ספין העברת רוויה ההבדל NMR (SSTD NMR): כלי חדש כדי לקבל פרמטרים קינטי של תהליכים כימיים Exchange

María Teresa Quirós; Colin Macdonald; Jesús Angulo; María Paz Muñoz

doi:10.3791/54499

מאמר שיטה

ספין העברת רוויה ההבדל NMR (SSTD NMR): כלי חדש כדי לקבל פרמטרים קינטי של תהליכים כימיים Exchange

19.8K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/54499

⸱

12 בנובמבר 2016

María Teresa Quirós¹ , Colin Macdonald¹^,² , Jesús Angulo² , María Paz Muñoz¹

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

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול מפורט המתאר את שיטת SSTD NMR מוצג כאן כדי לעזור למשתמשים חדשים ליישם שיטה חדשה זו כדי להשיג את הפרמטרים הקינטיים של המערכות שלהם העוברות חילופי כימיקלים.

תקציר

פרוטוקול מפורט זה מתאר את פרוטוקול התהודה המגנטי הגרעיני הבדל העברה החדש ספין רווי (SSTD NMR), פתח לאחרונה בקבוצה שלנו ללמוד תהליכי השינוי כימי הדדית באתר שקשה לנתח בשיטות מסורתיות. כפי שהשם מרמז, שיטה זו משלבת את שיטת העברת רווית ספין המשמשת מולקולות קטנות, עם הבדל העברת רוויה (STD) שיטת תמ"ג המועסקת לחקר אינטראקציות ליגנד חלבון, על ידי מדידת העברת רווית ספין חולפת לאורך הגדלת פעמים רוויות (לבנות עקומות -up) ב קטנות מולקולות אורגניות אורגנו עוברות שינוי כימי.

היתרונות של שיטה זו על פני קיימים הם: אין צורך להגיע לגיבוש של אותות מחליפים; ניתן ליישם את השיטה עוד אות אחד האתרים להחלפה מבודדת; אין צורך למדוד T ₁ או להגיע רווית מצב יציבה; שיעור va מתמידלוקים נמדדים ישירות וערכי ₁ T מתקבלים באותו הניסוי, תוך שימוש רק סט אחד של ניסויים.

כדי לבחון את השיטה, אנחנו לומדים את הדינמיקה של הסיבוב הפריע של N, N -dimethylamides, שלגביו יש נתון הרבה זמין להשוואה. הפרמטרים התרמודינמית שהושגו באמצעות SSTD דומים מאוד לאלו המדווחים על (טכניקות העברת ספין רוויה וניתוח קו-צורה). השיטה ניתן להחיל על מצעים מאתגרים יותר, כי לא ניתן ללמוד על ידי שיטות קודמות.

אנו חוזים כי ניסיוני פשוט להגדיר את התחולה הרחבה של שיטת מגוון גדול של מצעים תגרום זו טכניקה נפוצה בקרב כימאים אורגניים אורגנו ללא מומחיות נרחבת NMR.

מבוא

חילופי כימית כלל מתייחס לכל תהליך מולקולאריים או intramolecular שבו חוג נע מסביבה אחד למשנה שבו פרמטרי התמ"ג שלה (משמרת כימית, צימוד סקלר, צימוד dipolar, שיעור הרפיה) שונים. ישנן דוגמאות רבות של שינוי כימי במולקולות אורגניות אורגנו (למשל, מחסומי סיבוב biaryls, מחסומים מרפרף טבעת ושיווי משקל קונפורמציה, היפוך חנקן, ליגנד מחייב, חילופי ליגנד מנוון tautomerization). ^1-3 שער החליפין הכימי קשור התרמודינאמיקה של המחסום של התהליך החילופי, ולכן המחקר שלה הוא בעל חשיבות מכרעת להבין דינאמיקה מולקולארית של מערכות אלה.

הסימן הקלאסי של חילופי דינמי ב NMR הוא שינוי דרמטי קו-הצורה של אותות תמ"ג כמו שינויי טמפרטורה. בטמפרטורות נמוכות, התהליך הוא איטי בשתי משמרות כימי מובהקים observed. בטמפרטורות גבוהות, שני האותות מתמזגים אות אחת, תופעה המוכרת בשם "התקבצות". בטמפרטורות ביניים, האותות להיות מאוד רחבים. רגישות זו של ספקטרום התמ"ג כדי שינוי כימי עושה NMR שיטה חזקה מאוד כדי ללמוד את הדינמיקה של מולקולות בתמיסה. שתי שיטות הועסקו בעיקר בחקר תהליכים דינמיים פתרון:. ניתוח קו-צורה, ^4-7 ספין רווית ניסויי העברה ^8-9 חוץ מזה, הוא גם ראוי להזכיר העברת היפוך שיטת ¹⁰ ואת CIFIT תכנית ¹¹ עבור החילוץ הישיר של קבועי קצב, כי הם גישה יעילה יחסית למדידות חילופיות במערכות פשוטות. למרות ששיטות אלו נותנים תוצאות טובות מאוד ברוב המקרים, הם, לעומת זאת, יש מספר חסרונות. החסרון העיקרי של ניתוח קו-צורה הוא והטמפרטורות הגבוהות הנדרשות כדי להגיע לגיבוש בדגימות כמה. ¹² הנושאים העיקריים שיש להביא בחשבון בעת carrying ניסויי העברת רווית ספין הם: הפעמים הרוויות ארוכות מאוד שנדרשו כדי להתחבר העברת רווית מצב היציבה בין האתרים המחליפים, ואת הצורך בקביעת זמן רגיעת האורך הקבוע, T _1, אשר יכול להיות קשה אם יש חפיפה של שונה אותות באזור של המחקר. ¹³

