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Spin Différence Saturation de transfert RMN (SSTD RMN): Un nouvel outil pour obtenir cinétiques Paramètres de processus Exchange Chemical

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DOI :

10.3791/54499

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12 novembre 2016

 ,  ,  , 
1School of Chemistry, University of East Anglia, 2School of Pharmacy, University of East Anglia

Dans cet article

Résumé

Un protocole détaillé décrivant la méthode RMN SSTD est présenté ici pour aider les nouveaux utilisateurs à appliquer cette nouvelle méthode pour obtenir les paramètres cinétiques de leurs propres systèmes subissant un échange chimique.

Résumé

Ce protocole détaillé décrit la nouvelle différence Spin Saturation de transfert magnétique nucléaire protocole de résonance (SSTD RMN), récemment mis au point dans notre groupe pour étudier les processus de site mutuelle échange chimique qui sont difficiles à analyser par les méthodes traditionnelles. Comme son nom l'indique, cette méthode combine la méthode Spin Saturation de transfert utilisé pour les petites molécules, avec la différence Saturation de transfert de méthode (STD) RMN utilisé pour l'étude des interactions protéine-ligand, par mesure transitoire transfert de saturation de spin le long augmentation du temps de saturation (build courbes -up) dans de petites molécules organiques et organométalliques subissant échange chimique.

Les avantages de cette méthode par rapport à ceux qui existent déjà sont: il n'y a pas besoin d'atteindre coalescence des signaux d'échanger; le procédé peut être appliqué aussi longtemps comme un seul signal des sites d'échanger est isolé; il n'y a pas besoin de mesurer T 1 ou atteindre la saturation d'état stable; taux constant vaLues sont mesurées directement et T 1 valeurs sont obtenues dans la même expérience, en utilisant seulement une série d'expériences.

Pour tester la méthode, nous avons étudié la dynamique de la rotation encombrée de N, N -dimethylamides, pour lesquels des données sont disponibles concernant la comparaison. Les paramètres thermodynamiques obtenus en utilisant SSTD sont très semblables à celles rapportées (techniques de transfert de spin-saturation et analyse en ligne en forme). Le procédé peut être appliqué à des substrats plus complexes qui ne peuvent pas être étudiés par des méthodes précédentes.

Nous envisageons que le simple expérimental mis en place et la large applicabilité de la méthode à une grande variété de substrats allons faire une technique courante parmi les chimistes organiques et organométalliques sans une grande expertise en RMN.

Introduction

échange chimique se rapporte généralement à tout procédé intermoléculaire ou intramoléculaire, dans lequel le noyau se déplace d'un environnement à un autre, dans lequel les paramètres de RMN (de déplacement chimique, couplage scalaire, le couplage dipolaire, la vitesse de relaxation) diffèrent. Il existe de nombreux exemples d'échanges chimiques dans les molécules organiques et organométalliques (par exemple, les barrières de rotation dans biaryles, les barrières de retournement de cycle et équilibre conformationnel, inversion de l' azote, la liaison du ligand, échange de ligand dégénérée et tautomérisation). 1-3 Le taux de change chimique est liée à la thermodynamique de la barrière du processus d'échange, et donc son étude est d'une importance cruciale pour comprendre la dynamique moléculaire de ces systèmes.

Le signe classique d'échange dynamique en RMN est un changement radical dans la ligne-forme des signaux de RMN que les changements de température. A basse température, le processus est lent et deux déplacements chimiques distincts sont observed. A des températures élevées, les deux signaux se confondent en un seul signal, ce qui est connu comme «coalescence». A des températures intermédiaires, les signaux deviennent très large. Cette sensibilité du spectre RMN à l'échange chimique rend RMN une méthode très puissante pour étudier la dynamique des molécules en solution. Deux méthodes ont été principalement utilisés dans l'étude des processus dynamiques en solution:. Analyse ligne de forme, 4-7 et de saturation de spin des expériences de transfert 8-9 En outre, il convient également de mentionner la méthode 10 et le CIFIT transfert d'inversion programme 11 pour l'extraction directe des constantes de vitesse, qui sont une approche relativement efficace pour les mesures de change dans les systèmes simples. Bien que ces méthodes donnent de très bons résultats dans la plupart des cas, ils ont cependant un certain nombre d'inconvénients. Le principal inconvénient de l'analyse line-forme est les hautes températures nécessaires pour atteindre coalescence dans certains échantillons. 12 Les principales questions à considérer lorsque camissible sur rotation des expériences de transfert de saturation sont: les temps de saturation très longs nécessaires pour atteindre le transfert de saturation de l' état d' équilibre entre les sites d' échanger, et la nécessité de déterminer le temps de relaxation longitudinale constante, T 1, qui peut être difficile s'il y a chevauchement des différentes les signaux dans la région d'étude. 13

