Methodenartikel

Spin Verzadiging Transfer Verschil NMR (SSTD NMR): een nieuw instrument te verkrijgen kinetische parameters van het chemisch Exchange Processen

19.8K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/54499

⸱

12 november 2016

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

In dit artikel

Samenvatting

Een gedetailleerd protocol dat de SSTD NMR-methode beschrijft, wordt hier gepresenteerd om nieuwe gebruikers te helpen deze nieuwe methode toe te passen om de kinetische parameters van hun eigen systemen te verkrijgen die onderhevig zijn aan chemische uitwisseling.

Samenvatting

Deze gedetailleerde protocol beschrijft de nieuwe Spin Verzadiging Transfer Difference Nuclear Magnetic Resonance protocol (SSTD NMR), recent ontwikkelde in onze groep om processen van wederzijdse eigen chemische uitwisseling die moeilijk te analyseren door de traditionele methoden te bestuderen. Zoals de naam al doet vermoeden, deze methode combineert de Spin Verzadiging Transfer methode gebruikt voor kleine moleculen, met de verzadiging Transfer Difference (STD) NMR-methode gebruikt voor de studie van eiwit-ligand interacties, door het meten van voorbijgaande draai verzadiging overdracht langs toenemende verzadiging keer (op te bouwen -up curves) in kleine organische en organometallische moleculen ondergaan chemische uitwisseling.

Voordelen van deze methode boven bestaande zijn: er is geen noodzaak om coalescentie van de uitwisseling van signalen bereikt; de methode kan worden toegepast zolang één signaal van de uitwisseling gebieden wordt geïsoleerd; er is geen noodzaak om T 1 meten of te bereiken steady state verzadiging; snelheidsconstante values rechtstreeks gemeten en T1 waarden worden verkregen in hetzelfde experiment met alleen een reeks experimenten.

Om de methode te testen, hebben we de dynamiek van de gehinderde rotatie van N, N -dimethylamides, waarvoor veel gegevens beschikbaar ter vergelijking onderzocht. De thermodynamische parameters verkregen middels SSTD zijn vergelijkbaar met de gerapporteerde die (spin-verzadiging transfer technieken en lijn-vorm analyse). De werkwijze kan worden toegepast om meer uitdagende substraten die niet kunnen worden bestudeerd door eerdere werkwijzen.

Wij voorzien dat de eenvoudige experimentele opstelling en de brede toepasbaarheid van de methode om een ​​grote verscheidenheid aan substraten zal dit een veelgebruikte techniek onder organische en organometallische chemici zonder uitgebreide expertise in NMR maken.

Inleiding

Chemische uitwisseling gewoonlijk betrekking op elk intermoleculaire of intramoleculaire waarbij een kern van de ene omgeving naar de andere, waarbij de parameters NMR (chemische verschuiving, scalaire koppeling, dipolaire koppeling ontspanningsgraad) verschillen. Er zijn talloze voorbeelden van chemische uitwisseling in organische en organometallische moleculen (bijv rotatie barrières in biarylen, ring flipping barrières en conformatie evenwicht, stikstofinversie, ligandbinding, gedegenereerde ligand uitwisseling en tautomerisatie). 1-3 De chemische wisselkoers is gerelateerd aan de thermodynamica van de barrière van het ruilproces, en daarom zijn studie is van cruciaal belang voor moleculaire dynamica van deze systemen te begrijpen.

