Základy NMR 2D spektroskopie

Transkript

1 Základy NMR 2D spektroskopie Jaroslav Kříž Ústav makromolekulární chemie AV ČR v.v.i.

2 puls 1D : d 1 Fourierova transformace časového rozvoje odezvy dá 1D spektrum 2D: d 1 d 1 d 1 d 0 d 0 + in 0 d 0 + 2in 0 FT FT FT druhá Fourierova transformace kolekce 1D spekter podle časového rozvoje prodlevy t 1 dá 2D spektrum d 1 d 0 + 3in 0 FT FT d 1 d 0 + 4in 0 FT puls t 1 puls nebo skupina pulsů

3 dostaneme 2D spektrum: F 2 v které měříme F 1 kterou vytvoříme inkrementací t 1

4 běžná a pohodlná forma prezentace: pohled shora projekce (suma intenzit v kolmém směru) nebo 1D spektrum ppm na diagonále máme měřené 1D spektrum 1.5 mimo diagonálu: tzv. krospíky (crosspeaks) které ukazují nějakou interakci ppm

5 nejběžnější, nejspolehlivější, nejrychlejší: OSY korelační spektroskopie (obvykle 1 1, ale i jiné) d 1 t 1 p/2 puls krospíky ukazují tzv, skalární spinovou interakci neekvivalentních protonů, tj. interakci po vazbách jinak řečeno geminální ukazují vazebné sousedství vicinální někdy resonanční R R 1 R

6 O O N l O ppm 1.5 spektrum je přirozeně symetrické podle diagonály čisté spektrum docílíme symetrizací která vynuluje vše, co není symetrické podle diagonály ppm

7 kaskáda vazeb

8 závislost - interakce na úhlu mezi - vazbami kdy OSY selhává? skoro nikdy krospíky mohou být slabé, jestliže 1. signál je složitý multiplet 2. protony mají vzájemně nevýhodnou polohu (slabá interakce) pomoct může TOSY (totální korelační spektroskopie) p/2 p p d 1 t 1 spinlock stálé rf pole nebo spíš řada pulsů TOSY ukáže krospíky mezi všemi protony, které mají buď přímou nebo nepřímou interakci

9 korelace přes prostor: NOESY spektra dynamická dipolární interakce mezi spiny: tzv. Nukleární Overhauserův Efekt (NOE) NOE závisí na 1/r 6 tedy efekt vidíme do vzdálenosti 4 5 A NOESY: p/2 p/2 p/2 d 1 t 1 t m inkrementovaná prodleva rozvine F 1 doménu konstantní směšovací prodleva obrátí spiny do - z vrátí spiny do x-y

10 3 3 3 O 2 2 N 3 l O nové krospíky ppm krospíky jako v OSY ppm

11 směšovací čas t m : 1. pro nízkomolekulární látky: přibližně T 1 (bezpečná hodnota 0.6 s) 2. pro polymery ca 0.2 s spolehlivost NOESY: multiplety nebo široké signály dávají slabé krospíky oligomery mají slabý až nulový NOE, tedy nemusí dát dobré NOE spektrum NOESY je 3x až 4x slabší než OSY, fázově citlivé NOESY je asi 3x méně citlivé než v magnitude modu chemická výměna může dát krospík v NOESY!

12 1-13 ( 1-15 N) přímá korelace krospíky mezi protony a přímo vázanými uhlíky a) heteronukleární analogie OSY: ETOR O O 3 N 3 l d 1 t 1 /2 t 1 /2 t t decoupling 13 excituje protony rozvine protonové signály v F1 doméně výhody: 13 signály v lépe rozlišené F 2 doméně (typicky 1028 nebo 2056 bodů přenese polarizaci na uhlíky t = 1 / 4J (J ca 145 z) nevýhody: měříme s citlivostí 13 signálů

13 O O N l DMSO 6 ppm O dva vodíky na jednom uhlíku ppm

14 b) inversní varianta: SQ (heteronuclear single quantum correlation děláme totéž, ale měříme protony v F 2 doméně excituje protony rozvine uhlíky v F1 přenese polarizaci na uhlíky přenese polarizaci zpět na protony pracujeme ve fázově citlivém modu, doporučené: States-TPPI výhody: podstatně vyšší citlivost, zvláště když měříme na inversní sondě nevýhody: při rozumném počtu bodů F1 (256) malé rozlišení v uhlíkové doméně (většinou ale nevadí)

15 SQ : 32 scanů 1 (ETOR: 80 scanů) 13 při 256 bodech v F1 ušetříme scanů tj. nejméně 6 hodin na inversní sondě lze i 16 scanů, někdy 8

16 MB (eteronuclear MultiBond orrelation) pro korelaci protonů se vzdálenými uhlíky, zejména kvarterními d t t 1 excitace protonů rozvoj 13 chem.posunů manipulace koherence vývoj - interakce ( ms) vrácení koherence krospíky jsou multiplety se vzdáleností interakční konstanty J nedekaplujeme pro vyšší citlivost

17 O O N 2 3 l ppm 20 MB tedy ukazuje i vzdálenější okolí (např. 6 má krospíky s 4, 5, 7) jestliže chceme jenom blízké okolí (jednu - vazbu), můžeme zkusit snížit t (často to ale nepomůže pro blízkost interakčních konstant J 3 a J 4 ) ppm