220 likes | 325 Views
NMR spektroszkópia (vegyész mesterkurzus: VEMKSI 4312S) Folyadékfázisú NMR spektroszkópia: polarizáció-átvitel skalárisan csatolt magok között. Szalontai Gábor 2010. április. Cél = feltáplálás = mágnesezettség-átvitel = polarizáció-átvitel.
E N D
NMR spektroszkópia(vegyész mesterkurzus: VEMKSI 4312S)Folyadékfázisú NMR spektroszkópia: polarizáció-átvitel skalárisan csatolt magok között Szalontai Gábor 2010. április
Cél = feltáplálás = mágnesezettség-átvitel = polarizáció-átvitel • Érzékenységnövelés (13C, 29Si, …103Rh, stb. magok mérése) • Segítség a hozzárendelésben: a C, CH, CH2 és CH3 csoportok azonosítása (spektrumszerkesztés)
Mágnesezettség (polarizáció) átvitel: eredendő jelerősség (1H vs.13C magpár) négyszer annyi proton mag van az alsó szinten mint 13C ! a proton négyszer olyan erős dipólmint a 13C ! a protonok négyszer olyan gyorsan precesszálnakmint a 13C -k! tehát 4*4*4 = 64 = g3-szor erősebb lesz a protonok által keltett feszültség jel! Ráadásul: mivel a 13C természetes előfordulás csak 1,1 %.
Polarizáció-átvitel • Figyelem! Miután az összes J-csatoláson alapuló polarizáció-átviteli kísérlet csak a szintek betöltöttségét tudja felcserélni, az elérhető növekedés legfeljebb egy gH/ gC (X) -nyi!
Szelektív átvitel (1H=A, 13C=X, JAX > 0 Hz) Két-kvantumos átmenet: NOE - DH - DC 13C 1H - DH + DC +1 : +1 + DH - DC 13C 1H 1H 13C + DH + DC zéró-kvantumos átmenet: NOE - DH - DC +DH - DC = + 4DC –DC = +3DC - DH + DC + DH - DC - DH – DC = -4DC –DC = -5DC + DH + DC -3 : + 5 DH = 4DC
Szelektív átvitel (1H=A, 13C=X, JAX > 0 Hz) • A nettó átvitel nulla (-3 + 5 = 2 = 1+1) ! • Ezért differenciális átvitelnek nevezzük! Két probléma van ezzel a megoldással: - szelektivitás (ez gyakorlatilag használhatatlanná teszi), - antifázisú jelek (pl. proton lecsatolás esetén ezek törlik egymást).
A megoldás: INEPT (InsensitiveNucleus Enhancementby PolarisationTransfer)(vektor modell)
INEPT (InsensitiveNucleus Enhancementby PolarisationTransfer) CH, CH2 és CH3 csoportok INEPT spektrumai
iso-codeine 1 1 e:\Avance400 inept [rel] [rel] iso-codeine 1 1 e:\Avance400 inept Scale : 2.2259 iso-codeine 2 1 e:\Avance400 inept 40 40 Scale : 0.10 iso-codeine 3 1 e:\Avance400 inept Scale : 0.0481 Scale : 0.0481 30 30 20 20 10 10 0 0 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 [ppm] [ppm] INEPT: példák (spektrumszerkesztés) INEPT (izo-kodein proton-lecsatolt) spektrum -CH2- k lefelé, -CH-k és CH3-ak felfelé INEPT (refókuszált de proton-csatolt) spektrum C-13 NMR (proton lecsatolt) spektrum
INEPT: példák (Si-29 N= …) INEPT (.... proton-lecsatolt) spektrum
Szelektív INEPT: polarizáció-átvitel két-, háromkötéses csatolások felhaszná-lásával
Törli a természetesC-13 polarizációt! INEPT vs. DEPT 180o1H impulzus Változó Θ+/-y t = 1/2J Kifejlődés t= 1/2J ideig 90o1H impulzus t = 1/2J 1H lecsatolás 13C 90o impulzus 13C 180o impulzus Akvizició +/- x INEPT DEPT pJD = Θ
