氟烷-一維),1 036.7 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于CF伸縮振動(dòng)模式(νCF-七氟烷-一維)。進(jìn)一步開(kāi)展了恩氟烷的一維IR光譜研究,結(jié)果見(jiàn)圖2(B)。其中1 158.0 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于CF2對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νsCF3-恩氟烷-一維),1 073.6 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于CF伸縮振動(dòng)模式(νCF-恩氟烷-一維)。最后開(kāi)展了異氟烷的一維IR光譜研究,結(jié)果見(jiàn)圖2(C)。其中1 279.3 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于CF3不對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νasCF3-異氟烷-一維),1 215.0 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于CF2不對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νasCF2-異氟烷-一維),氟烷的一維IR光譜數(shù)據(jù)(293 K)見(jiàn)表1。

        圖2 氟烷的一維IR光譜(293 K)

        表1 氟烷的一維IR光譜數(shù)據(jù)(293 K)

        研究了七氟烷νasCF3-七氟烷-一維和異氟烷νasCF3-異氟烷-一維對(duì)應(yīng)的紅外吸收頻率。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):七氟烷νasCF3-七氟烷-一維對(duì)應(yīng)的頻率低于異氟烷νasCF3-異氟烷-一維,這主要是因?yàn)槠叻榈腃F3基團(tuán)上連有-CHR基團(tuán),而異氟烷的CF3基團(tuán)上連有-CClR基團(tuán),而-CClR基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)要強(qiáng)于-CHR基團(tuán)。同時(shí)研究了七氟烷νCF-七氟烷-一維和恩氟烷νCF-恩氟烷-一維對(duì)應(yīng)的紅外吸收頻率。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):七氟烷νCF-七氟烷-一維對(duì)應(yīng)的頻率低于恩氟烷νCF-恩氟烷-一維,這主要是因?yàn)槠叻榈腃F基團(tuán)上連有-H2R基團(tuán),而異氟烷的CF基團(tuán)上連有-HClR基團(tuán),而-HClR基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)要強(qiáng)于-H2R基團(tuán)。

        2.2 七氟烷的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜研究

        開(kāi)展了七氟烷的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜研究,結(jié)果見(jiàn)圖3(A)。1 273.3 cm-1處的吸收峰歸屬于CF3不對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νasCF3-七氟烷-二階導(dǎo)數(shù)),1 036.2 cm-1處的吸收峰歸屬于CF伸縮振動(dòng)模式(νCF-七氟烷-二階導(dǎo)數(shù))。開(kāi)展了恩氟烷的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜研究,結(jié)果見(jiàn)圖3(B)。1 211.0 cm-1處的吸收峰歸屬于CF2不對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νasCF2-恩氟烷-二階導(dǎo)數(shù)),1 161.4 cm-1處的吸收峰歸屬于CF2對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νsCF2-恩氟烷-二階導(dǎo)數(shù)),1 072.5 cm-1(νCF-2-恩氟烷-二階導(dǎo)數(shù))和1 052.4 cm-1(νCF-1-恩氟烷-二階導(dǎo)數(shù))處的吸收峰歸屬于CF伸縮振動(dòng)模式(νCF-恩氟烷-二階導(dǎo)數(shù))。開(kāi)展了異氟烷的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜研究,結(jié)果見(jiàn)圖3(C)。1 278.6 cm-1處的吸收峰歸屬于CF3不對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νasCF3-異氟烷-二階導(dǎo)數(shù)),1 215.1 cm-1處的吸收峰歸屬于CF2不對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νasCF2-異氟烷-二階導(dǎo)數(shù)),而1 165.8 cm-1處的吸收峰歸屬于CF2對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式(νsCF2-異氟烷-二階導(dǎo)數(shù))。

        圖3 氟烷的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜(293 K)

        氟烷的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜數(shù)據(jù)(293 K)見(jiàn)表2。

        表2 氟烷的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜數(shù)據(jù)(293 K)

