在有机化合物的组成元素中，氟元素的电负性最大，且原子半径是除氢原子之外最小的，碳―氟键也是碳原子参与的单键中最强的^[1]。由于这些特殊性质，有机氟化物普遍呈现出非常独特的物理、化学以及生物特性，如高度的物理和化学稳定性(可以用作极端条件下的特种材料)，独特的生物活性等，在信息技术产业、生命科学、材料科学和航天航空等战略性新兴产业中得到广泛使用，相关产品附加值高、发展前景广阔^[2]，已经形成了蓬勃发展的有机氟化学。

核磁共振氢谱是有机化合物结构表征中最常使用的波谱方法之一^{[3, 4]}。通常学生对化合物中氢与氢的耦合比较明晰，按照这一思路去理解含氟化合物时，就感觉非常困扰。¹⁹F的天然丰度为100%，核自旋量子数为1/2，磁旋比为质子的94%，所以F与相邻的质子可以发生强耦合。此外，F的长程耦合比质子更明显，这就造成含氟化合物氢谱的复杂性，为结构解析带来困难。

本文合成了含氟的四取代苯化合物(结构及合成步骤见图1)，使芳环上的氢仅有两个，其与芳环上的氟原子形成邻位和间位的关系。这样，就可在简化的图谱上，更清晰地理解F对邻近质子和远程质子的耦合。由于原料为三取代苯，苯环上羟基或烷氧基的两个邻位都存在取代可能，而两者非同一化合物，故所得为混合物。这也为混合物的氢谱提供了简单示例，尤其这两组混合物，一组有峰重叠，一组没有，具有极典型的意义。

实验所需常用溶剂，如二氯甲烷、冰乙酸、四氯化碳等，及溴代正己烷、N-溴代丁二酰亚胺(NBS)等，购于成都市科龙化工试剂厂，均为分析纯，未经进一步处理直接使用。4-氟-3-甲基苯酚(分析纯)是从成都麦卡希试剂公司购买。2-溴甲基-1-氟-4-己氧基苯由原料4-氟-3-甲基苯酚和溴代正己烷成醚后再把甲基变为溴甲基而得，其合成参照相关文献进行^{[5, 6]}。

混合物1和2由4-氟-3-甲基苯酚与NBS反应而得(图1)。¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.12 (d, J_F–H= 8.4 Hz, 1H, ArH), 6.93 (t, J_F–H = 8.4 Hz, 0.71H, ArH), 6.84 (m, 1.7H, ArH), 5.36 (s, 0.71H, OH), 5.20 (s, 1H, OH), 2.33 (d, J_F–H= 2.4 Hz, 2.13H, CH₃), 2.20 (d, J_F–H = 1.6 Hz, 3H, CH₃)。

混合物3和4由2-溴甲基-1-氟-4-己氧基与液溴反应而得(图1)。¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.28 (d, J_F–H = 8.8 Hz, 1H, ArH), 7.00 (apparent-t, J_F–H = 8.8 Hz, 0.7H, ArH), 6.86 (d, J_F–H = 6.8 Hz, 1H, ArH), 6.82 (dd, J₁= 8.8 Hz, J_F–H = 4.4 Hz, 0.7H, ArH), 4.67 (d, J_F–H= 2.0 Hz, 1.4H, CH₂Br), 4.45 (d, J_F–H = 0.8 Hz, 2H, CH₂Br), 3.99 (t, J = 6.4 Hz, 2H, CH₂), 3.98 (t, J= 6.4 Hz, 1.4H, CH₂), 1.86–1.78 (m, 3.4H, CH₂), 1.54–1.45 (m, 3.4H, CH₂), 1.37–1.34 (m, 6.8H, CH₂), 0.91 (t, J = 6.8 Hz, 5.1H, CH₃)。