Het klassieke teken van dynamische uitwisseling in NMR is een dramatische verandering in de line-vorm van de NMR-signalen als de temperatuur verandert. Bij lage temperaturen, het proces is langzaam en twee verschillende chemische verschuivingen opmer-ved. Bij hoge temperaturen, de twee signalen samenvoegen in een signaal, dat bekend staat als "coalescentie". Bij tussenliggende temperaturen, de signalen worden zeer breed. Deze gevoeligheid van het NMR spectrum van chemische uitwisseling NMR maakt een krachtige methode om de dynamica van moleculen in oplossing te bestuderen. Twee methoden zijn voornamelijk werkzaam in de studie van dynamische processen in oplossing:. Line-vorm analyse, 4-7 en draai de verzadiging overdracht experimenten 8-9 Trouwens, het is ook het vermelden waard de inversie overdrachtsmethode 10 en de CIFIT programma 11 voor de directe winning van snelheidsconstanten, dat zijn een relatief efficiënte aanpak voor de uitwisseling metingen in eenvoudige systemen. Hoewel deze methoden zeer goede resultaten in de meeste gevallen, ze hebben echter een aantal nadelen. Het belangrijkste nadeel van de lijn-vorm analyse is de hoge temperaturen die nodig is om samenvoeging te bereiken in een aantal monsters. 12 de belangrijkste kwesties om te overwegen wanneer carrying out rotatie verzadiging overdrachtsexperimenten zijn: de lange verzadiging tijd nodig om de steady state verzadiging transfer van het uitwisselen plaatsen bereikt, en de noodzaak om de longitudinale relaxatietijd constante, T 1 bepalen, die moeilijk kan zijn als er overlap van verschillende signalen in het gebied van onderzoek. 13

Als onderdeel van ons onderzoek in organometallische mechanismen, is 14-16 onze fractie het bestuderen van de veranderlijke gedrag van platina allene-complexen in oplossing. Dit is een complexe taak die tenminste drie verschillende processen, één daarvan is de π-face uitwisseling of rotatie van het metaal rond een van de alleenoxidesynthasefamilie as omvat. We ondervonden dat de normale VT experimenten en analysetechnieken lijn-vorm die eerder zijn toegepast in soortgelijke systemen, 17-19 waren niet geschikt voor onze studie, door een zeer langzame rotatie in onze platina allene complex dat de coalescentie temperatuur van de gemaakte signals van rente hoger is dan de temperatuur van ontleding van het complex.

Om deze beperking te overwinnen, ontwikkelden wij en meldde onlangs een nieuwe NMR protocol (SSTD NMR) processen van wederzijdse eigen chemische uitwisseling bestuderen. 20 Zoals de naam suggereert deze methode combineert de Spin Verzadiging Transfer methode voor kleine moleculen, met verzadiging Transfer Verschil NMR-methode gebruikt voor de studie van eiwit-ligand interacties, 21-24 door het meten van voorbijgaande draai verzadiging overdracht langs toenemende verzadiging tijden (opbouw curves) in kleine moleculen ondergaan chemische uitwisseling.

Met deze nieuwe methode (SSTD NMR) hebben wij aangetoond dat we de kinetische parameters van intramoleculaire chemische uitwisseling in kleine organische en organometallische moleculen met een aantal extra voordelen ten opzichte van traditionele benaderingen kunnen verkrijgen: coalescentie van de signalen is niet noodzakelijk, zodat een flexibeler temperatuurbereik kan worden gebruiktin de studie; signaal overlap niet stoort, maar ten minste één van de uitwisseling resonanties moeten worden geïsoleerd; er is geen noodzaak om T 1 meten of te bereiken steady state verzadiging; snelheidsconstante waarden direct gemeten en T1 waarden worden verkregen in hetzelfde experiment met alleen een reeks experimenten. Een ander opmerkelijk voordeel van de SSTD NMR methode is dat, in tegenstelling tot analyse lineshape, de bepaling van de kinetica snelheidsconstanten wordt niet beperkt door de toename van coalescentie temperaturen geassocieerd met hoge magnetische velden. Zo is onze methodologie dan heel goed toegeëigend zowel lage als hoge magnetische velden. Dit artikel is bedoeld om nieuwe gebruikers deze nieuwe methode toepassen op hun eigen systemen ondergaan chemische uitwisseling, en beschrijft de bereiding van de monsters, experimentele set-up, data-acquisitie, en een voorbeeld van de verwerking van gegevens en analyse in een eenvoudige organische molecuul.

Protocol

Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) voor gebruik.

1. NMR Monstervoorbereiding

  1. Weeg 5 mg N, N-dimethylaceetamide, toevoegen aan een NMR-buis geschikt voor lage temperaturen en los op in 0,6 ml tolueen-d8.

