综述：高场核磁共振（NMR）在化学研究中的应用

这篇综述系统阐述了高场核磁共振（NMR）技术的最新进展及其在化学研究中的关键作用。通过超高磁场（如21.2 T/900 MHz）结合低温探头（DOCP）技术，显著提升了谱图分辨率（与B0 成正比）和信噪比（SNR∝B0 3/2 ），实现了对反应中间体、电催化产物及天然丰度13 C/15 N的高灵敏度检测，为化学机制研究提供了原子级分析工具。

　　

高场核磁共振：化学研究的原子级“显微镜”

1. 引言
核磁共振（NMR）光谱技术凭借其原子级分辨率，已成为化学结构解析的基石。从300 MHz到900 MHz超高磁场系统的演进，使谱图分辨率与磁场强度（B₀
）线性提升，而信噪比（SNR）更以B₀
^3/2
倍数增长。低温探头（DOCP）通过液氦冷却线圈将系统噪声降低3-4倍，结合直接观测探头技术，使得天然丰度¹³
C（1.1%）和¹⁵
N的检测成为可能，无需昂贵同位素标记。

2. 化学反应机制研究的利器
700 MHz NMR-DOCP联用系统在酚类酰化反应中大显身手。通过实时原位¹
H/¹³
C HSQC和HMBC技术，研究者捕捉到二乙氨基三氟化硫（DAST）与愈创木酚形成的关键瞬态中间体，其¹⁹
F-¹³
C耦合证实了乙酰氟的生成路径。单次扫描即可检测1 atm下天然丰度CO₂
的¹³
C信号（δ=125 ppm），灵敏度较传统探头提升5.2倍。

3. 电催化研究的精准标尺
在CO₂
电催化合成尿素研究中，700 MHz NMR通过¹⁵
N标记实验验证了C-N偶联路径：¹⁵
NH₂
CO¹⁵
NH₂
的双峰耦合信号（J_N-H
=90 Hz）成为反应选择性的直接证据。溶剂抑制技术可检测ppm级产物，弥补了色谱法无法识别新化合物的局限。

4. ¹³
C NMR的逆袭
有机半导体AQx-4F的案例凸显DOCP优势：在氘代氯仿中溶解性差时，DOCP仅需2048次扫描即获得SNR>2767的¹³
C谱（ASTM标准），而四共振室温探头22000次扫描仍无法分辨星标峰（δ=120-140 ppm）。这种灵敏度使多环芳烃核心结构的表征不再受限于质子数量。

5. ¹⁵
N NMR的化学探针特性
氨基与离子液体（IL）的氢键作用可通过¹⁵
N化学位移变化精准捕捉：在聚乳酸胺解反应中，[N₄₄₄₄
][Lac]使苯胺¹⁵
N信号从381.18 ppm移至379.99 ppm，揭示氮原子孤对电子密度增加，促进C=O亲核攻击。1000 ppm的超宽化学位移范围使其成为研究互变异构的理想工具。

6. 多核NMR的协同作战
¹⁹
F NMR（100%丰度）在锂离子电池电解液研究中，通过LiDFP添加导致的BF₄
^-
上移位移（Δδ=2.3 ppm），证实阴离子溶剂化鞘重组。而¹²⁹
Xe在自适应胶囊中的化学位移变化（Δδ=-53.4 ppm）展现了非共价相互作用的超灵敏响应。Sc₃
NC@C₈₀
的⁴⁵
Sc NMR呈现1:2双峰，揭示笼内Sc₃
NC簇的C_2V
不对称旋转。

7. 未来展望
动态核极化（DNP）和超快脉冲序列等新技术正推动NMR向更高维度发展。当900 MHz磁场与DOCP的SNR优势结合，或许未来单次扫描即可解析蛋白质动态构象，为化学和材料科学开辟更广阔的原子观测视窗。