Autor: martina urbanová, jiří brus Základní experimentální postupy NMR spektroskopie pevného stavu
Obsah přednášky anizotropní interakce v pevných látkách techniky rušení anizotropie jaderných interakcí techniky přiřazení signálů C MAS NMR spekter
Anizotropní interakce v pevných látkách vzhled spektra (spektrální rozšíření) ovlivňují: anizotropie chemického posunu (CSA) homonukleární dipolární interakce B 0 heteronukleární dipolární interakce C C C H q H C q H r, r,
Anizotropie chemického posunu Anizotropie chemického posunu Chemical Shift Anizotropy (CSA) původ v nesymetrickém stínění atomového jádra elektronovým obalem v různých směrech B ind B ind
Anizotropie chemického posunu 3cos q CS sin q cos B Iˆ z ˆ CS iso CS 0 H Hamiltonián chemického posunu isotropní složka iso 3cos anisotropní složka q sin q cos
Anizotropie chemického posunu 3cos q CS sin q cos B Iˆ z ˆ CS iso CS 0 H Hamiltonián chemického posunu B 0 Rot isotropní složka iso 3cos anisotropní složka q sin q cos Rot šířka spektra (khz) (5 35 khz)
Rotace vzorku pod magickým úhlem a techniky rušení spinových interakcí ZrO rotory. mm (<60kHz).5 mm (<35kHz) 4mm (<0kHz) 7mm (<7kHz) Pohybová implementace kubické symetrie měřenému systému 54.7 eff xx yy zz/ 3 33/ iso 3
Rotace vzorku pod magickým úhlem a techniky rušení spinových interakcí C CP/MAS NMR ZrO rotory. mm (<60kHz).5 mm (<35kHz) 4mm (<0kHz) 7mm (<7kHz) Pohybová implementace kubické symetrie měřenému systému 0 khz 0.5 khz 3.0 khz 54.7 khz eff xx yy zz/ 3 33/ iso 3
Experimentální optimalizace MAS KBr, glycin FID spektrum x 6 setting the magic angle with KBr (79Br detection) spinning speed 5 khz angle grossly misset (by about turn) x 8 glycin správně nastavený špatně nastavený angle well set 0 - -4-6 -8-0 - -4-6 ppm 400 00 0-00 ppm angle < magic angle (/4 turn out) x 6 setting the magic angle with KBr (79Br detection) spinning speed 5 khz angle well set x 8 angle > magic angle (/4 turn in) angle > magic angle (3/4 turn in) angle < magic angle (3/4 turn out) správně nastavený 00 50 00 50 ppm 8000 7800 7600 Hz 0 - -4-6 -8-0 - -4-6 ppm 400 00 0-00 ppm
Dipolární interakce dipól-dipólové interakce Adamantan C H q r, C NMR 3cos q Iˆ zsˆ z IS ˆ 0 I S D 3 4 ri, S H C MAS NMR C NMR + dekaplink I jádro izotopicky hojné s vysokým g. S - jádro izotopicky řídké s nízkým g. velikost úměrná gyromagnetickým poměrům. nepřímo úměrný třetí mocnině vzdálenosti (intramolekulární i intermolekulární působení). závislý na orientaci mezijaderného vektoru. C CP/MAS NMR + dekaplink 60 55 50 45 40 35 30 5 0 5 ppm
Dipolar Decoupling DD Rušení dipolárních spinových interakcí Dipolar Decoupling DD Adamantan CW dekaplink H: C NMR C: 90 y C MAS NMR C NMR + dekaplink 80 ( I ) ˆ zsz I ˆ Iˆ z Sˆ z C CP/MAS NMR + dekaplink 60 55 50 45 40 35 30 5 0 5 ppm
Dipolar Decoupling DD Two Pulse Phase Modulated Dekaplink dec = 50 khz p 0 p p 0 p.0.5 3.0 3.5 4.0 4.5 p /µs Pulse duration: p p - : 4.0 0.6 µs, to be optimised! phase step: 5, optimise, if needed! XiX Dekaplink p 0 p 80 p 0 p 80 3 4 3 R R 4 3 R 3 R dec = 50 khz n R t 90 95 00 05 0 5 p /s 0 pulse length: = x R, x n, but x n,... (recoupling at (n/4) R ) to be optimised!