2. NMR experimentele opstelling 25

  1. NOE Spectra Acquisition
    1. Voer een eendimensionale NOE (Nuclear Overhauser Effect) experiment. 26
      LET OP: NOE effecten kan gebeuren bij elke temperatuur. Een eendimensionale NOE spectrum bestralen van het signaal dat wordt bestraald in de SSTD NMR experiment werd opgenomen bij -40 ° C om ervoor te zorgen dat de rotatie en overdracht magnetisatie in het hier gebruikte monster geminimaliseerd en derhalve de NOE, indien aanwezig, zou overheersen en worden gemeten in dit experiment. Idealiter NOE effecten tussen de twee kernen uitwisseling should niet aanwezig om daden tegen het SSTD methode te vermijden.
  2. SSTD NMR experimenten Setup
    1. Plaats het monster in de magneet door eerst te typen ej in de opdrachtregel van de software aan te zetten de luchtstroom. Zet dan het monster op de top van de magneet en typ ij. Wacht tot het monster is in de magneet.
    2. Zodra het monster in de magneet, het type edte in de opdrachtregel. Verander de temperatuur aan de eerste ingestelde temperatuur het experiment (295,5 K in dit geval) uit te voeren. Laat het monster stabiliseren op de gewenste temperatuur gedurende ten minste 20 min.
    3. Voer een 1D 1 H-NMR-experiment op het monster.
      1. Maak een nieuwe dataset van een 1 H-NMR-experiment. Hiervoor klikt u op FILE / NEW en de naam van het nieuwe experiment.
      2. Typ sequentieel en wachten op de vorige opdracht tot finish: slot, atma, topshim, getprosol en RGA.
      3. Type zg de proton experiment verwerven. Zodra het klaar is het type EFP en apk tot Fourier transformeren en pas de fase.
    4. Een nieuwe dataset van, bijvoorbeeld, een 1H NMR experiment. Hiervoor klikt u op FILE / NEW en de naam van het nieuwe experiment.
    5. In deze nieuwe dataset, typt rpar in de opdrachtregel. Selecteer een van de "STDDIFF" parameter sets uit de lijst, bijvoorbeeld STDDIFFESGP, en klik op "lezen" en vervolgens op "Lees alle" (figuur 1). Als alternatief, doen dit door te typen rpar STDDIFFESGP allemaal.
      OPMERKING: Het experiment kan worden uitgevoerd met deze pulssequentie. Echter, de pols programma dat gebruikt wordt in ons experiment was STDDIFF.
    6. Om de STDDIFF pulssequentie selecteren, klikt u op de knop met drie puntjes in de PULPROG lijn (figuur 2 en 3).
    7. Voor het uitvoeren van de SSTD NMR experiment, kalibreren de 1H 90 ° harde pulse (p1). Daartoe zorgen dat het monster in de magneet op de gewenste temperatuur (stap 2.2.2). Typ pulsecal in de opdrachtregel en kopieer de waarde van de 90 ° puls op de hogere macht (PL1 = -1 dB in dit geval), dat wil zeggen, degene die de kortste puls (figuur 4) geeft.
    8. Voeren de waarden voor de geijkte vaste puls in het experiment. Type getprosol 1H (waarde p1 verkregen in stap 2.2.7) (value for PL1) (Figuur 5).
    9. Stel de lengte van de gevormde puls. Type p13 en een waarde van 50.000 psec (figuur 6) voeren.
    10. Stel de selectieve pulsvorm. Om dit te doen, ga dan naar Vermogen en klik op de "Edit ..." knop naast SHAPE (Figuur 7). Ga naar de gevormde puls 13 en kies: Gaus 1,1000 (figuur 8).
    11. Stel de selectieve puls vermogen (SP13). Stel dat het iets nodig, dat wil zeggen , Dit systeem tussen 40-60 dB (overeenkomend met een veldsterkte van ongeveer 120 Hz) (Figuur 8). Overmatige veldsterktes kan leiden tot onaanvaardbare verzadiging effecten. 27-29
      LET OP: 50 dB was optimum in ons geval. Hou er rekening mee dat dit een verzwakking schaal, dus hoe kleiner de waarde, hoe hoger het vermogen van de radiofrequentie. Aangezien dit overeenkomt met de verzadigende Gaussian cascade, die wordt toegepast voor lange tijd (enkele seconden), moet SP13 niet onder 40 dB (indien nodig, raadpleegt de instrument specificaties zolang pulsen met hoog vermogen kunnen de probehead beschadigen). In onze ervaring 41-61 dB boven de verzwakking van de harde 1H 90 ° puls (-1 dB in dit werk) werkt prima. Probeer altijd selecteert u de hoogst mogelijke verzwakking leidt tot vergelijkbare verzadiging niveau.
    12. Typ ns en zet deze op 8 en type DS en zet deze op 4.

