Spin Sättigungstransfer-Differenz-NMR (SSTD NMR): Ein neues Werkzeug zu erhalten kinetischen Parameter der chemischen Austauschprozesse

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die kinetischen Parameter und Prozesse des gegenseitigen chemischen Austauschs in kleinen organischen und metallorganischen Molekülen zu erhalten, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu messen sind. Diese Methode kann helfen, die Moleküldynamik von organischen und metallorganischen Molekülen zu verstehen, die sich im chemischen Austausch befinden. Zum Beispiel Rotationsvarianz, Konformationsgleichgewicht, Stickstoffinversion, Ligninaustausch und Tautomerisierung.

Die Hauptvorteile dieser Technik bestehen darin, dass keine Koaleszenz der sich austauschenden Signale erforderlich ist und dass die Geschwindigkeitskonstante und die Relaxationszeit im selben Experiment erhalten werden. Wir hatten die Idee zu dieser Methode erstmals, als wir das Funktionsverhalten von Platin-Ionen-Komplexen in Lösung untersuchten und erkannten, dass die Techniken der variablen Temperaturausrichtung nicht geeignet waren. Aufgrund unserer Erfahrung mit Protein-Lignin-Wechselwirkungen durch NMR erkannten wir, dass tatsächlich ähnliche NMR-Ansätze zur Untersuchung von Austauschprozessen in organischen Molekülen angewendet werden könnten, und es stellte sich heraus, dass dies wahr war.

Geben Sie fünf Milligramm nn-Dimethyacidamid in ein NMR-Röhrchen, das für niedrige Temperaturen geeignet ist, und lösen Sie sechs Milliliter duteriertes Tolulen im Nullpunkt auf. Um die SSTD-NMR-Experimente einzurichten, führen Sie zunächst die Probe in den Magneten ein. Einer der wichtigsten Schritte zur Unterstützung des NMR-Experiments ist die Temperaturregelung, also stellen Sie sicher, dass sich die Probe mindestens 20 Minuten lang bei der gewählten Temperatur stabilisiert.

Sobald sich die Probe im Magneten befindet, geben Sie EDTE in die Befehlszeile ein. Ändern Sie die Temperatur auf die erste ausgewählte Temperatur, um das Experiment durchzuführen. Lassen Sie die Probe mindestens 20 Minuten lang bei der gewählten Temperatur stabilisieren.

Führen Sie ein konfessionelles Protonen-NMR-Experiment an der Probe durch, wie im Textprotokoll beschrieben, und erstellen Sie dann einen neuen Datensatz eines Protonen-NMR-Experiments, indem Sie auf Datei, neu klicken und das neue Experiment benennen. Geben Sie im neuen Datensatz RPAR in die Befehlszeile ein. Wählen Sie einen der STDDIFF-Parametersätze aus der Liste aus.

Um die STDDIFF-Impulssequenz auszuwählen, klicken Sie auf die Schaltfläche mit den drei Punkten in der Impulsprogrammzeile. Vor der Durchführung des SSTD-NMR-Experiments kalibrieren Sie das Proton mit einem 90-Grad-Hartpuls P eins. Geben Sie pulsecal in die Befehlszeile ein und kopieren Sie den Wert des 90-Grad-Impulses mit der höheren Leistung, die den kürzesten Impuls ergibt.

Führen Sie die Werte für den kalibrierten harten Impuls im Experiment mit dem Befehl getprosol ein. Stellen Sie als nächstes die Länge des eingestellten Impulses ein, geben Sie P13 ein und geben Sie einen Wert von 50.000 Mikrosekunden ein. Stellen Sie die selektive Impulsform ein, indem Sie auf Ein/Aus gehen und auf die Schaltfläche Bearbeiten neben der Form klicken, dann gehen Sie zur Form gepulst 13 und wählen Sie den Gaußschen Impuls.

