1 / 38

NMR spektroszkópia (vegyész mesterkurzus: VEMKSI 4312S Szalontai Gábor: folyadékfázisú NMR

NMR spektroszkópia (vegyész mesterkurzus: VEMKSI 4312S Szalontai Gábor: folyadékfázisú NMR. 2D NMR: heteronukleáris két- dimenziós eljárások 2010. április 26. Az X mag frekvenciája. Eredmény: az összetartozó X,Y magpárok kijelölése. Az Y mag frekvenciája.

amelie
Download Presentation

NMR spektroszkópia (vegyész mesterkurzus: VEMKSI 4312S Szalontai Gábor: folyadékfázisú NMR

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. NMR spektroszkópia(vegyész mesterkurzus: VEMKSI 4312SSzalontai Gábor: folyadékfázisú NMR 2D NMR: heteronukleáris két-dimenziós eljárások 2010. április 26. Az X mag frekvenciája Eredmény: az összetartozó X,Y magpárok kijelölése Az Y mag frekvenciája

  2. Azegy-kötéses heteronukleáris két-dimenziós eljárások lehetséges eredményei Az X mag frekvenciája 1J(13C-1H) ~ 125-215 Hz Az Y mag frekvenciája

  3. Több-kötéses heteronukleáris két-dimenziós eljárások lehetséges eredményei Az X mag frekvenciája 2J(13C-1H) ~ 5-15 Hz Az Y mag frekvenciája 3J(13C-1H)

  4. Skaláris csatolásokon alapuló heteronukleáris korrelációk: az X mag detektálása ún. direkt 2D mérésekkel • egy-kötéses korrelációk (HETCOR) • két- három-kötéses korrelációk (COLOC, FLOCK) • J-spektroszkópia (a spin-echo felhasználásával) APT, het2DJ és hom2DJ

  5. Az eljárás alapja: Insensitive Nucleus Enhancement by Polarization Transfer t= 1/4J 90o1Hy impulzus 90o1Hx impulzus t= 1/4J t = 1/4J t = 1/4J 180o 1H lecsatolás 180o 180o1H impulzus Akvizició +/- x 13C 180o impulzus 13C 90o x impulzus INEPT DEPT pJD = Θ

  6. A legyszerűbb HETCOR (2D) eljárás 90o1Hy impulzus 90o1Hx impulzus t1 t2 moduláció t1 alatt: kémiai eltolódás, csatolások Akvizició +/- x 13C 90o x impulzus

  7. A legyszerűbb HETCOR (2D) eljárás eredménye egy13C-1H magpár esetében 1H-13C csatolás 13C Ez lenne a kívánatos! 1H

  8. Egy-kötéses korrelációk (HETCOR: 2D eljárás) 90o1H impulzus 90o1H impulzus (gerjesztés) t= t1/2 D2/2 D2/2 t= t1/2 D1/2 D1/2 1H lecsatolás 180o 180o 13C 180o impulzus (szén lecsatolás) 180o 180o 13C 90o impulzus (PT lépés) F2 tengely: normál szén spektrum, de a kvaterner szenek hiányoznak! Akvizició +/- x F1 tengely: normál proton spektrum (csökkentett intenzitással)

  9. HETCOR: X, H magpárok azonosítása az X mag detektálásával: D1 D2 beállítása D1 = 1/2J szerepe: alatta nincs X lecsatolás, tehát működik a transzfer! D2 = ~ 0,3 /J (2-2,5 ms a H-C esetre) szerepe: szerkesztés!

  10. Példák heteronukleáris korrelációkra: 13C-1Hdirekt X-mérés HETCOR : ciklosporin 1H 13C

  11. Több-kötéses korrelációk (COLOC: 2D eljárás) Elvileg hasonló, de mivel sokkal kisebb csatolásokon alapul (3-15 Hz) ezekhez sokkal nagyobb D1 és D2 szünetek kellenek, amelyek alatt a jel intenzitása csökken! Megoldás: t1 –et a D1 szüneten belülre helyezik. Bónusz : n1 –ben a homonukleáris csatolások nem jelennek meg, csak a kémiai eltolódások modulálják a jelet t1 alatt!