במסגרת החקירות שלנו במנגנונים אורגנו, ^14-16 לקבוצה שלנו לומדת את התנהגות fluxional של מתחמי פלטינה-allene בתמיסה. זוהי משימה מורכבת המערבת לפחות שלושה תהליכים שונים, אחד מהם הוא החלפת π פנים או סיבוב של המתכת סביב אחד ציר allene. נתקלנו זה נורמלי ניסויי VT וטכניקות ניתוח קו-צורה אשר הועסקו בעבר מערכות דומות, ^17-19 לא התאים במחקרנו, עקב סיבוב איטי מאוד בקומפלקס הפלטינה-allene שלנו שגרם טמפרטורת ההתקבצות של sigאלכסונים של ריבית גבוהה יותר מהטמפרטורה של פירוק של המתחם.

על מנת להתגבר על מגבלה זו, פתחנו ולאחרונה דיווחתי על פרוטוקול NMR חדש (SSTD NMR) כדי לחקור תהליכים של שינוי כימי הדדית באתר. ²⁰ כפי שהשם מרמז שיטה זו משלבת את שיטת העברת רווית ספין המשמשת מולקולות קטנות, עם שיטת העברת רווית הבדל NMR מועסקת לחקר אינטראקציות ליגנד חלבון, ^21-24 על ידי מדידת העברת רווית ספין חולפת לאורך הגדלת פעמים רוויות (הצטברות עקומה) במולקולות קטנות שעברו שינוי כימי.

עם שיטה חדשה זו (SSTD NMR) הראינו שאנחנו יכולים להשיג את הפרמטרים הקינטית של שינוי הכימי intramolecular במולקולות אורגניות אורגנו קטנות עם יתרונות נוספים קצת מעל גישות מסורתיות: התקבצות של האותות אינה נחוצה, כך טווח טמפרטורות גמיש יותר יכול לשמשבמחקר; חפיפת אות לא מפריעה, אם כי לפחות אחד תהודות ההחלפה צריכה להיות מבודדת; אין צורך למדוד T ₁ או להגיע רווית מצב יציבה; ערכים קבועים שיעור נמדדים ישירות וערכי ₁ T מתקבלים באותו הניסוי, תוך שימוש רק סט אחד של ניסויים. יתרון מדהים נוסף של המתודולוגיה SSTD NMR הוא כי, בניגוד lineshape ניתוח, קביעת קבועי קצב קינטיקה אינו מוגבל על ידי עלייה בטמפרטורות התקבצות הקשורים שדות מגנטיים גבוהים. לפיכך, המתודולוגיה שלנו אז טובה מאוד הופקעה הן עבור שדות מגנטיים נמוכים וגבוהים. מאמר זה נועד לעזור למשתמשים חדשים ליישם את השיטה החדשה הזו למערכות שלהם עוברים שינוי כימי, ותאר הכנת מדגם, סט ניסיוני עד, רכישת נתונים, ודוגמא של עיבוד נתונים וניתוח במולקולה אורגנית פשוטה.

פרוטוקול

זהירות: יש להתייעץ כל גיליונות נתוני בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני השימוש.

1. הכנת דוגמאות NMR

לשקול 5 מ"ג של N, -dimethylacetamide N, להוסיף צינור NMR המתאים לטמפרטורות נמוכות ו להתמוסס 0.6 מ"ל של toluene- ד _8.