        由表2可知,氟烷的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜的分辨能力要優(yōu)于相應(yīng)的一維IR光譜。其中恩氟烷νasCF2-恩氟烷-二階導(dǎo)數(shù)和νsCF2-恩氟烷-二階導(dǎo)數(shù)對(duì)應(yīng)的吸收頻率要低于異氟烷νasCF2-異氟烷-二階導(dǎo)數(shù)和νsCF2-異氟烷-二階導(dǎo)數(shù),這主要是因?yàn)楫惙榉肿又泻小狢F3基團(tuán),具有更強(qiáng)的誘導(dǎo)效應(yīng)。

        2.3 氟烷的19F-NMR譜模擬計(jì)算

        2.3.1七氟烷的19F-NMR譜模擬計(jì)算

        采用MestReNova軟件計(jì)算了七氟烷的19F-NMR譜,結(jié)果見(jiàn)圖4。其中-75.50×10-6歸屬于七氟烷3位、4位、6位、7位、8位和9位氟原子的化學(xué)位移(δCF3-七氟烷),而-155.70×10-6歸屬于七氟烷15位氟原子的化學(xué)位移(δCF-七氟烷)。

        圖4 七氟烷的19F-NMR譜計(jì)算

        2.3.2恩氟烷的19F-NMR譜模擬計(jì)算

        采用MestReNova軟件計(jì)算了恩氟烷19F-NMR譜,結(jié)果見(jiàn)圖5。其中-84.90×10-6歸屬于恩氟烷3位和4位氟原子的化學(xué)位移(δCF2-1-恩氟烷),-90.00×10-6歸屬于恩氟烷8位和9位氟原子的化學(xué)位移(δCF2-2-恩氟烷),而-155.50×10-6歸屬于恩氟烷7位氟原子的化學(xué)位移(δCF-恩氟烷)。

        圖5 恩氟烷的19F-NMR譜計(jì)算

        2.3.3異氟烷的19F-NMR譜模擬計(jì)算

        采用MestReNova軟件計(jì)算了異氟烷的19F-NMR譜,結(jié)果見(jiàn)圖6。其中-80.50×10-6歸屬于異氟烷3位、4位和5位氟原子的化學(xué)位移(δCF3-異氟烷),而-84.90×10-6歸屬于異氟烷8位和9位氟原子的化學(xué)位移(δCF2-異氟烷)。

        圖6 異氟烷的19F-NMR譜計(jì)算

        表3為氟烷的19F-NMR譜數(shù)據(jù)。研究了七氟烷δCF3-七氟烷和異氟烷δCF3-異氟烷的化學(xué)位移,證明七氟烷CF3基團(tuán)上連有基團(tuán)的電負(fù)性要強(qiáng)于異氟烷CF3上連有基團(tuán)的電負(fù)性。研究了恩氟烷δCF2-1-恩氟烷,δCF2-2-恩氟烷和異氟烷δCF2-異氟烷的化學(xué)位移,證明恩氟烷CF2連有基團(tuán)的電負(fù)性要弱于異氟烷CF2連有基團(tuán)的電負(fù)性。最后研究了七氟烷δCF-七氟烷和恩氟烷δCF-恩氟烷的化學(xué)位移,證明七氟烷CF連有基團(tuán)的電負(fù)性要弱于恩氟烷CF連有基團(tuán)的電負(fù)性。氟烷19F-NMR譜的計(jì)算對(duì)于研究氟烷取代基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)具有重要的參考價(jià)值。

        表3 氟烷的19F-NMR譜數(shù)據(jù)

        3 結(jié)論

        采用IR光譜開(kāi)展了氟烷結(jié)構(gòu)的研究。采用MestReNova軟件計(jì)算了氟烷的19F-NMR譜。采用IR光譜及19F-NMR譜開(kāi)展了氟烷取代基團(tuán)誘導(dǎo)效應(yīng)的研究,具有重要的理論研究?jī)r(jià)值。

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