1D multipulzus NMR kísérletek
Rohonczy János ELTE, Szervetlen Kémia Tanszék Modern szerkezetkutatási módszerek elıadás 2012.
1. Protonlecsatolt heteronukleáris mérések Elv 13C mag detektálása alatt a protoncsatornán 180°-os pu lzusok különbözı fázisokkal. (Pl. WALTZ16 kompozit pulzus)
Pulzusprogram
Proton-csatolt 13C NMR
13C
1H
95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
0
ppm
CPD
Eredmény Minden 13C mag szingulett jelet ad. Egyszerőbb spektrum Jobb, jel/zaj viszony
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
ppm
Proton-lecsatolt 13C NMR Mentol
2
2. Multiplicitás-szelekció (APT, Attached Proton Test) Elv X-H csatolás tipikus értéke alapján a mágnesezettség vektorok manipulálása Pulzusprogram
13C
1H
1/J
1/J
CPD
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
ppm
Mentol APT spektruma
Eredmény Mindex C mag szingulett jelet ad CH3 (-), CH2 (+), CH (-), C(+) elıjelő 3
3. Jelintenzitás növelése szelektív plarizáció transzferrel Elv Szélsıséges betöltöttségő X-átmenetek létrehozása a hidrogén-átmenetek szelektív invertálásával
ββ
4 1
Pulzusprogram
4
1
βα
13C
1H
4
180°
αβ
1H
1 αα
13C
ββ +5
-3
4
-4
βα +4
Eredmény
X magok jelintezitása
γX/γH arányában megnı Sajátos intenzitásarányok a multipletteken belül
13C
-3
1H
-4
αβ
+5 αα
4
Jelintenzitás növelése plarizáció transzferrel (INEPT, Insensitive Nucleus Enhancement by Plorization Transfer) Elv Szélsıséges betöltöttségő X-átmenetek létrehozása a hidrogén-átmenetek nem-szelektív invertálásával Pulzusprogram 1H
1/4J
1/4J
±y
13C
Eredmény X magok jelintezitása γX/γH arányában megnı Sajátos intenzitásarányok a multipletteken belül 5
Jelintenzitás növelése plarizáció transzferrel (INEPT, Insensitive Nucleus Enhancement by Plorization Transfer) Elv Szélsıséges betöltöttségő X-átmenetek létrehozása a hidrogén-átmenetek nem-szelektív invertálásával Pulzusprogram 1H
1/4J
+y 1/4J
±y
13C
-y 95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
ppm
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
ppm
Eredmény X magok jelintezitása γX/γH arányában megnı Sajátos intenzitásarányok a multipletteken belül
Mentol INEPT spektruma
6
Jelintenzitás növelése plarizáció transzferrel (INEPT, Insensitive Nucleus Enhancement by Plorization Transfer) Elv A két spektrum különbsége Pulzusprogram 1H 13C
1/4J
1/4J
±y
d
t
q
Mentol INEPT spektruma
Eredmény X magok jelintezitása γX/γH arányában megnı Sajátos intenzitásarányok a multipletteken belül 7
Jelintenzitás növelése plarizáció transzferrel (INEPT-RD, Insensitive Nucleus Enhancement by Plorization Transfer) Elv Mint az INEPT-ben, de a pulzusprogram végén a mágnesezettségvektorok refókuszálása, majd a detektálás alatt protonlecsatolás Pulzusprogram ±y 1H
1/4J
1/4J 1/4J
Mentol INEPT spektruma 1/4J
CPD
13C
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
ppm
Eredmény X magok jelei γX/γH függvényében megnınek, szingulett jelet adnak CH3 (+), CH2 (+), CH (+), CH0 eltőnik 8
Jelintenzitás növelése plarizáció transzferrel (DEPT, Distortionless Enhancement by Plorization Transfer) Elv: Polarizáció-transzfer, de a multiplicitás-szelekció az utolsó pulzus hosszával történik Double-kvantum koherencia alapján mőködik, vektormodellel nem értelmezhetı
Pulzusprogram DEPT45
Φ 1H
9 5
1/2J
1/4J
1/4J
9 0
8 5
8 0
7 5
7 0
6 5
6 0
5 5
5 0
4 5
4 0
3 5
3 0
2 5
2 0
1 5
1 0
5
0
p p m
8 0
7 5
7 0
6 5
6 0
5 5
5 0
4 5
4 0
3 5
3 0
2 5
2 0
1 5
1 0
5
0
p p m
1
5
0
p p m
CPD
13C
DEPT90 9 5
9 0
8 5
DEPT135