2. הגדרת ניסוי תמ"ג ²⁵

NOE ספקטרה רכישה
1. בצעו ניסוי חד ממדי NOE (אפקט גרעיני אוברהאווזר). ²⁶
  הערה: תופעות NOE יכול לקרות בכל טמפרטורה. קשת NOE חד ממדי irradiating האות יהיה מוקרן בניסוי תמ"ג SSTD, נרשמה ב -40 ° C לוודא כי העברת סיבוב המגנטיזציה המדגם המשמש כאן היה ממוזער, ולכן נואי, אם קיים, היה דומיננטי ו להימדד בניסוי הזה. באופן אידיאלי, תופעות NOE בין שני הגרעינים להחלפת שאולd לא להיות נוכח כדי למנוע הפרעות עם שיטת SSTD.
הגדרת ניסויים SSTD NMR
1. הכנס את מדגם המגנט ידי EJ ההקלדה הראשון בשורת הפקודה של התוכנה כדי להפעיל את זרימת האוויר. לאחר מכן, לשים את המדגם על גבי מגנט ולאחר מכן הקלד ij. מתן עד המדגם הוא בתוך המגנט.
2. לאחר המדגם נמצא מגנט, סוג edte בשורת הפקודה. שינוי הטמפרטורה לטמפרטורה הראשונה שנבחרה לבצע את הניסוי (295.5 K במקרה זה). בואו המדגם לייצב בטמפרטורה נבחרה דקות לפחות 20.
3. בצעו ניסוי 1D ¹ H-NMR על המדגם.
  1. צור בסיס נתונים חדשים של ניסוי ¹ H-NMR. עבור הקליק הזה על קובץ / חדשות שם הניסוי החדש.
  2. הקלד ברצף ומחכה הפקודה הקודמת ועד סופו: מנעול, עתמה, topshim, getprosol ו RGA.
  3. הקלד ZG לרכוש את ניסוי הפרוטון. ברגע שזה סיים סוג EFP ו apk כדי התמרה זה ולהתאים את השלב.
4. צור בסיס נתונים חדשים של, למשל, ניסוי ¹ H NMR. עבור הקליק הזה על קובץ / חדשות שם הניסוי החדש.
5. מתוך אוסף הנתונים החדש הזה, הקלד rpar בשורת הפקודה. בחר אחת מהערכות פרמטר "STDDIFF" מהרשימה, למשל STDDIFFESGP, ולחץ על "לקרוא" ולאחר מכן "לקרוא את כל" (איור 1). לחלופין, לעשות זאת על ידי הקלדת STDDIFFESGP rpar כל.
  הערה: ניתן לבצע את הניסוי עם רצף הדופק הזה. עם זאת, התכנית הדופקת השתמשה בניסוי שלנו הייתה STDDIFF.
6. כדי לבחור את רצף דופק STDDIFF, לחץ על הלחצן עם שלוש נקודות בקו PULPROG (איורים 2 ו -3).
7. לפני ביצוע הניסוי NMR SSTD, לכייל את ¹ H 90 ° Puls קשהדואר (P1). לשם כך, להבטיח כי המדגם הוא המגנט בטמפרטורה הרצויה (שלב 2.2.2). הקלד pulsecal בשורת הפקודה ולהעתיק את הערך של הדופק 90 ° על כוח עליון (PL1 = -1 dB במקרה זה), כלומר, אחד שנותן את הדופק הקצר (איור 4).
8. הצג את הערכים עבור הדופק הקשה המכויל בניסוי. סוג getprosol 1H (ערך עבור p1 שהושגו בשלב 2.2.7) (ערך עבור PL1) (איור 5).
9. הגדר את אורך הפולס בצורה. P13 סוג להציג ערך של 50,000 μsec (איור 6).
10. הגדר את הצורה הדופקת סלקטיבית. לשם כך, עבור אל כוח ולחץ על כפתור "ערוך ..." ליד צורה (איור 7). עבור אל הדופק בצורת 13 ולבחור: גאוס 1.1000 (איור 8).
11. הגדר את כוח הדופק סלקטיבית (SP13). להגדיר את זה למשהו מתאים, כלומר , על מערכת זו בין 40-60 דציבלים (המקביל ל עוצמת השדה של כ 120 הרץ) (איור 8). עוצמת שדה מוגזמת עלולה לגרום תופעות רוויה מקובלות. ^27-29
  הערה: 50 dB היו אופטימליים במקרה שלנו. קח בחשבון כי מדובר בהיקף הנחתה, ולכן הערך הקטן ככל כוחו של גלי הרדיו. כפי שזה תואם את מפל גאוס להרוות, אשר מוחל במשך זמן רב (מספר שניות), sp13 לא צריך ללכת מתחת ל -40 דציבלים (במידת צורך, להתייעץ על מפרטי מכשירים, קטניות עוד בהספק גבוה עלולות להזיק probehead). מניסיוננו 41-61 dB מעל ההנחתה של הדופק הקשה ¹ H 90 ° (-1 dB בעבודה זו) עובד מצוין. נסה תמיד לבחור את ההנחתה הגבוהה ביותר האפשרית המובילה לרמת רוויה דומה.
12. הקלד ns ולהגדיר אותו 8 והקלד ds ולהגדיר אותו 4.