Dans le cadre de nos enquêtes dans les mécanismes organométalliques, 14-16 notre groupe étudie le comportement fluxional des complexes platine-allène en solution. Ceci est une tâche complexe qui implique au moins trois processus différents, l'un d'entre eux étant l'échange ou la rotation π-face du métal autour d'un des axes de allène. Nous avons rencontré ce normal expériences VT et les techniques d'analyse en ligne en forme qui ont été employées auparavant dans des systèmes similaires, 17-19 ne convenaient pas dans notre étude, en raison d'une rotation très lente dans notre complexe de platine-allène qui a fait la température de coalescence de la signaux d'intérêt supérieur à la température de décomposition du complexe.

Afin de surmonter cette limitation, nous avons développé et récemment rapporté un nouveau protocole de RMN (SSTD RMN) pour étudier les processus de site mutuelle échange chimique. 20 Comme son nom l' indique cette méthode combine la méthode Spin Saturation de transfert utilisé pour les petites molécules, avec le la différence de transfert de saturation RMN.Procédé utilisée pour l'étude des interactions protéine-ligand, 21-24 en mesurant le transfert de saturation de rotation transitoire le long de l' augmentation du temps de saturation (courbes build up) dans les petites molécules subissant l' échange chimique.

Avec cette nouvelle méthode (SSTD RMN), nous avons montré que nous pouvons obtenir les paramètres cinétiques d'échange chimique intramoléculaire dans les petites molécules organiques et organométalliques avec des avantages supplémentaires par rapport aux approches traditionnelles: coalescence des signaux est pas nécessaire, donc une plage de température plus flexible peut être utilisédans l'étude; chevauchement du signal ne perturbe pas, bien qu'au moins l'une des résonances de l'échange doit être isolé; il n'y a pas besoin de mesurer T 1 ou atteindre la saturation d'état stable; taux des valeurs constantes sont mesurées directement et T 1 valeurs sont obtenues dans la même expérience, en utilisant seulement une série d'expériences. Un autre avantage remarquable de la méthode RMN SSTD est que, contrairement à la forme de ligne d'analyse, la détermination des constantes cinétiques de vitesse ne soit pas limitée par l'augmentation des températures de coalescence associées à des champs magnétiques élevés. Ainsi, notre méthodologie est alors très bien approprié pour les deux champs magnétiques basse et haute. Cet article est destiné à aider les nouveaux utilisateurs appliquent cette nouvelle méthode à leurs propres systèmes en cours d'échange chimique, et décrit la préparation d'échantillons, dispositif expérimental, l'acquisition de données, et un exemple de traitement et d'analyse des données dans une molécule organique simple.

Protocole

Attention: S'il vous plaît consulter toutes les fiches de données de sécurité des matériaux pertinents (MSDS) avant utilisation.

1. RMN Préparation de l'échantillon

  1. Peser 5 mg de N, N - diméthylacétamide, ajouter à un tube de RMN approprié pour les températures basses et dissoudre dans 0,6 ml de toluène - d8.