3. NMR Data Acquisition eend Processing 25

  1. SSTD NMR Experiment Acquisition
    1. Open de 1H-NMR-experiment uitgevoerd in stap 2.2.3 om te controleren waar het signaal dat zal worden bestraald is. Hiervoor zoeken op het experiment in de browser software, klik met de rechtermuisknop in de dataset en klik op "Display in een nieuw venster".
    2. Beweeg de cursor lijn naar het centrum van het signaal te bestralen en noteer de chemische verschuiving in ppm. Selecteer de spectrale breedte die wordt gebruikt in het experiment.
      Opmerking: In dit geval is het signaal dat wordt bestraald is 2,17 ppm, en de spectrale breedte gebruikt was 1,46 ppm. Zorg ervoor dat er geen chemische verschuiving correctie wordt gebruikt of de bestraling frequentie kan verkeerd ingesteld.
    3. Ga naar de eerder gemaakte SSTD NMR experiment met de in paragraaf 2.2 genoemde setup.
    4. Maak een lijst met de frequenties van bestraling. Hiervoor typt fq2list in de opdrachtregel en selecteer een bestaande lijst.
    5. Bewerk de lijstbestraling frequenties met inbegrip van de volgende gegevens in de eerste 3 rijen (Figuur 9): Rij 1. P (geeft aan dat de volgende gegevens in ppm); Row 2 frequentie van het signaal te bestralen in ppm, gemeten in 3.1.. 1; Tr 3,40 ppm (een frequentie die ver van de 1H signalen van de verbinding zodat de bestraling in deze frequentie beïnvloedt de spectra).
    6. Sla de lijst aan met een nieuwe naam en typ fq2list in de opdrachtregel en selecteer de lijst zojuist hebt gemaakt.
    7. Om het experiment met de signalen centreren bestudeerde Typ o1p en selecteert als het centrum van het experiment wordt de chemische verschuiving van het signaal dat wordt bestraald.
    8. Type sw de spectrale breedte te selecteren (1,46 ppm in dit geval, maar andere spectrale breedte worden gekozen).
      OPMERKING: Als de acquisitie tijd verkregen na het veranderen van de spectrale breedte is te lang (die meer lawaai in de spectra zal introduceren) is can worden aangepast door typen AQ de gewenste vrije Induction Decay (FID) Resolutie (FIDRES, 0,25 Hz in dit geval) verschaffen.
    9. Kies de waarde voor de InterScan ontspanning vertraging D1. Zorgen dat deze ten minste 1 tot 5 maal de waarde van de T 1 van de langzaamste ontspannen proton.
      OPMERKING: We instelt voor 40 sec, het langste verzadigingstijd (D20) in het experiment. Op deze manier alle van de experimenten zal dezelfde totale "per scan" tijd (delay + verzadiging tijd + pulsen + acquisitie tijd) te houden.
    10. Typ D1 en zet deze op 40 sec.
    11. Stel de eerste waarde voor de verzadiging tijd door het intikken van D20 en de oprichting ervan tot 40 sec. Bepaal de receiver gain (rg) automatisch door te typen RGA.
    12. Maak het volgende experiment door te typen iexpno. Typ D20 en selecteer een verzadiging van 20 sec in dit experiment. Typ RGA om automatisch te bepalen rg.
    13. Herhaal de laatste stap voor de D20 = 10, 5, 2,5, 1,25, 0,625, 0,3 sec.
    14. Zodra alle experimenten worden gecreëerd, opent de eerste en in de command line soort multizg en geef het aantal experimenten, 8 in dit geval (dat wil zeggen, multizg 8).
  2. SSTD NMR Experiment Processing
    1. Open de PROCNO 1 (Proces Number) van EXPNO 1 (Experiment Number) van de set (degene met de hogere verzadiging tijd).
    2. In de opdrachtregel het type lb en stel de waarde tot 1,5.
      OPMERKING: Bij spectra met een zeer hoge signaal-ruisverhouding deze waarde kan worden verlaagd; omgekeerd, kan worden verhoogd voor luidruchtige experimenten, als de spectrale resolutie geen ernstige problemen.
    3. In de opdrachtregel het type EFP en proces FID # = 1 ( "on-resonance" spectrum) in PROCNO = 2 (figuur 10).
    4. Corrigeer de fase van het experiment door te klikken op de Interactive fasecorrectie bUtton en sla het op als een 2D-experiment. Opslaan en exit (Figuur 11).
    5. Type rep 1 op de opdrachtregel naar de PROCNO 1.
    6. In de opdrachtregel het type EFP en proces FID # = 2 ( "off-resonance" spectrum) in PROCNO = 3 (Figuur 12).
    7. In de opdrachtregel soort .md en dan rep 2 op een veelvoud etalage met beide verwerkt spectra laten zien: 2 (degene met het signaal in het midden verzadigde) en 3 (het jaar waarin de verzadigende puls trein op 40 ppm werd toegepast ) (Figuur 13).
    8. Klik op de knop met een delta-teken (figuur 13) om het verschil spectra te berekenen en opslaan in PROCNO 4. Verlaat het display meerdere.
    9. Selecteer een integratie bereik voor het signaal aan de linkerkant (het signaal waarin de overdracht van verzadiging door chemische uitwisseling wordt waargenomen). integreren Altijd dezelfde regio in PROCNO 3 en PROCNO 4.
      NB: De integratie meetbereik in dit experiment was 2,55-2,67 ppm.
    10. Eenmaal geïntegreerd, ga naar het tabblad "integralen" in elk van de experimenten en kopieer de waarde van de "Integrale [abs]" (Figuur 14).
    11. Verdeel de integraal in PROCNO 4 van de integraal in PROCNO 3. Dat is de waarde van η SSTD voor een verzadiging van 40 sec (η = SSTD Spin Verzadiging Transfer verschilparameter). 21
    12. Herhaal de procedure voor de rest van de experimenten met verschillende verzadiging tijden.