3. רכישת נתוני תמ"געיבוד ד ²⁵

רכישת ניסוי SSTD NMR
1. פתח את הניסוי H NMR ¹ ביצע בשלב 2.2.3 כדי לבדוק שם את האות כי יהיה מוקרן הוא. לשם כך, לחפש הניסוי בדפדפן התוכנה, קליק ימני במערך ולחץ על "הצג בחלון חדש".
2. הזז את קו הסמן למרכז של האות כדי להקרין ורשום את המשמרת הכימית ppm. בחר רוחב ספקטרלי אשר ישמש בניסוי.
  הערה: במקרה זה, את האות אשר יהיה מוקרנת היא ב 2.17 ppm, ואת רוחב ספקטרלי המשמש היה 1.46 ppm. ודא שאף תיקון כימי משמרת משמש או תדירות הקרינה יכולות להיות מוגדרת לא נכון.
3. עבור אל הניסוי SSTD NMR שנוצרו בעבר עם ההתקנה כאמור בסעיף 2.2.
4. צור רשימה עם התדרים של קרינה. לשם כך, הקלד fq2list בשורת הפקודה ובחר ברשימה קיימת.
5. עריכת הרשימהתדרי הקרנה כולל את הנתונים הבאים 3 השורות הראשונות (איור 9): שורה 1. P (מציין כי הנתונים הבאים נמצאים ppm); השורה 2 תדר של האות להיות מוקרן ב ppm, כפי שהיא נמדדת ב 3.1.. 1; השורה 3.40 ppm (תדר שרחוקה מלהיות ¹ אותות H של המתחם כדי ההקרנה בתדירות שאינה משפיעה הספקטרום).
6. שמור את הרשימה עם שם חדש ולאחר מכן הקלד fq2list בשורת הפקודה ובחר את הרשימה רק יצרה.
7. כדי למרכז את הניסוי על האותות נחקרים, סוג o1p ובחר כמרכז הניסוי המשמר הכימית של האות יהיה מוקרן.
8. SW סוג כדי לבחור את רוחב ספקטרלי (1.46 ppm במקרה זה, אבל כל רוחב ספקטרלי אחר ניתן לבחור).
  הערה: אם זמן הרכישה המתקבל לאחר שינוי רוחב ספקטרלי ארוך מדי (אשר יכיר יותר רעש בספקטרום) זה can להיות מותאם על ידי הקלדת AQ לספק את Decay אינדוקציה חינם הרצוי (FID) רזולוציה (FIDRES, 0.25 הרץ במקרה זה).
9. בחר את הערך עבור D1 עיכוב הרפיה Interscan. ודא שזה לפחות 1 עד 5 פעמים את הערך של T ₁ של האיטי ביותר המרגיע פּרוֹטוֹן.
  הערה: אנו להגדיר אותו ל -40 שניות, וזה זמן רוויה הארוך (D20) בניסוי. בדרך זו כל אחד מהניסויים ימשיכו באותו הכולל "לכל סריקה" זמן (זמן השהיה + רוויה + זמן רכישת פולסים +).
10. הקלד D1 ולהגדיר אותו ל -40 שניות.
11. הגדר את הערך הראשון בפעם הרוויה ידי הקלדת D20 וקביעת ההגדרות ל -40 שניות. קבע את רווח מקלט (RG) באופן אוטומטי על ידי הקלדת RGA.
12. צור את הניסוי הבא על ידי הקלדת iexpno. הקלד D20 ובחר זמן רווי של 20 שניות בניסוי הזה. הקלד RGA לקבוע RG אוטומטי.
13. חזור על השלב האחרון D20 = 10, 5, 2.5, 1.25, 0.625, 0.3 שניות.
14. לאחר שכל הניסויים נוצרים, פתח את הראשון וב multizg סוג שורת הפקודה ולציין את מספר ניסויים, 8 במקרה זה (כלומר, multizg 8).
עיבוד ניסוי SSTD NMR
1. פתח את 1 PROCNO (מספר תהליך) מ EXPNO 1 (מספר ניסוי) של הערכה (אחד עם הזמן הרווי הגבוה יותר).
2. בשנות ה lb סוג שורת הפקודה ולהגדיר את הערך 1.5.
  הערה: לקבלת ספקטרום עם גבוה מאוד אות לרעש יחס ערך זה יכול להיות ירידה; הפוך, היא יכולה לגדול לניסויים רועשים, אם הרזולוציה ספקטרלית אינה משפיעה באופן חמור.
3. בשנות ה EFP סוג שורת הפקודה תהליך FID # = 1 ( "על-תהודה" ספקטרום) ב PROCNO = 2 (איור 10).
4. תקן את שלב הניסוי על ידי לחיצה על b תיקון השלב האינטרקטיוויutton ולשמור אותו כניסוי 2D. שמור ויציאה (איור 11).
5. נציג סוג 1 בשורת הפקודה ללכת PROCNO 1.
6. בשנות ה EFP סוג שורת הפקודה תהליך FID # = 2 (קשת "off-תהודה") ב PROCNO = 3 (איור 12).
7. בשנתי ה .md סוג שורת פקודה ולאחר מכן נציג 2 להראות חלון ראווה מרובה בשתי ספקטרה המעובד: 2 (זה עם האות הרווי באמצע) ו -3 (זה שבו הרכבת הדופקת להרוות יושמה ב 40 עמודים לדקה ) (איור 13).
8. לחץ על הכפתור עם סימן דלתא (איור 13) כדי לחשב את ספקטרום ההבדל ולשמור אותו PROCNO 4. יציאה בחלון הראווה המרובה.
9. בחר טווח ואינטגרציה עבור האות מהשמאל (האות שבה העברת הרוויה בשל תהליך השינוי הכימי תקוים). תמיד לשלב באותו אזור ב PROCNO 3 ו PROCNO 4.
  הערה: טווח האינטגרציה השתמש בניסוי זה 2.55 - 2.67 ppm.
10. לאחר משולב, עבור אל הכרטיסייה "אינטגרל" בכל הניסויים ולהעתיק את הערך של "[ABS] אינטגרל" (איור 14).
11. מחלק את אינטגרלי PROCNO 4 על ידי אינטגרלי PROCNO 3. כלומר הערך של η _SSTD במשך זמן רווי של 40 שניות (η פרמטר _SSTD = ספין רווית העברת _הבדל). ²¹
12. חזור על התהליך עבור שאר הניסויים עם פעמים רוויות שונות.

4. ניתוח נתונים ³⁰

ניתוח של הנתונים כדי לקבל פרמטרים קינטיים
1. מגרש את ערכי _SSTD η שהושגו מול הזמן הרווי. ²¹
2. בצע בכושר מעריכים להתאים את העקומות שהתקבלו למשוואה
  
  = בשלב רוויה מאוד ארוך
  t = זמן
3. חשב את ערכי η _SSTD ^MAX ו δ ולהשתמש בהם כדי לחשב את הערכים של קבועי קצב (k) ושעות הרפיה _(1A T) על פי המשוואות הבאות:
  
  T _1A = קבוע זמן רגיעה האורך של ספין
  k = באתר הדדית שער החליפין הקינטית קבוע
  1. השג את קבוע קצב קינטי של:
מגרש איירינג כדי לקבל את פרמטרים תרמודינמיים
1. Ln המגרש (k / T) לעומת 1 / T (T = טמפרטורה מוחלטת), באמצעות הערכים של ומקןה שיעורי טיק בטמפרטורות שונות.
2. בצע התאמה ליניארית כדי להתאים את הנתונים שהתקבלו למשוואה איירינג:
  