Stellen Sie die selektive Impulsleistung SP13 auf 50 Dezibel ein. Geben Sie NS ein, und legen Sie den Wert auf acht fest, und geben Sie dann DS ein, und legen Sie den Wert auf vier fest. Um das SSTD-NMR-Experiment zu erfassen, öffnen Sie das Protonen-NMR-Experiment, um zu überprüfen, wo sich das Signal befindet, das bestrahlt wird.

Durchsuchen Sie dazu das Experiment im Software-Browser, klicken Sie mit der rechten Maustaste in den Datensatz und klicken Sie auf In einem neuen Fenster anzeigen. Die Selektivität der Bestrahlung muss präzise sein, um den Erfolg des Experiments zu gewährleisten. Stellen Sie sicher, dass keine Korrekturchemikalien verwendet werden oder die Bestrahlungsfrequenz falsch eingestellt werden kann.

Bewegen Sie die Cursorlinie in die Mitte des zu bestrahlenden Signals und notieren Sie die chemische Verschiebung in Teilen pro Million. Wählen Sie die spektrale Breite aus, die im Experiment verwendet werden soll. In diesem Fall liegt das zu bestrahlende Signal bei 2,17 ppm und die verwendete spektrale Breite bei 1,46 ppm.

Gehen Sie als Nächstes zum zuvor erstellten SSTD-NMR-Experiment, erstellen Sie eine Liste mit den Bestrahlungshäufigkeiten, indem Sie FQ2LIST in die Befehlszeile eingeben und eine vorhandene Liste auswählen. Bearbeiten Sie die Liste der Bestrahlungsfrequenzen, wie im Textprotokoll beschrieben. Speichern Sie die Liste unter einem neuen Namen.

Geben Sie dann FQ2LIST in die Befehlszeile ein und wählen Sie die soeben erstellte Liste aus. Um das Experiment auf das zu untersuchende Signal zu zentrieren, geben Sie O1P ein und wählen Sie die chemische Verschiebung im Signal, das bestrahlt werden soll, als Zentrum des Experiments aus. Geben Sie SW ein, um die spektrale Breite auszuwählen.

Wählen Sie den Wert für die Inter-Scan-Relaxationsverzögerung D1. Stellen Sie sicher, dass es mindestens das Ein- bis Fünffache des Wertes des T1 des am langsamsten entspannenden Protons beträgt. Geben Sie D1 ein, und legen Sie den Wert auf 40 Sekunden fest. Legen Sie den ersten Wert für die Sättigungszeit fest, indem Sie D20 eingeben und auf 40 Sekunden festlegen.

Bestimmen Sie die Empfängerverstärkung automatisch, indem Sie RGA eingeben. Erstellen Sie das nächste Experiment, indem Sie IEXPNO eingeben. Geben Sie D20 ein und wählen Sie eine Sättigungszeit von 20 Sekunden.

Geben Sie dann RGA ein, um RG automatisch zu bestimmen. Wiederholen Sie den letzten Schritt für D20 gleich 10, fünf, 2,5, 1,25, 0,625 und 0,3 Sekunden. Sobald alle Experimente erstellt sind, öffnen Sie das erste und geben Sie in der Befehlszeile multizg ein und geben Sie die Anzahl der Experimente an. Um die Daten zu verarbeiten, öffnen Sie den Prozess Nummer eins aus der Reihe der Experimente mit der höheren Sättigungszeit.

Geben Sie in der Befehlszeile LB ein und setzen Sie den Wert auf 1,5. Geben Sie in der Befehlszeile EFP ein, und die Prozess-FID-Nummer ist gleich eins, die In-Prozess-Nummer gleich zwei. Korrigieren Sie die Phase des Experiments, indem Sie auf die interaktive Schaltfläche zur Phasenkorrektur klicken, speichern Sie es als Zwei-G-Experiment, speichern Sie es und beenden Sie es.

Geben Sie REP one in die Befehlszeile ein, um zum Prozess Nummer eins zu gelangen. Geben Sie in der Befehlszeile EFP ein, und die Prozess-FID-Nummer ist gleich zwei, die Prozessnummer ist gleich drei. Geben Sie als Nächstes in der Befehlszeile Punkt MD und dann REP 2 ein, um ein Mehrfachanzeigefenster mit den beiden Prozessspektren zwei und drei anzuzeigen.

