氟烷紅外光譜的研究

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。