  R = גז קבוע
  k _B = קבוע בולצמן
  T = טמפרטורה מוחלטת
3. חשב את ΔH פרמטרים תרמודינמיים ^≠ ו ΔS ^≠.
4. חשב את ערכי E _{A (298)} ו ΔG ^≠ ₍₂₉₈₎ באמצעות המשוואות הבאות:
  
  s / ftp_upload / 54,499 / 54499eq13.jpg "/>

תוצאות

טכניקת SSTD NMR יושמה לחישוב הפרמטרים הקינטית ברוטציה של האג"ח האמיד של N, N -dimethylacetamide. ²¹ זוהי דוגמא פשוטה עבורו נתונים נרחבים להשוואה ניתן למצוא בספרות. ³¹

הסיבוב הפריע ברחבי האג"ח האמיד, בשל אופי קשר הכפול חלקית בצורת התהודה, מבדיל הוא קבוצות מהתיל לשני אותות ¹ ספקטרום H-NMR (2.61 ו 2.17 ppm ב 22.5 מעלות צלזיוס). רווית ספין של האות של קבוצה מהתיל ב 2.17 ppm (Me ^B) מובילה להיעלמות של האות שלה ¹ H NMR. עם הרוויה של Me ^B, העברת רוויה לקבוצה מהתיל האחרת (Me ^A) בשל התהליך והסיבוב הפנימי יכול להיות שנצפה על ידי ירידה בעוצמת H ¹ ב האות ב 2.61 ppm. magnituדה מירידה זו תהיה תלוי הזמן הרווי. איור 15 מציג את ספקטרום H NMR ¹ של -dimethylacetamide N, N ב 22.5 מעלות צלזיוס, ואת הרחבות להראות את הספקטרום ללא (א) ועם (ב) רוויה של מהתיל הקבוצה ב 2.17 ppm, כמו גם את הספקטרום ההבדל (ג), אשר שימשו לחישוב ערכי _SSTD η. גורם η _SSTD מחושב חלוקת השווי האינטגרלית של Me ^A בספקטרום תמ"ג SSTD (ג) על ידי הערך של אינטגרל של ^A Me בספקטרום (א), כפי שהוסבר בפרוטוקול. הערכים המתקבלים של η _SSTD לכל זמן רווי בטמפרטורות שונות נאספים בטבלה 1. העלילה של הערכים שהתקבלו של η _SSTD לעומת זמן הרוויה נתנה עקומות מעריכים אשר רמה הושגה בזמנים רוויים גבוהים יותר. לקבלה לטמפרטורה מסוימת, בכושר המעריכים של העקומה מאפשר חישוב הקצבקבוע (k) ואת זמן ההרפיה של ¹ H של האות הנמדדת (T _1A) (איור 16). איור 17 מראה כל הקימורים מתקבלים יחד עם k וערכי _1A T שהושג ההתקפים.

לבסוף, העלילה של ln (k / T) לעומת 1 / T ואת לנכון המשוואה איירינג (איור 18) שימשו לחישוב אנתלפיה ואנטרופיה של ההפעלה. פרמטרי ההפעלה נקבעו מוצגים בלוח 2, יחד עם הפרמטרים שדווחו בעבר מחושבים תוך שימוש במתודולוגיות שונות.

כפי שנראים בטבלה 2, ערכי פרמטרי ההפעלה שהושגו עם טכניקת הבדל ספין העברת רוויה (SSTD NMR) נמצא הסכם מצוין עם הנתונים שפורסם בעבר על שימוש בטכניקות אחרות, כגון SST NMR אוניתוח צורת קו. המגוון הרחב של הערכים המדווחים עבור ΔS ^‡ נובע הקושי במדידת בפרמטר זה עם שיטות תמ"ג. ³¹ באשר לשאר הפרמטרים ההפעלה, הערכים שהתקבלו בשיטה שלנו הם לא רק באמת דומים לאלה שכבר דווח אבל גם יותר מדויק, שכן טעויות שלנו (SD) הם קטנים בכל המקרים.

figure-results-1
איור 1: רשימת ניסויים לאחר הקלדת rpar. האיור מציג את קבוצות פרמטרים שונים ובהם STDDIFFESGP צריכה להיות מסומנת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-2
איור 2:.. פרמטרי רכישת הכפתור מודגשים ריבוע אדום מוביל רשימה של התוכניות הדופקות השונות אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-3
איור 3:.. רשימה של תוכניות דופק האיור מציגה את תכנית הדופק שנבחרה בניסוי (STDDIFF) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-4
איור 4: חלון מוקפץ הופיע לאחר הכיול הדופק 90 ° האיור מציג את הערכים של מכויל 90 &. # 176; הדופק ברמות הספק שונות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-5
איור 5:.. צילום מסך של שורת הפקודה האיור מציג כיצד להציג את הערך עבור דופק קשה מכויל אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-6
איור 6:. ערך תמורת אורך הפולס בצורת האיור מציג כיצד להציג את הערך עבור אורך הפולס בצורה. g6large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-7
איור 7:.. פרמטרי רכישת האיור מציג את פרמטרי הכח אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-8
איור 8:. פרמטרים להתייחסות הדופקת בצורת הערכים עבור הדופק בצורה יושקו קו 13. נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