Klicken Sie auf die Schaltfläche mit dem Delta-Zeichen, um die Differenzspektren zu berechnen und in Prozess Nummer vier zu speichern. Verlassen Sie dann das Fenster mit mehreren Anzeigen. Wählen Sie einen Integrationsbereich aus dem Signal auf der linken Seite.

Integrieren Sie immer die gleiche Region in Prozess Nummer drei und Prozess Nummer vier. Nach der Integration gehen Sie in jedem der Experimente auf die Registerkarte Integrale und kopieren Sie den absoluten Wert des Integrals. Wiederholen Sie den Vorgang für die restlichen Experimente mit unterschiedlichen Sättigungstypen.

Um die kinetischen Parameter zu erhalten, ziehen Sie zunächst die erhaltenen SSTD-Parameterwerte gegen die Sättigungszeit heraus. Fahren Sie mit der Datenanalyse fort, wie im Textprotokoll beschrieben. Die behinderte Rotation um die Amidbindung differenziert beide Methylgruppen in den Protonen-NMR-Spektren in zwei Signale.

Spinsättigung der Methylgruppe bei 2,17 ppm führt dazu, dass ihr Signal im Protonen-NMR verschwindet. Bei Sättigung der Methylgruppe B bei 2,17 ppm kann eine Übertragung der Sättigung auf die Methylgruppe A bei 2,16 ppm aufgrund der internen Rotation durch eine Abnahme der Protonenintensität im Signal bei 2,61 ppm beobachtet werden. Der SSTD-Parameterfaktor wird berechnet, indem der Wert des Integrals der Methylgruppe A im Differenzspektrum durch den Wert des Integrals der Methylgruppe A im ursprünglichen Spektrum dividiert wird.

Für eine bestimmte Temperatur ergab die Darstellung der Werte des SSTD-Parameters gegenüber der Sättigungszeit exponentielle Kurven. Die Anpassung der Kurven ergibt die Geschwindigkeitskonstante und die Relaxationszeit des Protons des gemessenen Signals. Diagramme des SSTD-Parameters über die Sättigungszeit bei verschiedenen Temperaturen ergaben entsprechende Geschwindigkeitskonstanten und die Relaxationszeiten.

Zur Berechnung der thermodynamischen Parameter wurde die Eyring-Gleichung verwendet. Die mit der SSTD-NMR erhaltenen Werte stimmen hervorragend mit den Daten überein, die mit anderen Techniken berichtet wurden. Sobald eine Reihe von Experimenten bei einer bestimmten Temperatur gemeistert wurde, um einen Wert für die Geschwindigkeitskonstante und die Entspannungszeit zu erhalten, kann sie in etwa drei Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig durchgeführt wird.

Wenn Sie dieses Verfahren ausprobieren, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Wahl der Lösungsmittel und Temperaturen entscheidend ist, um gute Ergebnisse zu erzielen. Denn die chemischen Austauschraten können bei diesen Parametern stark variieren. Nach diesem Verfahren können auch andere Prozesse wie kinetischer, weicher, intermolekularer chemischer Austausch und der Ligninaustausch untersucht werden, und außerdem könnte diese Methode erweitert werden, um mit Multi-Site-Austausch und ungleichen Populationen umzugehen, vorausgesetzt, dass eine angemessene Modifikation der Gleichung vorgenommen wird.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man ein Spinsättigungstransfer-Differenzexperiment durchführt und wie man den Magnetisierungstransfer verwendet, um kinetische und thermodynamische Parameter in Molekülen zu erhalten, die einem chemischen Austausch unterliegen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Chemikalien extrem gefährlich sein kann und dass bei der Probenvorbereitung bei diesem Verfahren immer Vorsichtsmaßnahmen wie Schutzbrille und Handschuhe getroffen werden sollten.