4-氟-3-甲基苯酚与NBS在四氯化碳溶剂中进行反应时，主产物为化合物1、2的混合物。两个化合物除甲基化学位移的一点区别外，其核磁共振图谱(NMR)的主要区别在芳香区部分。如图2所示，其NMR谱图的芳香区主要有三组峰。化学位移为7.12的双峰应归属为化合物1中质子a，其被邻位的F耦合，因而呈现双峰，耦合常数8.4 Hz，积分面积为1；化学位移6.93的三重峰应归属为化合物2的质子y，其被邻位的F和H耦合，由于耦合常数均为8.4 Hz，所以展现出三重峰，积分面积为0.71；化学位移在6.84左右的峰，积分面积为1.7，其表观上为不规则的三重峰，本质上应该是一个四重峰(dd峰)和一个双峰的叠加(图2中的局部放大图)，四重峰应归属为化合物2的质子x，其被邻位的H和间位的F耦合，耦合常数分别为8.4 Hz和4.8 Hz；双峰应归属为化合物1的质子b，其被间位的F耦合，耦合常数为6.8 Hz。

从上述质子归属和积分面积，可以看出所得产物为化合物1和2的混合物，且化合物1和2的比例为1:0.7。即产物中化合物1占到59%，化合物2占到了41%。化合物1中质子b和化合物2质子x的氢谱恰巧部分重叠，是谱图归属时需要十分留意的，这可以作为典型的混合物的谱图示例。

化合物2-溴甲基-1-氟-4-己氧基苯在低温下滴加液溴，收率为80%。所得反应产物的NMR图谱表明其仍属于混合物。通过图谱解析，其是化合物3和4的混合物。和前一组化合物情况类似，我们仍以其芳香区质子为例，进行分析。如图3所示，主要有四组峰。化学位移为7.28的双峰应归属为化合物3中质子a，其被邻位的F耦合，因而呈现双峰，耦合常数8.8 Hz，积分面积为1；化学位移7.00的三重峰应归属为化合物4的质子y，其被邻位的F和H耦合，由于耦合常数均为8.8 Hz，所以展现出三重峰，积分面积为0.7；化学位移为6.86的双峰应归属为化合物3中质子b，其被间位的F耦合，因而呈现双峰，耦合常数6.8 Hz，积分面积为1；化学位移为6.82的dd峰应归属为化合物4的质子x，其被邻位的H和间位的F耦合，耦合常数分别为8.8 Hz和4.4 Hz。

从上述质子归属和积分面积，可以看出所得化合物为3和4的混合物，且化合物3和4的比例也为1:0.7。即产物中化合物3占到59%，化合物4占到了41%。与前面混合物图谱中出现峰的重叠不同，化合物3和4间的峰没有重叠。两组化合物在这一点上区别明显，是非常好的一对混合物图谱区别示例。

此外，化合物4的质子x因邻位的H和间位F的耦合常数不同，而呈现dd峰，而这种接近1:1:1:1的dd峰是学生接触较少和相对不熟悉的，这也是教学中展现dd峰的非常好的例子。

上述结果表明，化合物的核磁共振氢谱中的氟-氢(F-H)与氢-氢(H-H)间的1, 3-耦合(邻近耦合)非常类似，耦合常数也非常接近，如化合物1和3中质子a的双峰和化合物2和4中质子y的三重峰。因而在含氟化合物的氢谱中，预测邻近耦合的峰形时可以把F视作H来简化处理。

F-H与H-H间的远程耦合则有显著不同。H-H间的远程耦合一般不明显，如苯环上处于间位的质子间一般观察不到耦合，即便有，其耦合常数也很小，大多在1–2 Hz。但是，F-H间表现出明显的长程耦合，如化合物1和3中质子b的双峰和化合物2和4中质子x的多重峰，表明这些质子与处于间位的F有明显的1-4耦合作用(属于远程耦合)，耦合常数高达4–7 Hz。因而在含氟化合物的氢谱中，要考虑F-H间的远程耦合，此时不能把F视为H来处理。

为获得含氟化合物的简单核磁共振氢谱，理解氟与邻近以及远程氢的耦合，本文设计并合成了两个含氟的四取代苯化合物，分别通过4-氟-3-甲基苯酚与NBS反应，2-溴甲基-1-氟-4-己氧基苯与液溴在低温下反应所得。所得化合物经核磁共振氢谱确认后，分别是化合物1和2的混合物，化合物3和4的混合物。两组混合物芳香区氢谱都很简单，但又极具典型性。其苯环上的两个质子的氢谱清晰体现了氟对其的邻近及远程耦合。此外两组共混物，一组有谱图重叠，一组没有，也可以作为非常典型又简洁的共混物氢谱示例。