  12. Több-kötéses korrelációk (COLOC: 2D eljárás) 90o1H impulzus (gerjesztés) 90o1H impulzus (PT lépés) t= t1/2 D1- t1 t= t1/2 1H lecsatolás 180o D2 refókuszálás 180o 13C 13C 90o impulzus (PT lépés) 13C 180o impulzus (lecsatolás) Akvizició +/- x

  13. Probléma: egy 2D kísérlethez még mindig gyenge az érzékenység • Megoldás az ún. inverz detektálás, ami egy bő mag (általában, de nem szükségszerűen proton) detektálását jelenti (általában, de nem szükségszerűen) erre a célra átalakított mérőfejen.

  14. Skaláris csatolásokon alapuló heteronukleáris korrelációk: az X mag mérése proton-detektált ún. indirekt mérésekkel • egy-kötéses korrelációk • Heteronuclear Multiple Quantum Correlation • Heteronuclear Single Quantum Correlation • két- három-kötéses korrelációk (HMBC) MB= multiple bond

  15. Jegyzet: 4.3.6 ábra. Heteronukleáris korrelációk koherencia diagramjai és elméleti érzékenységei. (a) és (b) hagyományos eljárások (az X-magot detektálják), (c) és (d) eljárások (protoninverz detektálás történik). Preparation, Evolution, Mixing és Detection a kétdimenziós eljárások már ismertetett szakaszai.

  16. Az inverz és normál mérőfejek tekercs elrendezései normál eset: X-tekercs (belül) H-1 tekercs (kívül) inverz eset: X-tekercs (kívül) H-1 tekercs (belül)

  17. Inverzheteronukleáris korrelációk: tulajdonságok • „Bő” mag (1H) detektálás • X mag lecsatolás történik • Polarizáció-átvitel az X magról a H-ra (az X magnak megfelelő magot detektálunk, de proton érzékenységgel (ez (64/4)x100 -szeres (?) érzékenységnövekedést jelent a 13C-1H pár esetében) • Csak a skalárisan csatolt HX párok jelennek meg. • A proton relaxáció a meghatározó. • A skaláris csatolási állandó alkalmas megválasztásával „szortírozhatóak„ a megjelenő X magok. • Nemcsak egy-kötéses korrelációk jelennek meg, ha a tényleges csatolás eltér a feltételezettől. • Az f1 (X) dimenzióban megjelennek a proton-proton csatolások (a passzív JHH csatolások modulálják a jelet t1 alatt).

  18. Heteronukleáris korrelációk: indirektmérések, több-kvantumos korrelációk (HMQC, elvi séma) A D periódus alatt létrejövő antifázisú 1H mágnesezettséget az első szén impulzus viszi át a csatoló szén partnerre (több-kvantum koherenciák, két (p= +1 +1=2) és zéró-kvantumosak (p=+1 -1=0), jönnek létre), a t1 időszak alatt mind a proton, mind a szén eltolódások modulálják ezeket a koherenciákat, de az aktív JCH csatolások nem. Miután ezek közül csak a szén eltolódásokra van szükségünk az f1 dimenzióban, a proton csatornába helyezett Xp impulzus segítségével megszabadulunk az 1H eltolódások moduláló hatásától. Ezután a második szén impulzus visszafordítja a több-kvantum koherenciákat érzékelhető egy-kvantum mágnesezettségeké, amelyek azonban ismét antifázisúak, ezért egy második Dszünetre is szükség van, hogy a széles-sávú X-lecsatolást alkalmazni lehessen.

  19. Proton-detektált egy-kötéses korrelációk (Heteronuclear Multiple Quantum Correlation) • = 1/(2JXH) 90oX PT impulzus Kifejlődés t1 ideig 13C 13C (X) lecsatolás 90o X PT impulzus 1H 90o impulzus (gerjesztés) Akvizició +/- x • = 1/(2JXH) antifázis kialakul 1H 180o impulzus (refókuszálja proton eltolódásokat) F2 tengely: normál szén spektrum, de a kvaterner szenek hiányoznak! F1 tengely: normál proton spektrum (csökkentett intenzitással)

  20. Inverz heteronukleáris korrelációk: akadályok 4.3.8 ábra. A nem kívánt mágnesezettségek kiszűrése az HMQC szekvenciában, az első 13C impulzus inverziójával a szatellitek fázisa is invertálódni fog, fázisléptetés segítségével (az első szén impulzus fázisát 90 fokkal lépdeltetve) kapjuk a-t és b-t, majd ezeket egymásból kivonva c-t. A kivonási maradék azonban még így is jelentős.