2. RMN expérimentale Setup 25

  1. NOE Spectra Acquisition
    1. Effectuer un NOE (Nuclear Overhauser Effect) expérience unidimensionnelle. 26
      REMARQUE: les effets NOE peuvent se produire à toute température. A un spectre NOE dimensionnel irradier le signal qui sera irradiée dans l'expérience SSTD RMN, a été enregistré à -40 ° C pour vous assurer que le transfert de rotation et l'aimantation dans l'échantillon utilisé ici a été réduit au minimum, et donc le NOE, si existant, serait prédominer et mesurer dans cette expérience. Idéalement, les effets NOE entre les deux noyaux échangeant Should de ne pas être présent pour éviter les interférences avec la méthode de SSTD.
  2. SSTD RMN Experiments Setup
    1. Insérez l'échantillon dans l'aimant par la première ej de frappe dans la ligne de commande du logiciel pour activer le flux d'air. Ensuite, mettez l'échantillon au - dessus de l'aimant puis tapez ij. Attendez jusqu'à ce que l'échantillon est à l'intérieur de l'aimant.
    2. Une fois que l'échantillon est dans le edte aimant, tapez la ligne de commande. Changer la température à la première température choisie pour réaliser l'expérience (295,5 K dans ce cas). Laisser l'échantillon se stabiliser à la température choisie pendant au moins 20 min.
    3. Effectuer une expérience 1D 1 H-RMN sur l'échantillon.
      1. Créer un nouvel ensemble de données d'une expérience 1 H-RMN. Pour cela, cliquez sur FILE / NEW et nommez la nouvelle expérience.
      2. Tapez séquentiellement et en attente de la commande précédente à la fin: serrure, Atma, topshim, getprosol et RGA.
      3. tapez zg d'acquérir l'expérience de protons. Une fois terminé le type efp et apk à transformée de Fourier et ajuster la phase.
    4. Créer un nouvel ensemble de données, par exemple, une expérience de RMN 1 H. Pour cela, cliquez sur FILE / NEW et nommez la nouvelle expérience.
    5. Dans ce nouvel ensemble de données, tapez rpar dans la ligne de commande. Sélectionnez l' une des "STDDIFF" jeux de paramètres de la liste, par exemple STDDIFFESGP, et cliquez sur "lire" puis "lire tous" (Figure 1). Vous pouvez également le faire en tapant STDDIFFESGP rpar tous.
      NOTE: L'essai peut être effectué avec cette séquence d'impulsions. Cependant, le programme d'impulsion utilisé dans notre expérience était STDDIFF.
    6. Pour sélectionner la séquence d'impulsions de STDDIFF, cliquez sur le bouton avec trois points dans la ligne de PULPROG (figures 2 et 3).
    7. Avant de réaliser l'expérience SSTD RMN, calibrer le 1 H 90 ° puls dure (p1). A cet effet, faire en sorte que l'échantillon soit dans l'aimant à la température désirée (étape 2.2.2). Tapez pulsecal dans la ligne de commande et copier la valeur de l'impulsion de 90 ° à la puissance supérieure (pl1 = -1 dB dans ce cas), à savoir, celui qui donne l'impulsion la plus courte (figure 4).
    8. Introduire les valeurs pour l'impulsion dure calibrée dans l'expérience. Type de getprosol 1H (valeur pour p1 obtenus à l' étape 2.2.7) (valeur pour pl1) (Figure 5).
    9. Réglez la longueur de l'impulsion de forme. Type de p13 et d' introduire une valeur de 50.000 microsecondes (figure 6).
    10. Définir la forme d'impulsion sélective. Pour ce faire, allez à Power et cliquez sur le "Modifier ..." bouton à côté de SHAPE (figure 7). Aller à l'impulsion de forme 13 et choisissez: Gaus 1.1000 (Figure 8).
    11. Réglez la puissance d'impulsion sélective (SP13). Réglez - le à quelque chose d' approprié, à savoir , Sur ce système entre 40 à 60 dB ( ce qui correspond à une intensité de champ d'environ 120 Hz) (figure 8). Intensités de champ excessives peuvent conduire à des effets de saturation inacceptables. 27-29
      NOTE: 50 dB était optimale dans notre cas. Prenez en compte que ceci est une échelle d'atténuation, de sorte que plus la valeur la plus élevée de la puissance de la radiofréquence. Comme il correspond à la cascade de Gauss saturant, qui est appliqué depuis longtemps (quelques secondes), SP13 ne doit pas descendre en dessous de 40 dB (si nécessaire, consulter les spécifications de l' instrument, tant des impulsions à haute puissance pourraient endommager la tête de sonde). Dans notre expérience 41-61 dB au- dessus de l'atténuation du disque 1 H 90 ° impulsion (-1 dB dans ce travail) fonctionne très bien. Essayez de toujours sélectionner la meilleure atténuation possible conduisant à un niveau de saturation similaire.
    12. Tapez ns et réglez - le 8 et le type ds et mettez - le à 4.