4. Data Analysis 30

  1. Analyse van de gegevens te krijgen van de kinetische parameters
    1. Plot van de verkregen η SSTD waarden ten opzichte van de verzadiging tijd. 21
    2. Voer een exponentiële aanpassing aan de verkregen curven passen aan de vergelijking
      figure-protocol-1
      figure-protocol-2
      figure-protocol-3 = figure-protocol-4 bij zeer lange verzadigingstijd
      t = tijd
    3. Bereken de waarden van MAX en SSTD η δ en gebruiken om de waarden van de snelheidsconstanten (k) en relaxatietijden (T 1A) volgens de volgende vergelijkingen berekend:
      figure-protocol-5
      T 1A = longitudinale relaxatietijdconstante van spin A
      k = wederzijdse eigen kinetische wisselkoers constant
      1. Het verkrijgen van de kinetische snelheidsconstante door: figure-protocol-6
  2. Eyring Plot om de thermodynamische parameters te krijgen
    1. Plot ln (k / T) versus 1 / T (T = absolute temperatuur) met de waarden van de kine tic tarieven bij verschillende temperaturen.
    2. Voer een lineaire fit aan de verkregen informatie aan de Eyring vergelijking gegevens aan te passen:
      figure-protocol-7
      figure-protocol-8
      figure-protocol-9
      figure-protocol-10
      R = gasconstante
      k B = constante van Boltzmann
      T = absolute temperatuur
    3. Bereken de thermodynamische parameters AH ≠ en AS ≠.
    4. Bereken de waarden voor L (298) en Ag ≠ (298) met de volgende vergelijkingen:
      figure-protocol-11
      figure-protocol-12
      s / ftp_upload / 54499 / 54499eq13.jpg "/>
      figure-protocol-13