  21. Heteronukleáris korrelációk: indirektmérések, egy-kvantumos korrelációk (HSQC, elvi séma) HSQC (Heteronuclear Single-Quantum Correlation): mint azt a neve is sugallja, a leglényegesebb különbség az HMQC-hoz képest, hogy ebben az esetben a t1 periódus alatt csak egy-kvantumos 13C koherenciák vannak jelen, az H-X csatolások refókuszálódnak a periódus végére, tehát csak a szén (X) kémiai eltolódás marad mind moduláló hatás és természetesen csak ez jelenik meg f1-ben. A polarizáció-átvitelt a protonokról a szén-13 magokra és vissza két INEPT szekvencia betét valósítja meg.

  22. Skaláris csatolásokon alapuló heteronukleáris korrelációk: az X mag mérése proton-detektált ún. indirekt mérésekkel • egy-kötéses korrelációk • Heteronuclear Multiple Quantum Correlation • Heteronuclear Single Quantum Correlation • két- három-kötéses korrelációk (HMBC) MB= multiple bond

  23. Proton-detektált több-kötéses korrelációknJCH) = 3-9 Hz (Het. Multiple Bond Correlation) Antifázisú multiplettek vannak! Adatfeldogozás: abszolútérték! Nincs refókuszáló szünet! 90oX PT impulzus Kifejlődés t1 ideig 13C (X) lecsatolás 13C 90o X PT impulzus 1H 1H 90o impulzus (gerjesztés) • = 1/(2nJXH) antifázis kialakul ~ 100 ms !! Relaxáció!! 1H 180o impulzus (refókuszálja proton eltolódásokat) Akvizició +/- x

  24. Alkalmazási példák • 1H-13C korrelációk • Izo-kodein (hsqc gp) • Porfirin származék (hsqc gp) • Ciklosporin • Mentol (hsqc gp, hmbc gp) • 1H-15N korrelációk • Izo-kodein (hsqc gp) • Ciklosporin (hsqc gp) • Önszerveződő komplexek (hmbc gp) • Ru-komplexek

  25. kodein 1 999 e:\Avance400 HSQC F1 [ppm] [ *1e6] 1.5 mg izo-kodein in CDCl3 HSQC-ge ns=12 ni=1k resolution 20 Hz J=132 Hz 60 2005.8.17. SzG 3 14h 80 2 100 1 120 0 6 5 4 3 F2 [ppm] Példák heteronukleáris korrelációkra: 13C-1Hgradiens-segített indirekt mérések (HSQC ): izo-kodein 13C 13C ns=12 ni=1k resolution 20 Hz F1 [ppm] 60 80 100 120 J=132 Hz 6 5 4 3 F2 [ppm] Mérési idő = 1H

  26. porfirin 1 1 e:\Avance400 HSQC [ *1e6] F1 [ppm] F1 [ppm] porfirin C-13 - H1 detected NMR in CDCl3 porfirin C-13 - H1 detected NMR in CDCl3 22 mg/0.5 ml 22 mg/0.5 ml HSQC experiment with Z-gradient Sample: 9605 J=132 Hz J=132 Hz 132 2.0 132 SzG SzG 2005.8.17. 2005.8.17. 1.5 133 133 1.0 134 134 0.5 0.0 135 135 8.8 8.6 8.4 8.2 8.0 F2 [ppm] 8.8 8.6 8.4 8.2 8.0 F2 [ppm] Példák heteronukleáris korrelációkra: 13C-1Hgp-indirekt mérések (HSQC ): t.fenil-porfirin 13C 1J(13C-1H) = 132 Hz Mérési idő = 10 h 1H

