(6) jiri brus
Heteronukleární korelační experimenty O2= 0
±lg
0
FSLG
FSLG 180±y ±±
90±y 35±y ±± ±± 1H:
+x -x +x -x
tf
±lg
+lg -lg +lg -lg x
+lg
FSLG
+x -x +x -x +x -x +x -x
180±x ±±
tf
180±x ±±
AMFSLGCP
-x
+x -x +x -x +x -x
+x
+x -x +x -x +x -x
t2 Acquisition
C:
ττr
0 kHz Decoupling (TPPM)
t1
13
0
+lg -lg +lg -lg +lg -lg
LGPI
2ττr
rotor period
t3
2D korelační NMR v pevné fázi – 1990-2000 FSLG dekaplink Mimorezonanční podmínka
∆LG(O 2) = ω1
2
2π 2 ω1 3
τ =
Doba trvání jednoho pulsu
Pak následuje změna fáze a offsetu
∆LG(O 2) = −ω1
2
τ odpovídá 2π rotaci kolem efektivního pole.
van Rossum BJ.; Foerster H.; De Groot HJM. High-Field and High-Speed CP-MAS 13C NMR Heteronuclear Dipolar-Correlation Spectroscopy of Solids with Frequency-Switched Lee–Goldburg Homonuclear Decoupling, J. Magn. Reson. 124, 516, (1997).
60
40
20
0
-20 -40 -60
1
Optimalizace FSLG Pro výkon dekaplovacího pole pl13 hledáme optimální offset O2. Adamantan
90°±y
!#
C CP/MAS NMR
LG-CW
CP
1H:
+x
13C:
+x O2
Optimalizace offsetu O2.
Offset = 9.8 kHz
18.8 kHz
38.0 kHz
64.0 kHz
84.0 kHz
94.0 kHz
2D 1H-13C FSLG HETCOR Jednovazebné korelace x 90± y35± y FSLG 1H:
CP
25
Decoupling (TPPM)
1 10
+x -x +x -x
t1
Acquisition
12
5
4
3
7
13 17
14
16
23
22
15
t2
13C:
6
8
Velmi krátká doba přenosu polarizace CP kontaktní doba 50-100 µs.
2
9
11
24
18
19 20 21
11 17
10
18
1
180
ppm
5
14
8 13 3
12
2
9 16 15 4 6 20
19
7
24
25
22 23
21
ppm 1 2 3 4 5 6 7 135
ppm
70
ppm
40
35
30
25
20
15
10
ppm
2
2D 1H-13C FSLG HETCOR Vzdálené korelace Prodlužující se doba přenosu polarizace až na 5 ms. 12
1 18
11 17
5
14
8 13
3
10
19
2
4 6
20 15
9
23 16 22 7
25
24
21
(A)
ppm
500 µs
0 1 2 3 4
H3/H5-C6 H14-C22;C23;C24
5 H14-C18
H14-C19
H14 - C13 H14-C15
6
H17-C16 H17-C24
ppm H25-C10
0
H25-C6
H25-C11
1
H11-C9
(B)
H25-C9
900 µs
H2’-C3
2
H4-C3
3 H2-C1
H9-C10
H9-C25
4
H3-C2
H3/H5-C6
H5/H14-C7
5 6 ppm 0
(C)
2000 µs
H25-C1 H24-C18
1 H15-C18
2 OH/H2C3
3 H2-C1 H3-C1
4
H5-C6
H3-C19
H3-C21
5 H10/11-C7
H14-C24
H10-C19
6
H10/11-C24
180
ppm
ppm
135
70
ppm
40
35
30
25
20
15
10
ppm
3D 1H-13C FSLG HETCOR Vzdálené korelace 90± y35± y FSLG 1H:
ppm
Decoupling (TPPM)
+x -x +x -x
t1
2
LGCP
t2
Acquisition
13C:
4
t3 6 40
35
30
25
20
15
10
ppm
2
1Η
4
6 40
35
30
25
20
15
10
Pro každý rozlišený spinový pár 1H-13C lze naměřit dipolární interakční konstantu a odhadnout meziatomovou vzdálenost.