un 3. RMN d'acquisition de donnéesd Traitement 25

  1. Acquisition d'expérience SSTD RMN
    1. Ouvrez l'expérience de RMN 1 H effectuée à l' étape 2.2.3 pour vérifier où le signal qui sera irradié est. Pour cela, la recherche de l'expérience dans le logiciel de navigation, cliquez droit dans le jeu de données et cliquez sur "Affichage dans une nouvelle fenêtre".
    2. Déplacez la ligne du curseur au centre du signal à irradier et notez le déplacement chimique en ppm. Sélectionner la largeur spectrale qui sera utilisée dans l'expérience.
      NOTE: Dans ce cas, le signal qui sera irradié est à 2,17 ppm, et la largeur spectrale utilisée était de 1,46 ppm. Assurez-vous qu'aucune correction de déplacement chimique est utilisé ou la fréquence d'irradiation peut être réglée de manière incorrecte.
    3. Aller à l'expérience SSTD RMN précédemment créé avec la configuration mentionnée à l'article 2.2.
    4. Créer une liste avec les fréquences d'irradiation. Pour cela, tapez fq2list dans la ligne de commande et sélectionnez une liste existante.
    5. Modifier la listedes fréquences d'irradiation comprenant les données suivantes dans les 3 premières rangées (figure 9): la ligne 1. P ( ce qui indique que les données suivantes sont en ppm); ligne 2 la fréquence du signal devant être irradié en ppm, telle que mesurée au point 3.1.. 1; Row 3,40 ppm (une fréquence qui est loin des 1 H signaux du composé ainsi l'irradiation dans cette fréquence ne modifie pas les spectres).
    6. Enregistrer la liste avec un nouveau nom, puis tapez fq2list dans la ligne de commande et sélectionnez la liste vient d'être créé.
    7. Pour centrer l'expérience sur les signaux à l'étude, le type O1P et sélectionnez le centre de l'expérience du déplacement chimique du signal qui sera irradiée.
    8. Type de sw pour sélectionner la largeur spectrale (1,46 ppm dans ce cas, mais toute autre largeur spectrale peut être choisie).
      NOTE: Si le temps d'acquisition obtenue après modification de la largeur spectrale est trop long (qui introduira plus de bruit dans les spectres), il can être ajustée en tapant AQ pour fournir le désiré précession libre (FID) résolution (FIDRES, 0,25 Hz dans ce cas).
    9. Choisissez la valeur du InterScan retard de relaxation D1. Assurez -vous qu'il est au moins 1 à 5 fois la valeur du T 1 de la plus lente de détente proton.
      NOTE: Nous avons mis en place à 40 sec, ce qui est le plus long temps de saturation (D20) dans l'expérience. De cette façon, toutes les expériences gardera le même temps total "par balayage" (delay + saturation temps + impulsions + temps d'acquisition).
    10. Tapez D1 et le mettre à 40 sec.
    11. Réglez la première valeur pour le temps de saturation en tapant D20 et le mettre à 40 sec. Déterminer le gain du récepteur (rg) automatiquement en tapant rga.
    12. Créer l'expérience suivante en tapant iexpno. Tapez D20 et sélectionnez un temps de saturation de 20 secondes dans cette expérience. Tapez rga pour déterminer automatiquement rg.
    13. Répétez la dernière étape pour D20 = 10, 5, 2,5, 1,25, 0,625, 0,3 sec.
    14. Une fois que toutes les expériences sont créés, ouvrez le premier et dans le type ligne de commande multizg et spécifier le nombre d'expériences, 8 dans ce cas (ie, multizg 8).
  2. SSTD RMN traitement expérimental
    1. Ouvrez le PROCNO 1 (numéro de processus) de EXPNO 1 (numéro d'expérience) de l'ensemble (avec le temps de saturation plus élevée).
    2. Dans le type ligne de commande lb et définir la valeur à 1,5.
      NOTE: Pour les spectres avec des rapports signal-bruit très élevé cette valeur pourrait être diminuée; A l'inverse, il pourrait être augmentée pour des expériences bruyantes, si la résolution spectrale est pas gravement affectée.
    3. Dans le type ligne de commande efp et processus FID # = 1 (spectre "en résonance") de PROCNO = 2 (Figure 10).
    4. Corriger la phase de l'expérience en cliquant sur la phase Interactive correction button et l'enregistrer comme une expérience 2D. Sauvegardez et quittez (Figure 11).
    5. Type de rep 1 dans la ligne de commande pour accéder au PROCNO 1.
    6. Dans le type ligne de commande efp et le processus FID # = 2 ( "off-résonance" spectre) de PROCNO = 3 (Figure 12).
    7. Dans la .md commande du type de ligne, puis représentant 2 pour afficher une fenêtre d'affichage multiple avec les deux spectres traités: 2 (avec le signal dans le saturé milieu) et 3 (celui dans lequel le train d'impulsions saturante a été appliquée à 40 ppm ) (figure 13).
    8. Cliquez sur le bouton avec un signe de delta (Figure 13) pour calculer les spectres de différence et l' enregistrer dans PROCNO 4. Quittez la fenêtre d'affichage multiple.
    9. Sélectionnez une plage d'intégration pour le signal sur la gauche (le signal dans lequel le transfert de saturation en raison du processus d'échange chimique sera observée). intégrer toujours la même région en PROCNO 3 et PROCNO 4.
      NOTE: La plage d'intégration utilisée dans cette expérience était de 2,55 à 2,67 ppm.
    10. Une fois intégré, allez dans l'onglet "Intégrales" dans chacune des expériences et copier la valeur de "Integral [abs]" (Figure 14).
    11. Divisez l'intégrale PROCNO 4 par l'intégrale dans PROCNO 3. Telle est la valeur de η SSTD pour un temps de saturation de 40 sec (η SSTD = Spin Transfer paramètre de différence de saturation). 21
    12. Répéter la procédure pour le reste des expériences avec des temps de saturation.