  27. Példák heteronukleáris korrelációkra: 13C-1H (inverz) detekcióHSQC: ciklosporin 13C 1H

  28. menthol 1 1 e:\Avance400 HSQC [ *1e6] [ *1e6] F1 [ppm] F1 [ppm] P28= 1000usec 30 30 0 0 3 3 40 40 2 2 - 20 - 20 50 50 60 60 - 40 - 40 70 70 1 1 3.5 3.5 3.0 3.0 2.5 2.5 2.0 2.0 1.5 1.5 F2 [ppm] F2 [ppm] Heteronukleáris egy-kötéses korrelációk (hsqc-gradient promoted) 13C-1H: mentol 1J(13C-1H) = 135 Hz Mérési idő =

  29. Heteronukleáris egy-kötéses korrelációk (hsqc-gradient promoted) 15N-1H: formaldehid 15N Minden proton az egyetlen N maggal csatol, ha az 15N! 1H

  30. Heteronukleáris egy-kötéses korrelációk (hsqc-gradient promoted) 15N-1H: ciklosporin 2,3J(15N-1H) = 90 Hz Figyelem: ha nem látjuk az NH jelet a proton spektrumban, akkor elég reménytelen a dolog, hiszen az átvitel nem valósulhat meg pl. kémiai csere vagy gyors relaxáció miatt!! 15N 1H ~ 25 mM, old. benzol-d6 ~ 1 óra alatt

  31. Példák: heteronukleáris egy-kötéses korrelációk (hmbc-gradient promoted) 15N-1H: p.ligandum 1H 15N ~ 4 mg/0,4 ml CDCl3 Mérési idő ~ 14 óra 2,3J(15N-1H) = 5 Hz

  32. Ajánlott irodalom • Szalontai Gábor: Egy- és kétdimenziós NMR módszerek, jegyzet (pdf) 2003. • A.Derome: NMR techniques for chemists, Pergamon, Oxford, 1996 • T.D.W.Claridge: High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry, Pergamon, Oxford, 1999 • M.H.Lewitt: Spin dynamics, Wiley, Chichester 2002

  33. Térgradiens-segített korrelációs spektroszkópia (lásd a 4.2.4. fej.) A zavaró 1H-12C vagy 1H-14N jelpárok kiszűrése az összes inverz kísérletben alapvető fontosságú. Térgradiens-impulzusok alkalmazása a szűrésre, HMQC (a) abszolútérték és (b) fázisérzékeny változatok Ezek a mérések erre a célra kialakított, gradiens tekerccsel ellátott mérőfejet igényelnek.

  34. J-spektroszkópia (a spin-echo felhasználásával) APT, het2DJ és hom2DJ • Az eddigiek során már több esetben foglalkoztunk a spin-echo jelenségével, számos impulzus-szekvencia tartalmazott egy vagy több spin-echo-t, elsősorban az evolúciós periódus (t1) alatti kémiai eltolódás függés megszüntetésére, de más célból is. • Az alábbiakban néhány olyan alkalmazásról lesz szó, amelyekben a spin-echo-k képezik a szekvencia alapját, összefoglaló néven gyakran J-spektroszkópiának is nevezik ezeket az eljárásokat. A 2D spektroszkópia korai időszakában (1980-as évek) ezek az érdeklődés középpontjában voltak, azóta ez a helyzet némileg változott, de még mindig számos olyan feladat van, amelyek megoldásában igen előnyösen alkalmazhatók.

  35. Heteronukleáris J-modulált spin-echo Kifejlődés tideig Kifejlődés tideig Akvizició +/- x 90o13C impulzus (x) py 1H csatorna Szélessávú lecsatolás 1H 180o impulzus

  36. Vektordiagram: heteronukleáris J-modulált spin-echo • 4.4.1.1 ábra. Spin-echo kifejlődése egy AX (a) és egy AX2 (b) spinrendszer esetében. • Mivel a szétterülés frekvenciája kétszeres az utóbbiban, a t időszak végén létrejövő echo jel fázisa 180 fokkal eltér az AXecho-étól. • APT: egy alternatív megoldás a J-modulációra (kapuzott lecsatolás) • (szintén az AX rendszer esetén) .

  37. Heteronukleáris J-modulált spin-echo: különbség spektrumok

More Related