LEKCE 7 Interpretace 13 C MR spekter Využití 2D experimentů ppm 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 ppm Zpracování, výpočet a databáze MR spekter (ACD/Labs, Topspin, Mnova)
Interpretace 13 C MR spekter rozsah chemických posunů: 0-300 ppm vzhledem k většímu rozsahu lépe rozlišitelné než 1 spektra chemické posuny závisí více na hybridizaci daného C (sp 3 < sp <sp 2 ) než na povaze sousedních skupin C=O v ketonech Aromatika, alkeny Alifatické C 3, C 2, C Alkyny C=O kyselin, aldehydů, esterů 210 150 100 80 50 0 TMS ppm
Interpretace 13 C MR spekter Přirozené zastoupení: 13 C: 1.11% ( 1 : 99.98%) Citlivost: 13 C, ( 1 ) 4 (13C) 1 je 64x citlivější jen z důvodu 1 je tedy 6400x citlivější, měření na více scanů interakce 13 C - 13 C nepozorovatelné (1:10000) interakce 1-13 C komplikují vzhled spektra užití dekaplinku (saturace, vyrovnání obsazenosti hladin) odstranění interakce s protony 90 detekce 13 C: t D1 1 : ozařování dekapling
Interpretace 13 C MR spekter - dekaplink 90 detekce 13 C: t D1 1 : ozařování dekapling Intenzity signálů v dekaplovaném spektru nejsou úměrné počtu odpovídajících jader C!!! vzhledem k OE dochází až na 200% navýšení intenzity signálu: OE = 1+ C během následných pulsů se spinový systém není schopen dostat do rovnováhy (T 1 relaxace) oba efekty se nejvíc projevují na nízké intenzitě kvartérních uhlíků
J interakce v 13 C 1 J interakce v 13 C 2 CCl 4 13 C spektrum 13 C spektrum počet čar v multipletu 2 n I +1 deuterované rozpouštědlo I = 1 CCl 3 CDCl 3 C 2 Cl 2 CD 2 Cl 2 C 3 Cl (CD 3 ) 2 SO
13 C spektra ( 1 dekaplink) nedekaplovaná: zachování multiplicity, ale značné snížení intenzity OC 3 C 3 C 3 dekaplovaná: odstranění interakce s protony, přehlednější spektrum, zvýšení intenzity signálů C 3 O O O
APT (attached proton test) Využívá přenosu polarizace přes 1 J(C,). Předpoklad: 1 J(C,) jsou podobné a hodnota t D je nastavena na 1 / J. Modulace amplitudy C 2 4 1 C 2,3 C C 3 1 J(C,) je závislá na hybridizaci: ethan ethylen acetylen 1 J(C,) [z] 124.9 156.4 249.0 hybridizace sp 3 sp 2 sp
13 C spektra dekaplovaná: odstranění interakce s protony, přehlednější spektrum, zvýšení intenzity signálů OC 3 J-modulovaná (APT): podle počtu připojených protonů pozitivní (C, C 2 ) nebo negativní (C, C 3 ) amplituda C, C 3 C, C 2 C 3 O O O
DEPT (Distortionles Enhancement by Polarization Transfer) Využití přenosu polarizace (předání polarizace citlivého jádra ( 1 ) méně citlivému ( 13 C)). Editace signálů dle posledního pulsu získáme separátní spektra pro primární (C 3 ), sekundární (C 2 ), a terciární (C) uhlíky. Měří se 3 experimenty pro různé hodnoty úhlu (45, 90, 135). 90 180 přenos polarizace 13 C: 1/2J 1/2J 90 180 1 : 1/2J { 1 }
DEPT - závislosti intenzit signálů na úhlu 1 pulsu 45 90 135 C C 2 C 3 orst Friebolin: Basic One- and Two-Dimensional MR Spectroscopy, Wiley VC, 2005
DEPT 13 C dec. C, C, C 2 a C 3 DEPT 45 C, C 2 a C 3 DEPT 90 C DEPT 135 C + C 3 C 2 orst Friebolin: Basic One- and Two-Dimensional MR Spectroscopy, Wiley VC, 2005
Možnosti zpracování spekter na VŠCT: Topspin (Bruker Biospin) Možnost instalace ve vaší laboratoři!!!
Mnova MR (dříve MestRe-C) K dispozici 45denní zkušební verze; plnohodnotná verze je zpoplatněná.
ACD/LABS ACD MR Processor: Možnost importu dat naměřených na VŠCT. Zpracování a analýza 1D a 2D spekter. a VŠCT je dostupná celoškolní licence MR Manager SUITE. Součástí tohoto balíčku jsou kromě 1D a 2D MR procesoru i prediktory C,,, F a P MR spekter a databáze. Instalační soubory pro celoškolní licenci ACD/Labs v. 12 naleznete po připojení k serveru \\habr\install\aplikace Možnost stažení akademické verze ze stránek výrobce: (http://www.acdlabs.com/resources/freeware/)
ACD MR Predictor: Rychlá a přesná předpověď 1, 13 C, 15, 19 F a 31 P MR spekter, chemických posunů a interakčních konstant. Výpočet 2D experimentů (COSY, ETCOR, TOCSY, MQC/MBC/SQC). ACD MR Manager: ACD MR DB: ACD V LABORATOŘI MR: MR Manager Suite Umožňuje import, zpracování a interpretaci 1D MR dat a tvorbu databází experimentálních dat. Databáze obsahuje množství struktur a chemických posunů. ( 1 : 202 200 struktur, 13 C: 191 900 struktur, 15 : 9 097 struktur, 19 F: 16 700 struktur, 31 P: 27 200 struktur.) Aldrich MR Library for ACD/Labs: Databáze obsahuje 35 164 1 a 13 C chemických stuktur.