13Χ
13 Χ 1 Η−
υµ τρ εχ σπ αρ λ ο διπ
3
1H-13C
kontakty: dipolární spektroskopie Rozšířený 3D experiment
ppm
0.1 ms
5
10 ppm
0.5 ms 5
90± y35± y FSLG 1H:
10 ppm
LGCP
Decoupling (TPPM)
+x -x +x -x
t1
3.0 ms
t2
Acquisition
13C:
5
t3 10 150
140
130
ppm
120
60
50
40
ppm
30
Strukturní fragmenty 3D 1H-13C FSLG-LGCP HETCOR Form II 19
3’’ 11’ 12’ -p’ 15’’ -o 16’’ 2 15’ 3’ 11’’-m 13 16’ 12’’ -i -p’’
21’ 14’’ 14’ 21’’
5’’ 5’ 7’’ 7’
17
9’’ 8’’ 1’’ 8’ 10’ 10’’ 1’
6’ 6’’
4 9’
ppm 0
Structural fragments determined from ssNMR spectra
0.1 ms
5
10 ppm
0.5 ms H17-C19
5 H21-C19 NH-C19
O
H4-C3’’
H9-C11
17
H
N H
H9-C11
9
8 10
6N
11 H10’(1’)-C3’
H21-C11(15) H21-Ci
13
Ho-Ci
Har-C8
20 O
i
15
p m
H
4 3
H12’-C1’’
N
NH-C17
H 3C
H14-C15
H3C
H4-C21(5)
3.0 ms
19
o CH3
5 16
14
H14’-C1’ H12’’-C1’
H2-C3’
H21-Ci
21
18 N 7 H
H
12
10 ppm
O
O
1
2 O
O N H
N
H1’-C13
5
H21-C16’
N
H1’-C12’’ H21-C3’’
H2-C21’’
H12-C19
H3C
H1’’(21)-C17 H12(Har)-C8’’ Har-C4
Har-C6’’ NH-C6’
10
NH-C1’’ NH-C10’’
NH-C21’
160 150
140 130
120
ppm
60
50
40
30
ppm
4
Strukturní fragmenty - geometrická omezení 13C-1H FSLG-LGCP HETCOR v porovnání s XRPD výsledky
Strukturní fragmenty získané z ssNMR spekter
Upřesněná XRPD struktura
O
O
O
17
H
N H
9
8 10
6N
11 13
20 O
i
5
H12’ H1’
15
o
p m
CH3 H
16 14
4 3
N H 3C
C1’ C4’
H2’
C17
19
H
12
C13’’
21
18 N 7 H
H3C
1
2 O
O N H
N
HAr C21’’
N H3C
2D 1H-13C FSLG HETCOR - selektivita
11
10 18
1
17
5
8 13 14
3
12
2
9 16 15 4 6 20
19
7
24
25
22 23
2D 1H-13C FSLG HETCOR NMR s klasickou HH cross-polarizací x
21
ppm 1
90± y35± y FSLG
2
1H:
3
CP
Decoupling (TPPM)
+x -x +x -x
4
t1
5
Acquisition t2
13C:
6 7 180
ppm
18
1
ppm
135
11
10
17
70 ppm
5
14
40
3
12
35
2
30
25
9 16 15 4 6 20
19
7
20
15
24
10
25
22 23
ppm
2D 1H-13C FSLG HETCOR NMR s mimorezonanční LG cross-polarizací
21
ppm H4C5
1
x
H4C3
2
90± y35± y FSLG
3
1H:
4 5 6
13C:
7 180
ppm
135
ppm
70 ppm
40
35
30
25
20
15
10
Decoupling (TPPM)
+x -x +x -x
t1
H3C4
LGCP
Acquisition t2
ppm
5
2D 1H-13C FSLG HETCOR - 1H…1H…13C Štafetový přenos polarizace 25 1
1
ppm
18
12
17
5 14
8 13
3
11
10
4 6
10
19
9 16 22 7 23 24
25
6
8
21 12
2
5
16
23
22
15 24
2
3
14
H24-C2
1
4
7
13 17
0
2
9
11
20 15
18
19 20
3 21
4
H9-C8 H9-C6
5 6 ppm 0 1 2 H8/H13-C10
H9-C5
3 4 5 6 H10/H11-C15
7 180
ppm
135
ppm
70 ppm
40
35
30
H10/H11-C16
25
20
15
10
ppm
15
HH-CP – Během delší doby CP se velká část 1H magnetizace rozfázuje, ale také nastává spinová difuze a magnetizace se šíří mezi vodíky a teprve po jisté době se přenese do vzdálenějších 13C.
11
16 10
Korelační signály reflektují 1H-1H…1H-13C transfer. To je výhodné pro detekci intermolekulárních kontaktů.
2D 1H-13C HETCOR – krystalový disorder Chlorofyl a/H2O
Alifatické řetězce – Korelační signály jsou trošku skloněny – disperze 1H a 13C posunů je korelovaná – malé nehomogenní rozšíření: nepatrné změny v konformaci alifatických ocásků.
Polycylikcká část – Korelační signály jsou paralelní s osou 1H – žádná disperze 13C posunů – zcela krystalické konformačně uniformní: protorová separace obou částí molekuly .
6
Aplikace: nano-heterogeneous networks Epoxy-siloxane networks 2D 1H MAS NMR spectrum
1
H-13C FSLG HETCOR
13C
ppm 0
t1
Mixing
90° FSLG
LGCP
Decoupling (TPPM)
0.8 ppm (1H)
2
1H:
4
Acquisition t2
13C:
3.5 ppm (1H)
6
tm=800 ms
1H
8 80
60
40
20
ppm
Aplikace: Nano-heterogeneous networks Epoxy-siloxane networks I
Spin diffusion I
SAXS
10
q = 3.5 nm-1
1 ξ = 1.79 nm
0.6
teq 1/2 = 31 ms1/2
teq 1/2 = 47 ms1/2
0.5
0.1 0.01
0.1
0.4
1 10 q , nm-1
0.3
signál @ 9 ppm 13C; 3.5 ppm 1H
0.2 0.1
0.5 nm
0 0
10
20
30
40
50
60 1/2
t m ,µs
t1 90° FSLG
Mixing LGCP
1/2
Decoupling (TPPM)
1H:
1 nm 13C:
Acquisition t2 2 nm
Brus J. et al., Self-organization, structure, dynamic properties, and surface morphology of silica/epoxy films as seen by solid-state NMR, SAXS, and AFM , Macromolecules (2004); 37: 1346.