4. Analyse des données 30

  1. Analyse des données pour obtenir les paramètres cinétiques
    1. Tracer les valeurs obtenues SSTD Þ en fonction du temps de saturation. 21
    2. Effectuer un ajustement exponentiel pour ajuster les courbes obtenues à l'équation
      figure-protocol-1
      figure-protocol-2
      figure-protocol-3 = figure-protocol-4 à très long temps de saturation
      t = temps
    3. Calculer les valeurs de η MAX et δ SSTD et les utiliser pour calculer les valeurs des constantes de vitesse (k) et les temps de relaxation (T 1A) selon les équations suivantes:
      figure-protocol-5
      T 1A = longitudinale constante de temps de relaxation du spin A
      k = site mutuelle constante de vitesse cinétique de change
      1. Obtenir la constante de vitesse cinétique par: figure-protocol-6
  2. Eyring Plot pour obtenir les paramètres thermodynamiques
    1. Terrain ln (k / T) par rapport à 1 / T (T = température absolue), en utilisant les valeurs de la kine taux tic à des températures différentes.
    2. Effectuer un ajustement linéaire pour ajuster les données obtenues à l'équation Eyring:
      figure-protocol-7
      figure-protocol-8
      figure-protocol-9
      figure-protocol-10
      R = constante des gaz
      k B = constante de Boltzmann
      T = température absolue
    3. Calculer des paramètres thermodynamiques et ΔS ≠ AH ≠.
    4. Calculer les valeurs E A (298) et Ag ≠ (298) en utilisant les équations suivantes:
      figure-protocol-11
      figure-protocol-12
      s / ftp_upload / 54499 / 54499eq13.jpg "/>
      figure-protocol-13

Résultats

La technique SSTD RMN a été appliquée pour le calcul des paramètres cinétiques de la rotation de la liaison amide de N, N - diméthylacétamide. 21 Ceci est un exemple simple pour lequel des données complètes pour la comparaison peuvent être trouvés dans la littérature. 31