pload / 54,499 / 54499fig9.jpg "/>
. איור 9: רשימת תדרי הקרנת הנתון כולל את הנתונים הבאים 3 השורות הראשונות: שורת 1. P (מציין כי הנתונים הבאים נמצאים ppm); השורה 2 תדר של האות להיות מוקרן ב ppm, כפי שהיא נמדדת. ב 3.1.1; השורה 3.40 ppm (תדר שרחוקה מלהיות ¹ אותות H של המתחם כדי ההקרנה בתדירות שאינו משפיע הספקטרום). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-9
איור 10:. עיבוד של הראשון FID האיור מציג את חלון pop up שמופיעה לאחר הקלדת EFP. nk "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-10
איור 11:.. תיקון שלב מסך מראה את החלון לתיקון שלב במדריך אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-11
איור 12:. עיבוד של שני FID האיור מציג את חלון pop up שמופיע לאחר הקלדת EFP. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 13 "src =" / files / ftp_upload / 54,499 / 54499fig13.jpg "/>
איור 13: תצוגה מרובה של ספקטרה 2 ו- 3. הכפתור מודגש ריבוע אדום היא אחד כדי לחשב את ספקטרום ההבדל. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-12
איור 14:.. כרטיסיית אינטגרלים האיור מציג את הערכים של אינטגרלים המוחלט ויחסים אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-13
איור 15: מבנה ¹ g> H NMR ספקטרה של N, N -dimethylacetamide על 22.5 מעלות צלזיוס טולואן-ד _8. (א) ¹ הרחבת H NMR של האזור מן 2.13 כדי 2.66 ppm לפני ההקרנה. (ב) הרחבת באותו אזור לאחר הקרנה של קבוצת מתיל ב 2.17 ppm. (ג) ההבדל ספקטרום [(א) - (ב)]. נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-14
איור 16: דוגמה של חלקת _SSTD η ובכושר מעריכי שלה ב 278 K. לשכפל מ מידע התומך ההפניה ²¹ באישור האגודה המלכותית לכימיה.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54499/54499fig16large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-15
איור 17: מגרשים של η _SSTD לעומת רווית זמן בטמפרטורות שונות. האיור מציג את העלילה עבור N, N -dimethylacetamide והשולחן עם קבועי השיעורים שהושגו ושעות הרפיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-16
איור 18:. איירינג העלילה האיור מציג את העלילה עבור N, N -dimethylacetamide. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

t _ישב (sec)	η _SSTD	η _SSTD	η _SSTD	η _SSTD	η _SSTD	η _SSTD	η _SSTD
t _ישב (sec)	(T = 278 K)	(T = 283 K)	(ט = 285.5 K)	(T = 288 K)	(ט = 290.5 K)	(T = 293 K)	(ט = 295.5 K)
40	.2526	.3957	.4671	.5461	.626	.6969	.7535
20	.2526	.3957	.4671	.5461	.626	.6969	.7535
10	.2383	.3806	.4537	.5355	.6199	.6969	.7535
5	.1904	.3193	.3919	.481	.5734	.6638	.7318
2.5	.1263	.2204	.2812	.3589	.4449	.5461	.626
1.25	.0761	.1353	.171	.2247	.2868	.3732	0.4449
0.625	.0467	.0739	0.099	.1327	.171	.2291	.2758
0.3	.0238	0.044	.0472	.0644	.0847	.1169	.1463

טבלה 1:. ערכים של η _SSTD הטבלה מציגה את הערכים שהתקבלו בזמנים רוויים שונים עבור N, N -dimethylacetamide בטווח של טמפרטורות 278-295.5 ק

ΔH ^‡ (KJ mol ^-1)

שִׁיטָה	SSTD NMR	SST תמ"ג ³¹ td>	ניתוח קו-צורה	ניתוח קו-צורה	ניתוח קו-צורה
פָּרָמֶטֶר	(העבודה הזו)	SST תמ"ג ³¹ td>	⁽¹ H NMR) ⁴	⁽¹ H NMR) ⁵	⁽¹³ C תמ"ג) ⁶
E הוא _{בעל 298} (KJ mol ^-1)	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 ^‡ ΔG (KJ mol ^-1)	73.8 ± 0.1	73.7 ± 2.0	72.5	75.3 ± 0.4	75.7 ± 0.4
מֵמֵס	Tol- ד ₈	Tol- ד ₈	CCl ₄	Acetone- ד ₆	נקי

21px; רוחב: 145px; ">

טבלה 2:. פרמטרי הפעלת הטבלה מציגה את פרמטרי ההפעלה של הסיבוב הפנימי של N, N -dimethylacetamide שהתקבלו מהפעלת שיטת NMR SSTD לעומת הפרמטרים המתקבלים בשיטות תמ"ג שונות לניתוח ^4,5,6 שגיאות בטבלה זו. מתייחס שגיאות סטיית תקן (SD). (לשכפל בהפניה ²¹ באישור רויאל Society לכימיה).

דיון

אחד היתרונות הברורים יותר של מתודולוגיה זו הוא שניתן להשיג את קבועי הקצב וזמן ההרפיה עבור טמפרטורה נתונה באמצעות קבוצה אחת של ניסויים, עם רצף פולסים חזק (אותו הדבר המשמש לניסויי STD לחקר אינטראקציות חלבון-ליגנד, שנמצא בדרך כלל בקבוצת הניסויים הזמינה של יצרן הספקטרומטר). זה מפשט את מערך הניסוי מכיוון שאין צורך למדוד T₁ או להגיע לרוויה במצב יציב. חוץ מזה, מדהים ששיטה זו אינה תלויה בחוזק המגנט, כמו שיטות התלכדות. מצד שני, המגבלה העיקרית היא שלא ניתן ליישם טכניקה זו על תהליכי חילופי כימיקלים מהירים מדי או איטיים מדי, מה שיהיה תלוי בטווח הטמפרטורות של מכונת ה-NMR או בממיסים המשמשים.