7
Aplikace: uspořádání v lipidové membráně
Colicin Ia – Částečně zabořený do lipidové membrány – rychlá spinová difuze.
T2 filter
Mixing
90° 1H:
13C:
LGCP
Decoupling (TPPM)
t1 Acquisition t2
DNA – Řetězce jsou pouze na povrchu – pomalá spinová difuze.
Daniel Huster, Xiaolan Yao, and Mei Hong. Membrane Protein Topology Probed by 1H Spin Diffusion from Lipids Using Solid-State NMR Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc., VOL. 124, NO. 5, 2002.
Aplikace: mikrokrystalické proteiny Lokalizace vody – detekce 1H NMR signálu A. Böckmann, M. Juy, E. Bettler, L. Emsley, A. Galinier, F. Penin, A. Lesage, Water–Protein Hydrogen Exchange in the Micro-Crystalline Protein Crh as Observed by Solid State NMR Spectroscopy, Journal of Biomolecular NMR , 32 195 (2005).
Mikrokrystalický protein Crh (catabolite repression histidine containing phsphocarrier protein)
Anne Lesage,Lyndon Emsley,Francois Penin,and Anja Bockmann, Investigation of Dipolar-Mediated Water-Protein Interactions in Microcrystalline Crh by Solid-State NMR Spectroscopy, J Am Chem Soc 128, 8246 (2006).
2D 1H-13C HETCOR – mikrokrystalický systém
H2O
Detekce imobilizovaných i pohyblivých molekul (rezidenční čas – jednotky ns)
H2O
Přímá chemická výměna H2O-OH
H2O
Detekce zcela imobilizovaných a fixovaných molekul (rezidenční čas – jednotky µs)
8
2D 1H-13C HMQC-J-MAS – maximální selektivita 90°±y
FSLG
CP
1H:
+x
FSLG
+x -x +x -x
FSLG
Decoupling (TPPM)
+x -x +x -x
180°±y 13C:
τ
+x
τ
H) , J IS , FSLG , MAS H) CP I z 90 (1 → I x → S x τ → 2 I z S y 90 (1 → o
o
(1H ),180 (13C ) H) , J IS , FSLG , MAS 2 I x S y Ω → 2 I x S y 90 (1 → 2 I z S y τ → S x o
o
HMQC-J-MAS 1. CP – 13C magnetizace (Sx) 2. t – Sx podle skalární interakce JCH na anti-fázovou IzSy 3. FSLG a MAS - potlačí II a IS dipolární interakce + CSA 4. 90°(1H) - anti-fázovou IzSy na dvoukvantovou IxSy 5. t1 – koherence IxSy se vyvíjí podle 1H chemického posunu 6. 180°(13C) – refokusace 13C chemického posunu 7. DQ koherence necitlivá na JCH, FSLG, MAS a 180°(13C) 8. 90°(1H) - dvoukvantovou IxSy na anti-fázovou IzSy 9. t – anti-fázová IzSy se refokusuje podle JCH na Sx 10. detekce
Inverzní detekce a gradientová spektroskopie Veniamin Chevelkov, et al. 1H Detection in MAS Solid-State NMR Spectroscopy of Biomacromolecules Employing Pulsed Field Gradients for Residual Solvent Suppression , J. Am. Chem. Soc., 125 7788 2003.
Speciální podmínky pro inverzní experiment: 1. CP/MAS sonda s gradientovými cívkami 2. Peptidy, proteiny. 3. Plné obohacení deuteriem + následná výměna labilních ND na NH. 4. Potlačení signálů zbytkové vody – vzorky musí být hydratované
9
Souhrn FSLG a jeho optimalizace
2D FSLG HETCOR x 90±y 35±y ±± ±± FSLG 1 H:
CP
Decoupling (TPPM)
+x -x +x -x
t1
ppm
Acquisition t2
13C:
2
4
6 40
Selektivita HHCP, LGCP a HMQC-J-MAS 90°±y ±±
CP
FSLG
1H:
+x
+x -x +x -x
13C:
+x
ττ
FSLG
FSLG +x -x +x -x
180°±y ±± ττ
Decoupling (TPPM)
35
30
25
20
15
10
3D FSLG HETCOR
Solid-state NMR and ………….
C13’’
H12’ H1’ C1’ C17
C4’
H2’ HAr C21’’
Spinová difuse a morfologie polymerů
Inverzní detekce
10