La rotation entravée autour de la liaison amide, en raison du caractère de double liaison partielle sous la forme de résonance, différencie les deux groupes méthyle en deux signaux dans les spectres 1 H-RMN (2,61 et 2,17 ppm à 22,5 ° C). La saturation de rotation du signal du groupe méthyle à 2,17 ppm (Me B) conduit à la disparition de son signal en RMN 1H. Lors de la saturation de Me B, le transfert de saturation vers l'autre groupe méthyle (Me A) en raison du processus de rotation interne peut être observé par une diminution de l' intensité de 1 H dans le signal à 2,61 ppm. Le magnitude cette baisse dépendra du temps de saturation. La figure 15 montre les spectres RMN 1 du diméthylacétamide N, N à 22,5 ° C et les dilatations représentent les spectres sans (a) et (b) la saturation du méthyl groupe à 2,17 ppm, ainsi que le spectre de différence (c), utilisé pour calculer les valeurs de η SSTD. Le facteur η de SSTD est calculée en divisant la valeur de l'intégrale de Me A dans le spectre RMN SSTD (c) par la valeur de l'intégrale de la Me A dans les spectres (a), comme expliqué dans le protocole. Les valeurs obtenues de η SSTD pour chaque temps de saturation à des températures différentes sont rassemblées dans le tableau 1. Le tracé des valeurs obtenues de η SSTD par rapport au temps de saturation a donné des courbes exponentielles dans laquelle un plateau a été atteint à la hausse des temps de saturation. Pour une certaine température, l'ajustement exponentiel de la courbe permet le calcul du tauxconstante (k) et le temps de relaxation de 1 H du signal mesuré (T 1A) (figure 16). La figure 17 montre les courbes obtenues avec les k et les valeurs de T 1A obtenues dans les ajustements.

Enfin, le tracé de ln (k / T) par rapport à 1 / T et l'ajustement à l'équation Eyring (Figure 18) ont été utilisés pour calculer l'enthalpie et l' entropie d'activation. Les paramètres d'activation déterminés sont présentés dans le tableau 2, ainsi que les paramètres rapportés précédemment calculées en utilisant des méthodes différentes.

Comme on peut le constater dans le tableau 2, les valeurs des paramètres d'activation obtenus par la technique de différence de transfert de saturation spin (SSTD RMN) sont en excellent accord avec les données rapportées précédemment en utilisant d' autres techniques, telles que la RMN ou la SSTanalyse de la forme de la ligne. La vaste gamme de valeurs rapportées pour ΔS ‡ est due à la difficulté de la mesure de ce paramètre avec des techniques de RMN. 31 En ce qui concerne le reste des paramètres d'activation, les valeurs obtenues avec notre méthode ne sont pas seulement très similaires à ceux déjà signalés mais aussi plus précis, étant donné que les erreurs (SD) sont plus faibles dans tous les cas.

figure-results-1
Figure 1: Liste des expériences après avoir tapé rpar. La figure montre les différents jeux de paramètres parmi lesquels STDDIFFESGP doit être sélectionné. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-2
Figure 2:.. Paramètres d' acquisition Le bouton mis en évidence dans un carré rouge conduit à une liste des différents programmes d'impulsion S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-3
Figure 3:.. Liste des programmes d'impulsion La figure montre le programme d'impulsion sélectionné dans l'expérience (STDDIFF) S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-4
Figure 4: Fenêtre pop-up est apparu après l'étalonnage de l' impulsion de 90 ° La figure montre les valeurs de la étalonné 90 &. # 176; impulsion à différents niveaux de puissance. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-5
Figure 5:.. Capture d'écran de la ligne de commande La figure montre comment introduire la valeur pour l'impulsion dure calibrée S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-6
Figure 6:. Valeur pour la durée de l'impulsion en forme La figure montre comment introduire la valeur de la longueur de l'impulsion de forme. g6large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 7:.. Paramètres d' acquisition La figure montre les paramètres de puissance S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 8:. Les paramètres de la forme d' impulsion Les valeurs de l'impulsion mise en forme seront introduites dans la ligne 13. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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. Figure 9: Liste des fréquences d'irradiation Le chiffre inclut les données suivantes dans les 3 premières lignes: Row 1. P (indique que les données suivantes sont en ppm); Row 2 Fréquence du signal à irradier en ppm, mesurée. 3.1.1; Row 3,40 ppm (une fréquence qui est loin des 1 H signaux du composé ainsi l'irradiation dans cette fréquence n'a pas d' incidence les spectres). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 10:. Traitement de la première FID La figure montre la fenêtre pop - up qui apparaît après avoir tapé efp. nk "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 11:.. La correction de phase Capture d' écran montrant la fenêtre pour la correction manuelle de phase S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 12:. Traitement du second FID La figure montre la fenêtre pop - up qui apparaît après avoir tapé efp. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 13 "src =" / files / ftp_upload / 54499 / 54499fig13.jpg "/>
Figure 13: Affichage multiple des spectres 2 et 3. Le bouton mis en évidence dans un carré rouge est celui de calculer les spectres de différence. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-12
Figure 14:.. Onglet Intégrales La figure montre les valeurs des intégrales absolues et relatives S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-13
Figure 15: Structure et 1 g> spectres RMN H du N, N - diméthylacétamide à 22,5 ° C dans le toluène-d 8. (a) une extension H - RMN de la région de 2,13 à 2,66 ppm avant l' irradiation. (B) L' expansion de la même région après l' irradiation du groupe de méthyle à 2,17 ppm. (C) spectre de différence [(a) - (b)]. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-14
Figure 16: Exemple de la parcelle de SSTD η et son ajustement exponentiel à 278 K. Reproduit de l'information à l' appui de référence 21 avec la permission de la Royal Society of Chemistry.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54499/54499fig16large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-15
Figure 17: Parcelles de η SSTD vs. temps de saturation à des températures différentes. La figure montre la parcelle N, N - diméthylacétamide et la table avec les taux constantes obtenues et des temps de relaxation. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

