Variable-temperature 19F NMR and theoretical study of 1,9- and 1,7-C60F(CF3) and C(s-) and C1-C60F17(CF3): Estetty CF3-rotaatio ja J(FF)-kytkentä tilan läpi

Milligrammamäärät uusia yhdisteitä 1,9- ja 1,7-C60F(CF3) (n. 85:15 isomeerien seos) ja C60F3(CF3) eristettiin korkean lämpötilan C60/K2PtF6-reaktioseoksesta ja puhdistettiin 98 mol-%:n koostumuspuhtauteen kaksiulotteisella korkean suorituskyvyn nestekromatografialla käyttäen Buckyprep- ja Buckyclutcher-kolonnia. Myös aiemmin havaitut yhdisteet C60F5(CF3) ja C60F7(CF3) puhdistettiin ensimmäistä kertaa 90+ mol-%:iin. C60F(CF3)-isomeerien seoksen ja aiemmin raportoidun C(s)- ja C1-C60F17(CF3)-isomeerien seoksen 19F NMR-spektrit vaihtelevassa lämpötilassa osoittavat ensimmäistä kertaa, että fullereeni(F)n(CF3)m-johdannaisilla, joissa on vierekkäisiä F- ja CF3-substituentteja, on hitaasti vaihtuvia raja-arvoja sisältäviä CF3:n rotaatiospektrejä, jotka estävät CF3:n rotaatiospektrien vaihtumisen lämpötilassa -40 +/-10 C. Nämä spektrit eivät ole kovin suuria. Kokeellisesti ja tiheysfunktionaaliteoriassa (DFT) ennustetut deltaH++ -arvot CF3-rotaatiolle 1,9-C60F(CF3)ssa ovat 46,8(7) ja 46 kJ mol(-1). DFT:n ennustamat deltaH++ -arvot 1,7-C60F(CF3):lle, C(s)-C60F17(CF3):lle ja C1-C60F17(CF3):lle ovat vastaavasti 20, 44 ja 54 kJ mol(-1). Hitaan vaihtorajan 19F-spektreistä saadut (> tai = 4)J(FF)-arvot, jotka vaihtelevat n. 0-48(1) Hz:n välillä, osoittavat, että hallitseva ydin-spin-kytkentämekanismi on pikemminkin tilan kautta tapahtuva kytkentä (eli fluoriatomin yksinäisten pariorbitaalien suora päällekkäisyys) kuin sigmasidoksen kautta tapahtuva kytkentä. CF3-ryhmien sisäiset 2J(FF)-arvot vaihtelevat 107(1) ja 126(1) Hz välillä. Kokonaisuudessaan NMR-tiedot tarjoavat kolmelle eri yhdisteelle yksiselitteisen joukon (> tai = 4)J(FF)-arvoja, jotka voidaan korreloida DFT-ennustettujen tai röntgendiffraktiolla johdettujen etäisyyksien ja kulmien kanssa, sekä yksiselitteisen joukon 2J(FF)-arvoja, joita voidaan käyttää sisäisenä standardina kaikissa tulevissa J(FF)-laskelmissa.