טכניקה חדשה זו לחישוב פרמטרים קינטיים ניתנת ליישום על מגוון גדול של מצעים ויישומה כבר הוכח עם כמה מולקולות מעניינות. ²¹ הפרמטרים הקינטיים של 4-N,N-dimethylamido[2.2]paracyclophane, מצע מאתגר שבו האות של אחת מקבוצות המתיל המעניינות חופף לאותות אחרים מהמולקולה, חושבו בהצלחה באמצעות SSTD NMR. מעניין שניתן ליישם מתודולוגיה זו כל עוד אחד מאותות הלימוד מבודד. SSTD NMR הוא גם פרוטוקול שימושי לחישוב פרמטרים קינטיים במולקולות בהן טמפרטורת ההתלכדות כה גבוהה עד שהמולקולה מתפרקת לפני שהיא מגיעה אליה. זה המקרה עם PtCl₂ (דימתילאלן) (פירידין), שבו המתודולוגיה יושמה בהצלחה ללא צורך להגיע להתלכדות. הבחירה בממיסים ובטמפרטורות היא קריטית להשגת תוצאות טובות, מכיוון ששערי החליפין הכימיים יכולים להשתנות באופן משמעותי עם פרמטרים אלה. יתר על כן, בנוסף לקריטריונים בניסוי NMR רגיל, שלבי המפתח בניסוי SSTD NMR הם הסלקטיביות של ההקרנה כמו גם בקרת הטמפרטורה. שני הגורמים צריכים להיות מדויקים כדי להבטיח את הצלחת הניסוי.

התוצאות המייצגות המוצגות כאן הן עבור הקינטיקה של חילופי כימיקלים תוך מולקולריים, אך ניתן ליישם את הטכניקה גם לחקר הקינטיקה של חילופי כימיקלים בין-מולקולריים וגם חילופי ליגנד, תהליכים נפוצים בהתנהגות הדינמית של קומפלקסים של מתכות מעבר.

לבסוף, נעשה שינוי הולם של ^{המשוואות,32} ניתן להרחיב שיטה זו כדי להתמודד עם חילופי אתרים מרובים ואוכלוסיות לא שוות, כפי שנעשה בניסויי תהודה כפולה קודמים,8-9 מה שמגדיל את התועלת של טכניקה זו לחקר תהליכי חילופי כימיקלים בתרכובות מאתגרות.

גילויים

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

תודות

מימון על ידי אוניברסיטת מזרח אנגליה, ה-EPSRC (EP/L012855/1) והאיחוד האירופי (H2020-MSCA-IF-2014-EF-ST-658172) מוכר בהכרת תודה (MTQ).

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
N,N-dimethylacetamide	Aldrich	38840	רעילות חריפה
טולואן-d₈	Fluorochem	D-005	דליק ורעיל
500 מגה-הרץ 7 אינץ' צינורות NMR מסדרה נבחרת	GPE בע"מ	S-5-500-7
TopSpin 2.1	תוכנית TopSpin, Bruker Corp., http://www.bruker.com/products/mr/nmr/nmr-software/software/topspin/ (2015).
Origin 6.0	Origin 6.0 תוכנה, OriginLab Corp., http://originlab.com.
Bruker Avance III 500 מגה-הרץ מצויד בפס רחב של 5 מ"מ נצפה BBFOplus Z-gradient SmartProbeTM בדיקה	Bruker Corp., http://www.bruker.com
Bruker Avance I ספקטרומטר תהודה משולשת הפוכה 500 מגה-הרץ מצויד בבדיקה שיפוע TXI Z 5 מ"מ	Bruker Corp., http://www.bruker.com
מערכות שימבוי סטנדרטיות של ספינר קרמי (5 מ"מ)	Bruker Corp., http://www.bruker.com	H00804