Kompletní přiřazení signálů složitější molekuly 1 6 5 7 2 5 4 3 3 4 2 8 9 1 COSY: 1 1 korelace (přes 2-4 vazby) MQC: 1-13 C korelace (přes 1vazbu) MBC: 1-13 C ( 15 ) korelace (přes 2-4 vazby)
1 spektrum 8 2 5 4 3 2 1
COSY: 1 1 korelace (přes 2-4 vazby) ppm 2 8 1.0 1.5 2.0 5 2.5 4 3 2 1 3.0 3.5 4.0 4.5 Interpretace: diagonála - píky původního 1D spektra mimodiagonální píky (krospíky) indikují spin-spinovou interakci mezi jádry (J = 3-15 z) interpretace: od krospíku se vede horizontální a vertikální linie, průsečíky na diagonále určují pozici interagujících jader 5.0 5.5 6.0 6.5 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 ppm
APT (attached protone test) 2 8 5 4 3 2 1
MQC: 1-13 C korelace (přes 1vazbu) epřímá detekce: excitace 1, přenos polarizace na X jádro, detekce 1 zvýšení citlivosti jader s nízkým Experimenty MQC nebo SQC poskytují korelace jader 1 s X jádry ( 13 C, 15 ) přímo na ně vázanými, přenos magnetizace se děje tedy přes jedno vazebnou interakční konstantu J X. 1 J C 1 J C R C C C Ve spektrech se objeví pouze X jádra, která mají přímo vázaný atom 1. elze využít pro identifikaci kvarterních uhlíků!!!
MQC: 1-13 C korelace (přes 1vazbu) 2 8 5 4 3 2 1 Interpretace: asymetrické spektrum (na rozdíl od COSY) krospíky indikují přímé 1-13 C interakce interpretace: od krospíku se vede horizontální a vertikální linie, průsečíky na osách určují pozice interagujících jader
MBC: 1-13 C korelace (přes 2-4 vazby) Experiment MBC koreluje jádra 1 s jádry X ( 13 C, 15 ) přes dvě nebo tři vazby (interakce dalekého dosahu). Přenos magnetizace se děje přes tří/dvou vazebnou interakční konstantu J X. 3 J C 2 J C C C C a rozdíl od MQC můžeme identifikovat X jádra, které nemají přímo vázaný atom 1, např. kvarterních uhlíků. Ve spektru se objeví i interakce ostatních X jader s atomy 1 vzdálené o tři/dvě vazby. Využití při přiřazování aromatických systémů: 1 J(C,): 160 z 2 J(C,): -3.4 až 1.6 z Alifatické systémy: nejednoznačné výsledky vzhledem k většímu rozsahu interakčních konstant 2,3 J(C,) R 3 J(C,): 5.0 až 11.1 z 4 J(C,): -0.9 až -2.0 z
MBC: 1-13 C korelace (přes 2-4 vazby) ppm 20 2 8 30 40 50 60 5 4 3 2 1 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 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 ppm Interpretace: nepřímá detekce asymetrické spektrum krospíky indikují interakce 1-13 C přes 2 a 3 vazby (4 vazby) krospíky také s kvarterními uhlíky!!!! od krospíku se vede horizontální a vertikální linie, průsečíky na osách určují pozici interagujících jader někdy nejsou dokonale potlačeny krospíky jednovazebné interakce 1 J(,C)
MBC: 1-13 C korelace (přes 2-4 vazby) ppm 120 125 O 130 135 2 6 5 8 140 4 145 C 3 O 1 150 O O 155 3 C C 3 160 8.6 8.4 8.2 8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4 6.2 6.0 ppm
MBC: 1-13 C korelace (přes 2-4 vazby) ppm 120 125 O 130 135 140 145 150 2 6 C 3 O O 5 4 O 1 8 155 3 C C 3 160 8.6 8.4 8.2 8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4 6.2 6.0 ppm
MR dusíku jádro spin (I) el. quadrupol. moment (eq) přiroz. zast. (%) relat. citlivost 14 1 1.67 x 10-2 99.63 1.01 x 10-3 15 1/2-0.37 1.04 x 10-3 1 1/2-99.99 1.00 2 1 2.87 x 10-3 0.015 9.65 x 10-3 13 C 1/2-1.11 1.59 x 10-2 quadrupoly: jádra s I 1, distribuce náboje není sférická, čím vyšší eq, tím rychlejší relaxace, tím širší čáry, neprojeví se interakce počet spinových stavů (2I+1) quadrupolu 2 a 14 je 3: CDCl 3 v 13 C MR 1:1:1, 4+ v 1 spektru 1:1:1 14 není použitelný pro určování struktury, využitelný pro studium symetrie, mobility a vazebných interakcí 15 vhodný pro určování struktury, ale málo citlivý
1-15 MBC 1-15 MBC koreluje jádra 1 s jádry 15 přes dvě nebo tři vazby. Přenos magnetizace se děje přes tří/dvou vazebnou interakční konstantu J. epřímá detekce: excitace 1, přenos polarizace na 15, detekce 1 - zvýšení citlivosti jader s nízkým.
Ph 1 7 1-15 MBC 3 9 Ph ipr 3 9-9 -9-9 -9-7 -3-7 -1-1 8 C 2 Me 2 8 C 2 Me 2
MBC k rozlišení 7 a 9 izomerů purinových bazí 2, 8 -C 3 2 6 Cl 5 4 C 3 7 8 9 nebo Cl 6 2 7 5 8 4 9 C 3
MBC k rozlišení 7 a 9 izomerů purinových bazí 2, 8 -C 3 2 6 Cl 5 4 C 3 7 8 9 nebo Cl 6 2 7 5 8 4 9 C 3