Egy (SQ)- és több (MQ)-kvantum koherenciák: egyszerűsített fizikai kép (AX rendszer) SQ: DM= +/- 1, ezek észlelhetőek... A X MQ: DM= +/- 2, 3, ...mindig antifázisúak és emiatt nem észlelhetőek... nA + nX
A több-kvantum koherenciák tulajdonságai • A rendűséggel (p) arányosan változnak az átmenetek frekvenciái (p*f1). Ahol f1= a gerjesztő rf tér frekvenciája. • Ennek megfelelően változnak a fáziscsúszások is a gerjesztő impulzus szögéhez képest (p*f1)… • A zéró-kvantumos átmenetek függetlenek ettől a hatástól. • Gerjesztési eljárás: 90o-t-180o-t-90o (p=2, 4, 6, ...stb)
A DEPT minttöbb-kvantumszűrő: (kvantummechanikai modell) p/2 fp/2-ximpulzusok 180o1H impulzus t = 1/2J Kifejlődés t= 1/2J ideig 90o1H impulzus t = 1/2J 1H lecsatolás 13C 90o impulzus Két-kvantum (CH), három-kvantum (CH2) és négy-kvantum (CH3) koherenciákat hoz létre! A Θszög változtatásával ezek kiválaszthatóak (spektrumszerkesztési lehetőség! 13C 180o impulzus Akvizició +/- x Egy-kvantum koherenciákat létrehozó „beolvasó” impulzus!)
Spektrumszerkesztés: a jelintezitások és fázisok függése a Θ szögtől CH3 CH2 CH 90o 135o 180o
BL-57 3 1 e:\Avance400 2008_February [rel] [rel] BL-57 3 1 e:\Avance400 2008_February Scale : 0.4953 BL-57 2 1 e:\Avance400 2008_February 15 15 Scale : 0.1904 Shift : 0.0835 ppm = 8.40 Hz BL-57 4 1 e:\Avance400 2008_February Scale : 0.739 10 10 5 5 0 0 - 5 - 5 - 10 - 10 160 160 140 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 [ppm] [ppm] DEPT, APT: alkalmazási példák DEPT spektrum: nem minden szénatom látszik, a CH-k és CH3 –ak felfelé, és a CH2-ők lefelé mutatnak, a kvaternerek nem jelennek meg! APT spektrum: minden szénatom látszik, a CH-k és CH3 –ak lefelé, a kvaternerek és a CH2-ők felfelé mutatnak! Az oldószer jelei sem látszanak !!! C-13{H1} spektrum: minden szénatom látszik!
Polarizáció-átvitel egyéb, bármilyen magpár között • Miután az összes J-csatoláson alapuló polarizáció-átviteli kísérlet csak a szintek betöltöttségét tudja felcserélni, az elérhető növekedés vagy csökkenés legfeljebb egy gH/gC (X) -nyi! 31P (g=17.235) vs. 107Ag (g=1.98 rads-1T-1 ) 1J(31P - 1H) ~ 350 Hz
Attached Proton Test: alapelv 13C 90o impulzus 13C 180o impulzus t = 1/J Relaxációs szünet H-1 lecsatolás H-1 lecsatolás J = 13C-1H skaláris csatolási állandó ~ 125 – 230 Hz t = 1/J
Spektrumszerkesztés APT-vel: praktikum • Nincs polarizáció-átvitel. • Emiatt rossz az érzékenység. • Ha elegendő anyagunk van, ez a legcélszerűbb választás, hiszen az információ tartalma azonos egy normál + egy DEPT spektruméval! • Figyelem: túl rövid relaxációs szünet a kvaterner jelek eltűnéséhez vezethet!!
Javasolt irodalom • Szalontai Gábor: Egy- és kétdimenziós NMR módszerek, jegyzet (pdf) 2003. • A.Derome: NMR techniques for chemists, Pergamon, Oxford, 1987 • T.D.W.Claridge: High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry, Pergamon, Oxford, 1999 • M.H.Levitt: Spin dynamics, Wiley, Chichester 2002