מקורות

Bain, A. D. Chemical Exchange in NMR. Prog. Nuc. Mag. Res. Spect. 43, 63-103 (2003).
Bain, A. D. Chemical Exchange. Modern Magnetic Resonance. , 421-427 (2006).
Bain, A. D. Chapter 2 - Chemical Exchange. Ann. Rep. NMR Spect. 63, 23-48 (2008).
Reeves, L., Shaddick, R., Shaw, K. Nuclear Magnetic Resonance Studies of Multi-site Chemical Exchange. III. Hindered Rotation in Dimethylacetamide, Dimethyl Trifluoro-acetamide, and Dimethyl Benzamide. Can. J. Chem. 49, 3683-3691 (1971).
Drakenberg, T., Dahlqvist, K., Forsen, S. Barrier to Internal Rotation in Amides. IV. N,N-Dimethylamides. Substituent and Solvent Effects. J. Phys. Chem. 76, 2178-2183 (1972).
Fujiwara, F., Airoldi, C. Carbon-13 NMR Study of the Barrier to Internal Rotation of N,N-Dimethylacetamide in the Adduct with Antimony(III) Chloride. J. Phys. Chem. 88, 1640-1642 (1984).
Gutowsky, H. S., Holm, C. H. Rate Processes and Nuclear Magnetic Resonance Spectra. II. Hindered Internal Rotation of Amides. J. Chem. Phys. 25, 1228-1234 (1956).
Forsen, S., Hoffman, R. A. A New Method for the Study of Moderately Rapid Chemical Exchange Rates Employing Nuclear Magnetic Double Resonance. Acta Chem. Scand. 17, 1787-1788 (1963).
Forsen, S., Hoffman, R. A. Study of Moderately Rapid Chemical Exchange Reactions by Means of Nuclear Magnetic Double Resonance. J. Chem. Phys. 39, 2892-2901 (1963).
Williams, T. J., Kershaw, A. D., Li, V., Wu, X. An Inversion Recovery NMR Kinetics Experiment. J. Chem. Educ. 88, 665-669 (2011).
Bain, A. D., Cramer, J. A. Slow Chemical Exchange in an Eight-Coordinated Bicentered Ruthenium Complex Studied by One-Dimensional Methods. Data Fitting and Error Analysis. J. Magn. Res., Series A. 118, 21-27 (1996).
Sandstrom, J. Dynamic NMR Spectroscopy. , Academic. New York. ISBN: 0126186200 9780126186208 (1982).
Castanar, L., Nolis, P., Virgili, A., Parella, T. Measurement of T1/T2 Relaxation Times in Overlapped Regions from Homodecoupled 1H Singlet Signals. J. Magn. Reson. 244, 30-35 (2014).
Muñoz, M. P., de la Torre, M. C., Sierra, M. A. New Platinum-Catalysed Dihydroalkoxylation of Allenes. Adv. Synth. Catal. 352, 2189-2194 (2010).
Muñoz, M. P., de la Torre, M. C., Sierra, M. A. Platinum-Catalysed Bisindolylation of Allenes: A Complementary Alternative to Gold Catalysis. Chem. Eur. J. 18, 4499-4504 (2012).
Hurtado-Rodrigo, C., Hoehne, S., Muñoz, M. P. A New Gold-Catalysed Azidation of Allenes. Chem. Comm. 50, 1494-1496 (2014).
Vrieze, K., Volger, H. C., Gronert, M., Praat, A. P. Intramolecular Rearrangements in Platinum--Tetramethylallene Compounds as Influenced by Ligands Trans to the Allene Group. J. Organometal. Chem. 16, 19-22 (1969).
Vrieze, K., Volger, H. C., Praat, A. P. Complexes of Allenes with Platinum (II) and Rhodium (I). J. Organometal. Chem. 21, 467-475 (1970).
Brown, T. J., Sugie, A., Leed, M. G. D., Widenhoefer, R. A. Structures and Dynamic Solution Behavior of Cationic, Two-Coordinate Gold(I)-π-Allene Complexes. Chem. Eur. J. 18, 6959-6971 (2012).
Yang, W., Hashmi, S. K. Mechanistic Insights into the Gold Chemistry of Allenes. Chem. Soc. Rev. 43, 2941-2955 (2014).
Quiros, M. T., Angulo, J., Munoz, M. P. Kinetics of Intramolecular Chemical Exchange by Initial Growth Rates of Spin Saturation Transfer Difference Experiments (SSTD NMR). Chem. Commun. 51, 10222-10225 (2015).
Mayer, M., Meyer, B. Characterization of Ligand Binding by Saturation Transfer Difference NMR Spectroscopy. Ang. Chem. Int. Ed. 38, 1784-1788 (1999).
Angulo, J., Nieto, P. STD-NMR: Application to Transient Interactions Between Biomolecules - A Quantitative Approach. Eur. Biophys. J. 40, 1357-1369 (2011).
Kemper, S., Patel, M. K., Errey, J. C., Davis, B. G., Jones, J. A., Claridge, T. D. W. Group Epitope Mapping Considering Relaxation of the Ligand (GEM-CRL): Including Longitudinal Relaxation Rates in the Analysis of Saturation Transfer Difference (STD) Experiments. J. Magn. Reson. 203, 1-10 (2010).
TopSpin program. , Bruker Corp. Available from: http://www.bruker.com/products/mr/nmr/nmr-software/software/topspin/ (2015).
Berger, S., Braun, S. 200 and More NMR Experiments: A Practical Course. , Wiley. ISBN. ISBN: 978-3-527-31067-8 (2004).
Cutting, B., Shelke, S. V., Dragic, Z., Wagner, B., Gathje, H., Kelm, S., Ernst, B. Sensitivity Enhancement in Saturation Transfer Difference (STD) Experiments Through Optimized Excitation Schemes. Magn Reson Chem. 45, 720-724 (2007).
Ley, N. B., Rowe, M. L., Williamson, R. A., Howard, M. J. Optimising Selective Excitation Pulses To Maximize Saturation Transfer Difference NMR Spectroscopy. RSC Adv. 4, 7347-7351 (2014).
Antanasijevic, A., Ramirez, B., Caffrey, M. Comparison of the Sensitivities of WaterLOGSY and Saturation Transfer Difference NMR Experiments. J. Biomol. NMR. 60 (1), 37-44 (2014).
Origin 6.0 software. , OriginLab Corp. Available from: http://originlab.com (2016).
Jarek, R. L., Flesher, R. J., Shin, S. K. Kinetics of Internal Rotation of N,N-Dimethylacetamide: A Spin-Saturation Transfer Experiment. J. Chem. Ed. 74, 978-982 (1997).
Forsen, S., Hoffman, R. A. Exchange Rates by Nuclear Magnetic Multiple Resonance. III. Exchange Reactions in Systems with Several Nonequivalent Sites. J. Chem. Phys. 40, 1189-1196 (1964).

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

NMR

ספין העברת רוויה ההבדל NMR (SSTD NMR): כלי חדש כדי לקבל פרמטרים קינטי של תהליכים כימיים Exchange