Eredmény X magok jelei γX/γH függvényében megnınek, szingulett jelet adnak DEPT135: CH3 (+), CH2 (-), CH (+), CH0 eltőnik Kevésbbé érzékeny a csatolási állandók eltérésére 9 5
9
0
8
5
8 0
7 5
7 0
6
5
6
0
5 5
5 0
4 5
4 0
3
5
3
0
2 5
2 0
1 5
0
9
Editált DEPT spektrumok – spin-aritmetika (DEPT, Distortionless Enhancement by Plorization Transfer) Elv: Három DEPT spektrum összeadása megfelelı koefficiensekkel Me ntol D = A + 1.2 B = DEP45 - 0.8 * D EPT90 + 1 .2 * (DEP T135 - 0. 6 DEPT 90) = CH3+
CH CH3
CH3 9
5
9
0
8
5
8
0
7
5
7
0
6
5
6
0
5
5
5
0
4
5
4
0
3
5
3
0
2
5
2
0
1
5
1
0
5
0
p
p
m
Φ 45°
90°
135°
CH2 9
5
9
0
8
5
8
0
7
5
7
0
6
5
6
0
5
5
5
0
4
5
4
0
3
5
3
0
2
5
2
0
1
5
1
0
5
0
p
p
m
CH2
CH 9 5
9
0
8
5
8 0
7 5
7 0
6
5
6
0
5 5
5 0
4 5
4 0
3
5
3
0
2 5
2 0
1 5
1
0
5
0
p
p m
Eredmény Külön-külön CH3, CH2 és CH spektrumok, CH0 eltőnik 10
4. Spin-rács relaxációs sebesség mérése (Inversion Recovery) Elv: Makroszkopikus mágnesezettséget –z irányba billentjük, majd τ ideig várunk A relaxációt megszakítva 90°-os kiolvasó pulzussal m egmérjük a jel intenzitását
Pulzusprogram
1H
τ
Eredmény A jel –Y0 és +Y0 értékek között – monoton – változik Göbeillesztés −τ / T1
Y (τ ) = Y0 (1 − 2 ⋅ e
)
11
5. Távolságmérés NOE differencia kísérlettel (NOE, Nukleáris Overhauser Effect) Elv: Dipolárisan csatolt, közeli magpárok közül az egyiknek az átmeneteit telítjük A csatolt partnek jelintenzitása megnı, vagy lecsökken.
Pulzusprogram 1H
cw
τ
S mag besugárzását követıen
I mag intenzitása kissé csökken vagy nı, A differenciaspektrum pozitív, vagy negatív
Eredmény A 2-6 Angströmnél közelebbi atommagok jelintenzitása megváltozik 12
5. Távolságmérés NOE differencia kísérlettel (NOE, Nukleáris Overhauser Effect) Elv: A telítést követıen SQ, DQ és ZQ relaxációs folyamatok A csatolt partnek jelintenzitása megnı, vagy lecsökken. ββ
ββ αβ
2
2
2
2
S telítése βα
2 αβ
αα
2
βα
αα
DQ relaxáció
ZQ relaxáció
ββ
ββ 1,5
2,5 αβ
2,5
βα
αβ
1,5
αα Pozitív NOE kis molekula, gyors forgás
βα
αα Negatív NOE nagy molekula, lassú forgás
Eredmény Kis molekuláknál pozitív, nagyoknál negatív NOE jellemzı
13
5. Távolságmérés NOE differencia kísérlettel (NOE, Nukleáris Overhauser Effect) Elv: Dipolárisan csatolt, közeli magpárok közül az egyiknek az átmeneteit telítjük A csatolt partnek jelintenzitása megnı, vagy lecsökken.
Elaiophylin CDCl3-ban
Eredmény Távolságfüggés 1/r6, kvantitatíven skálázható. 14
6. Cserefolyamatok észlelése NMR jelek kiszélesedésével (DNMR, Dinamikus NMR) Elv: A detektálás hosszú ideje alatt megváltozik a magoknak a kémiai környezete A jelek a cseresebességtıl függıen kiszélesednek, vagy kiélesednek T/K 310 300 290 280 270 260
Kölcsönös A ↔ B csere
250 240 230 220 210 200 -40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ν / Hz
Eredmény Egzakt adatok spektrumgörbe szimulációjával Konformációváltozás, vagy migráció cseresebessége mérhetı Hımérsékletfüggésbıl aktiválási paraméterek is meghatározhatók 15
6. Cserefolyamatok észlelése NMR jelek kiszélesedésével (DNMR, Dinamikus NMR) Elv: Egyedi spinek lassan relaxálnak, szuperponált jel koherenciahossza csökken, majd újra nı
τ=1s
τ = 0.1 s
τ = 0.01 s
τ = 0.001 s
Kölcsönös A ↔ B csere 16
6. Cserefolyamatok észlelése NMR jelek kiszélesedésével (DNMR, Dinamikus NMR) 1. Gear-effektus: 2. Amid-rotáció:
280 - 360 K között amid-rotáció
1 ⇔ 4 és 3 ⇔ 2 csere 1 ⇔ 2 és 3 ⇔ 4 csere
200 – 280 K között gear-rotáció 17
6. Cserefolyamatok észlelése NMR jelek kiszélesedésével (DNMR, Dinamikus NMR) Eyring-Polányi egyenlet
k (T ) =
κ ⋅ kB h
∆H ‡ − T∆ S ‡ T exp − RT
logaritmálva
κ ⋅ k B ∆S ‡ ∆H ‡ − ln (k (T ) ) = ln + h R R
1 ⋅ T
ln k
1/T
18
