I parametri NMR

1. I parametri NMR Il chemical shift Accoppiamento scalare La intensità dei segnali Il rilassamento

2. Costanti di accoppiamento

3. Accoppiamento scalare

4. Accoppiamento scalare 2J 3J 3J

5. Accoppiamento scalare

6. Accoppiamento scalare 13C 1H

7. Accoppiamento scalare 13C 1H

8. Accoppiamento scalare b b a a 13C 1H I S

9. Accoppiamento scalare

10. Accoppiamento scalare

11. Accoppiamento scalare omonucleare 3J HNHa 2J HbHb

12. Accoppiamento scalare 2J 3J 3J

13. Accoppiamento scalare

14. Accoppiamento scalare

15. Accoppiamento scalare

16. Sistemidi spin A2X3

17. Combinandoinsiemeaccoppiamentidiversi

18. Sistema AMX

19. Sistema AMX

20. Sistemidi spin A2X3

21. Combinandoinsiemeaccoppiamentidiversi

22. Costante di accoppiamento scalare Accoppiamento scalare 2 spin sono accoppiati per effetto di una interazione elettronica, ovvero per effetto di un legame chimico Questi effetto è generalmente osservabile per nuclei che distano fino a 3 legami sigma. Il fenomeno dell’accoppiamento scalare si esprime attrvaerso una constante di accoppiamento J Es HN-Ha 3J = 3-10 Hz LA costante di accoppiamento scalare ha come effetto la formazione di un doppietto. Ovvero ogni spin non appare come un singolo picco ma come un doppietto, le cui componenti sono separate in Hertz, dalla costante di accoppiamento 3-10 Hz

23. Accoppiamento scalare e rilassamento T2 La larghezza di riga di un segnale NMR dipende dalle proprietà di rilassamento T2. In prima approssimazione, il T2 dipende a sua volta dalle dimensione della molecola studiata. Piu’ la molecola è grande, piu’ il T2 è corto e piu’ i segnali sono larghi 3-10 Hz 15 Hz MW ca. 5000 In una proteina, la larghezza di riga di un Hn o di un Ha è tipicamente maggiore di 10 Hz, ovvero della separazione del doppietto. In queste condizioni, l’accoppiamento scalare non da luogo a doppietti osservabili 20-35 Hz MW. 10-20000

24. N

25. N Importante 3J dipendono dall’angolo diedro INFORMAZIONE STRUTTURALE IMPORTANTE PER RISOLVERE LE STRUTTURE

26. 3JHNHa= Acos2f + B cosf +C

27. Costanti di accoppiamento in sistemi uniformemente arricchiti in 13C ed in 15N

28. Costanti di accoppiamento3J Strategia Razionale La misura quantitativa di una costante d’accoppiamento 3J fornisce informazioni sul valore dell’angolo diedro coinvolto, ovverosia fornisce una informazione strutturale diretta Le costanti di accoppiamento scalare sono, da un punto di vista quantitativo, dipendenti dall’angolo diedro sotteso tra i quattro atomi coinvolti ESEMPIO: 3JHnHa3-6 Hz in a eliche 9-12 Hz in foglietti b H C C H

29. Costanti di accoppiamento The scheme of 1J scalar couplings

30. Rilassamento

31. T1 and T2 T1 describes the time evolution of magnetization in the z axis. This can only be observed if a final 90° pulse is applied to rotate the magnetization from the z axis to the xy plane. The intensity of the overall magnetization on the z axis is related to the overall energy of the system . i.e. the populations of ground and excited states The intensity of the magnetization on the xy axis is related to the rate of dephasing of the magnetization. T2 describes the time evolution of magnetization in the xy plane, where acquisition takes place. It can be observed directly in the FID (linewidth)

32. px px px px px px px px px px A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse E E E DE DE DE z z z z z z z z z z B0 B0 B0 B0 B0 B0 B0 B0 B0 B0 -y -y -y -y -y -y -y -y -y -y B1 B1 B1 B1 x x x x x x x x x x A Pulse z B0 -y B1 x

33. Rilassamento Il sistema reagisce alla perturbazione applicata per tornare all’equilibrio Rilassamento T1 La constante di velocità con cui la magnetizzazione ritorna all’equilibrio

34. T1 T1 describes the time evolution of magnetization in the z axis. Related to the overall energy of the system The populations of ground and excited states

35. p/2x p/2x p/2x p/2x p/2x p/2x p/2x p/2x p/2x p/2x A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse A Pulse E DE z z z z z z z z z B0 B0 B0 B0 B0 B0 B0 B0 B0 receiver receiver receiver receiver receiver -y -y -y -y -y -y -y -y -y B1 B1 x x x x x x x x x A Pulse z B0 -y B1 x

36. Rilassamento Il sistema reagisce alla perturbazione applicata per tornare all’equilibrio Rilassamento T2 La constante di velocità con cui la magnetizzazione scompare dal piano xy My=exp(-t/T2)

37. T2 T2 describes the time evolution of magnetization in the XYplane. In addition to the exchange of energy with the environment, nuclei exchange energy one with another. This does NOT affect the energy of the system but contributes to relaxation T2is alwayes shorter or equal to T1. It can be observed directly in the FID (linewidth)

38. z z z M 90° t y y y B1 wI x x x I t

39. The NMR spectrum FID The Fourier Transform of the FID provides the NMR spectrum Spectrum ½ Fmax(w) wI w1 w

40. Da ricordare • La larghezza di riga di un segnale dipende dal valore del tempo di rilassamento T2. Tanto piu’ T2 é lungo, ovvero tanto piu’ il sistema impiega tempo per tornare allo stato di equilibrio, tanto piu’ la riga NMR é stretta. • Una riga stretta permette al segnale di essere osservato con maggiore accuratezza • INOLTRE……

41. Da ricordare • Se un segnale ha un T2 molto piccolo, sarà impossibile osservare gli accoppiamenti scalari perché il sistema rilassa “durante” la osservazione dell ‘effetto.

42. I Meccanismi di rilassamento

43. Campi Magnetici Oscillanti

44. Anisotropia dello Spostamento Chimico (CSA)

45. Velocità di Rilassamento 15N in Calbindin D9K

46. Moti in Scala ns-ps del Citocromo b5 (Fe3+) Aumenta Mobilità

47. Moti in Scala ns-ps del Citocromo b5 (Fe2+) Aumenta Mobilità

48. I parametri NMR Il chemical shift La intensità dei segnali Accoppiamento Scalare Il rilassamento Accoppiamento Dipolare

49. Accoppiamento scalare Accoppiamento dipolare

50. Accoppiamento Dipolare mJ B0 mI q r