figure-results-16
Figure 18:. Parcelle Eyring La figure montre la parcelle N, N - diméthylacétamide. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

t sat (s) η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD
(T = 278 K) (T = 283 K) (T = 285,5 K) (T = 288 K) (T = 290,5 K) (T = 293 K) (T = 295,5 K)
40 0,2526 0,3957 0,4671 0,5461 0,626 0.6969 0,7535
20 0,2526 0,3957 0,4671 0,5461 0,626 0.6969 0,7535
dix 0,2383 0,3806 0,4537 0,5355 0,6199 0.6969 0,7535
5 0,1904 0,3193 0,3919 0,481 0,5734 0,6638 0,7318
2.5 0,1263 0,2204 0,2812 0,3589 0,4449 0,5461 0,626
1.25 0,0761 0,1353 0,171 0,2247 0,2868 0,3732 0,4449
0,625 0,0467 0,0739 0,099 0,1327 0,171 0,2291 0,2758
0,3 0,0238 0,044 0,0472 0,0644 0,0847 0,1169 0,1463

. Tableau 1: Les valeurs de η SSTD Le tableau indique les valeurs obtenues à des moments différents de saturation pour N, N - diméthylacétamide dans la plage de températures 278-295.5 K.

AH ‡ (KJ mol -1)
méthode SSTD RMN SST RMN 31 td> Analyse Ligne-forme Analyse Ligne-forme Analyse Ligne-forme
Paramètre (Ce travail) (RMN 1 H) 4 (RMN 1 H) 5 (RMN 13 C) 6
E a (mol KJ -1) 298 79,7 ± 0,1 73,1 ± 1,4 70,5 ± 1,7 82,0 ± 1,3 79,5 ± 0,4
77,2 ± 0,1 70,6 ± 1,4 68 79,5 ± 0,4 76,6 ± 0,4
ΔS ‡ (J mol -1 K -1) 11,5 ± 0,4 -10.5 ± 5.0 -15.0 ± 5.1 13 ± 8 3 ± 4
298 (KJ mol -1) de Ag 73,8 ± 0,1 73,7 ± 2,0 72.5 75,3 ± 0,4 75,7 ± 0,4
Solvant Tol- d 8 Tol- d 8 CCl 4 Acétone- d6 soigné
21px; largeur: 145px; ">

Tableau 2:. Paramètres d'activation Le tableau montre les paramètres d'activation de la rotation interne de N, N - diméthylacétamide obtenus par la méthode SSTD RMN par rapport aux mêmes paramètres obtenus en utilisant différentes méthodes de RMN pour l' analyse 4,5,6 erreurs dans ce tableau. se référer à des erreurs de déviation standard (SD). (Reproduit de référence 21 avec la permission du Royal Society of Chemistry).