Praktické aspekty rušení anizotropních interakcí rotace vzorku pod magickým úhlem Dipolární Decoupling zcela odstraní CSA částečně odstraní heteronukleární dipolární interakce velmi omezeně odstraňuje homonukleární dipolární interakce zcela odstraní heteronukleární dipolární interakce částečně odstraňuje homonukleární dipolární interakce Mohou obě techniky spolupracovat? MAS odstraní dipolární interakce a dipolární decoupling dočistí zbytkové interakce???? NE!!! Spíše pozorujeme interferenci
Praktické aspekty rušení anizotropních interakcí rotace vzorku pod magickým úhlem Dipolární Decoupling zcela odstraní CSA částečně odstraní heteronukleární dipolární interakce velmi omezeně odstraňuje homonukleární dipolární interakce zcela odstraní heteronukleární dipolární interakce částečně odstraňuje homonukleární dipolární interakce MAS - 30 khz, dec - 50 khz CW TPPM XiX 40 0 00 ppm 40 0 00 ppm 40 0 00 ppm ( C) ( C) ( C)
Experiment Ibuprofen (Ibaigin ) Zentiva Základní jednopulsní experiment s přímou excitací C jader bez rotace vzorku pod magickým úhlem a bez H dekaplinku. 7 hodin měření Stejné jako výše uvedený přístup + H dekaplink. 7 hodin měření Stejné jako výše uvedený přístup + H dekapling + rotace vzorku pod magickým úhlem (0 khz). 7 hodin měření
Experiment Ibuprofen (Ibaigin ) Zentiva Základní jednopulsní experiment s přímou excitací C jader bez rotace vzorku pod magickým úhlem a bez H dekaplinku. 7 hodin měření Stejné jako výše uvedený přístup + H dekaplink. 7 hodin měření Stejné jako výše uvedený přístup + H dekapling + rotace vzorku pod magickým úhlem (0 khz). 7 hodin měření Experiment s cross-polarizací, rotací vzorku pod magickým úhlem (MAS = 0 khz) a dekaplinkem 5 minut měření Experiment s cross-polarizací, rotací vzorku pod magickým úhlem (MAS = 7 khz) a dekaplinkem 5 minut měření
Cross-Polarizace - CP Dipolární kontakt Tepelný kontakt H: z B 0 C: z Magnetizace proudí z vysoce polarizovaných systémů do systémů málo polarizovaných Teplo teče z horkého objektu do objektu s nízkou teplotou
Cross-Polarizace - CP 90 y CP H: +x laboratory frame, I spin C: +x laboratory frame, S spin rotating frame B 0 W= H B H 0, I 500 MHz,I,S 5 MHz 0,S 0,I B I 0 B H,I B I,I B 0 W= C B C B I,I B S,S B C
Cross-Polarizace - CP B 0 B 0 B 0 W= H B H H z z B 0 B H B 0 C W= C B C B 0 B C z H: C: 90 y CP +x +x flip-flop -/ I I S -/ S I S I S / / B I,I B S,S Polarizace izotopicky hojných jader I. Snížení spinové teploty jader I v rotující soustavě souřadné. Ustavení kontaktu mezi I a S spin-lock a HH kontakt. Detekce magnetizace S při současném dekaplinku I.
Experiment Ibuprofen (Ibaigin ) Zentiva Základní jednopulsní experiment s přímou excitací C jader bez rotace vzorku pod magickým úhlem a bez H dekaplinku. 7 hodin měření Stejné jako výše uvedený přístup + H dekaplink. 7 hodin měření Stejné jako výše uvedený přístup + H dekapling + rotace vzorku pod magickým úhlem (0 khz). 7 hodin měření Experiment s cross-polarizací, rotací vzorku pod magickým úhlem (MAS = 0 khz) a dekaplinkem 5 minut měření Experiment s cross-polarizací, rotací vzorku pod magickým úhlem (MAS = 7 khz) a dekaplinkem 5 minut měření
Non-Quaternary Suppression - NQS C CP/NQS/MAS NMR Non-Quaternary Suppression H: 90 y CP +x potlačení CH a CH signálů silnou dipolární interakcí C: +x 80 y C a CH 3 signály zůstávají (vzdálené protony + rotace) -CH- -CH - -CH 3 C CP/MAS NMR 5 khz C CP-NQS/MAS NMR 5 khz 00 80 60 40 0 00 80 60 40 0 ppm
Cross-Polarization Polarization Inversion - CPPI C CPPI/MAS NMR Cross-Polarization Polarization Inversion H: C: 90 y CP +x +x PI -x +x Decoupling (TPPM) CP: - ms PI: 45-65 s Rozhoduje dynamika cross-polarizace. CP maximální signál. PI depolarizace CH prochází nulovým bodem CH už je negativní CP PI -CH 3 -CH- -CH - -CH- -CH - -CH- -CH - C CP/MAS NMR 5 khz C CPPI/MAS NMR 5 khz Čím silnější dipolární interakce tím rychleji se vystavuje C magnetizace Nejrychleji pro CH > CH > CH 3 > C 00 80 60 40 0 00 80 60 40 0 ppm
Základní experimentální postupy NMR spektroskopie pevného stavu