Discussion

L’un des avantages les plus évidents de cette méthodologie est que les constantes de vitesse et le temps de relaxation pour une température donnée peuvent être obtenus avec un seul ensemble d’expériences, avec une séquence d’impulsions robuste (la même que celle utilisée pour les expériences STD pour étudier les interactions protéine-ligand, que l’on trouve généralement dans l’ensemble d’expériences disponibles du fabricant du spectromètre). Cela simplifie la configuration expérimentale puisqu’il n’est pas nécessaire de mesurer T1 ou d’atteindre la saturation en régime permanent. D’ailleurs, il est remarquable que cette méthode ne dépende pas de la force de l’aimant, comme les méthodes de coalescence. D’autre part, la principale limitation est que cette technique ne peut pas être appliquée à des processus d’échange chimique trop rapides ou trop lents, ce qui dépendrait de la plage de température de la machine RMN ou des solvants utilisés.

Cette nouvelle technique de calcul des paramètres cinétiques peut être appliquée à une grande variété de substrats et son applicabilité a déjà été démontrée avec des molécules intéressantes. 21 Les paramètres cinétiques du 4-N,N-diméthylamido[2.2]paracyclophane, un substrat difficile dans lequel le signal de l’un des groupes méthyles d’intérêt est chevauché avec d’autres signaux de la molécule, ont été calculés avec succès à l’aide de la RMN SSTD. Il est intéressant de noter que cette méthodologie peut être appliquée tant que l’un des signaux d’étude est isolé. La RMN SSTD est également un protocole utile pour le calcul des paramètres cinétiques dans les molécules dans lesquelles la température de coalescence est si élevée que la molécule se décompose avant de l’atteindre. C’est le cas du PtCl2(diméthylallène) (pyridine), dans lequel la méthodologie a été appliquée avec succès sans qu’il soit nécessaire d’atteindre la coalescence. Le choix des solvants et des températures est essentiel pour obtenir de bons résultats, car les taux d’échange chimique peuvent varier considérablement en fonction de ces paramètres. De plus, en plus des critères d’une expérience RMN normale, les étapes clés d’une expérience RMN SSTD sont la sélectivité de l’irradiation ainsi que le contrôle de la température. Les deux facteurs doivent être précis pour garantir le succès de l’expérience.

Les résultats représentatifs présentés ici concernent la cinétique des échanges chimiques intramoléculaires, mais la technique peut également être appliquée à l’étude de la cinétique des échanges chimiques intermoléculaires et aussi de l’échange de ligands, processus communs dans le comportement dynamique des complexes de métaux de transition.

Enfin, à condition que les équations soient correctement modifiées32, cette méthode pourrait être étendue pour traiter des échanges multisites et des populations inégales, comme cela a été fait dans des expériences antérieures de double résonance8-9, augmentant ainsi l’utilité de cette technique pour l’étude des processus d’échange chimique dans des composés difficiles.

Déclarations de divulgation

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Remerciements

Le financement par l’Université d’East Anglia, l’EPSRC (EP/L012855/1) et l’UE (H2020-MSCA-IF-2014-EF-ST-658172) est vivement remercié (MTQ).

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
N,N-diméthylacétamideAldrich38840Toxicité aiguë
Toluène-d8FluorochemD-005Inflammable et toxique
500 MHz 7" Select Series Tubes RMNGPE LTDS-5-500-7
TopSpin 2.1Programme TopSpin, Bruker Corp., http://www.bruker.com/products/mr/nmr/nmr-software/software/topspin/ (2015).
Origin 6.0Logiciel Origin 6.0, OriginLab Corp., http://originlab.com.
Bruker Avance III 500 MHz équipé d’une sonde BBFOplus Z-gradient SmartProbeTM observée à large bande de 5 mm. Bruker Corp., http://www.bruker.com
Spectromètre RMN à résonance inverse triple fréquence Bruker Avance I 500 MHz équipé d’une sonde TXI à gradient Z de 5 mm. Bruker Corp., http://www.bruker.com
Systèmes de cales à alésage standard Ceramic Spinner (5 mm)  ; Bruker Corp., http://www.bruker.comH00804

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Réimpressions et autorisations

Mots-clés

Spectres RMN du protonrotation g n e de la liaison amidemesure de la constante de vitessed termination du temps de relaxationanalyse par l quation d Eyring
Spin Différence Saturation de transfert RMN (SSTD RMN): Un nouvel outil pour obtenir cinétiques Paramètres de processus Exchange Chemical
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