Resultaten

De SSTD NMR techniek werd voor de berekening van de kinetische parameters van de rotatie van de amidebinding van N, N-dimethylaceetamide toegepast. 21 Dit is een eenvoudig voorbeeld waarvoor uitgebreide gegevens voor vergelijking kan worden gevonden in de literatuur. 31

De gehinderde rotatie rond de amidebinding, vanwege de partiële dubbele binding teken in de vorm resonantie, differentieert beide methylgroepen in twee signalen in het 1H-NMR spectra (2,61 en 2,17 ppm bij 22,5 ° C). Spin verzadiging van het signaal van de methylgroep op 2,17 ppm (Me B) leidt tot het verdwijnen van het signaal in het 1H NMR. Na verzadiging van Me B, overdracht van verzadiging tot overige methylgroep (Me A) door de interne rotatie proces kan worden gevolgd door een afname van 1 H intensiteit in het signaal bij 2,61 ppm. de magnitude van deze afname is afhankelijk van de verzadigingstijd. Figuur 15 toont het 1H NMR-spectra van de N, N-dimethylaceetamide bij 22,5 ° C en de uitbreidingen tonen de spectra zonder (a) en (b) verzadiging van het methyl groep bij 2,17 ppm, en de verschilspectrum (c), gebruikt om de waarden van η SSTD berekenen. Het η SSTD wordt berekend de waarde van de integraal van Me A in de SSTD NMR spectrum (c) te delen door de waarde van de integraal van de Me A in spectra (a), zoals in het protocol. De verkregen waarden η SSTD per verzadigingstijd bij verschillende temperaturen zijn verzameld in tabel 1. De grafiek van de verkregen waarden van η SSTD versus de verzadigingstijd gaf exponentiële curven waarbij een plateau bij hogere verzadiging tijden werd bereikt. Voor een bepaalde temperatuur, de exponentiële fit van de curve maakt de berekening van het percentage(k) en de relaxatietijd van het 1 H uit het meetsignaal (T 1A) (Figuur 16). Figuur 17 toont de verkregen curven samen met het k en T 1A waarden verkregen in past.

Tenslotte de grafiek van ln (k / T) versus 1 / T en de pasvorm de Eyring vergelijking (Figuur 18) gebruikt om de enthalpie en entropie van activering berekenen. De bepaalde activatie parameters zijn weergegeven in tabel 2, samen met de eerder beschreven parameters berekend met behulp van verschillende methoden.

Zoals in Tabel 2 kan worden waargenomen, de waarden van de parameters activatie verkregen met de Spin Saturation Transfer Verschil techniek (SSTD NMR) zijn goed overeen met de gegevens die eerder gerapporteerd met andere technieken, zoals NMR of SSTlijn vorm analyse. Het brede bereik van waarden vermeld voor AS ‡ is te wijten aan de moeilijkheid om de meting van deze parameter met NMR-technieken. 31 Voor het overige van de activering parameters, de waarden verkregen met onze methode niet alleen erg vergelijkbaar met de reeds gemelde maar ook nauwkeuriger, omdat onze fouten (SD) zijn kleiner in alle gevallen.

figure-results-1
Figuur 1: Lijst van experimenten na het typen rpar. De figuur toont de verschillende parametersets waaronder STDDIFFESGP moeten worden geselecteerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2:.. Acquisitie parameters De knop gemarkeerd in een rood vierkant leidt tot een lijst van de verschillende pulse programma Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3:.. Lijst van pulse programma's De figuur toont de geselecteerde hartslag programma in het experiment (STDDIFF) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-4
Figuur 4: pop-up venster verscheen na de 90 ° puls kalibratie De figuur toont de waarden van de gekalibreerde 90 &. # 176; puls op verschillende vermogensniveaus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-5
Figuur 5:.. Screenshot van de opdrachtregel De figuur laat zien hoe u de waarde voor de geijkte harde puls voeren Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-6
Figuur 6:. Waarde voor de lengte van de gevormde puls De afbeelding toont de waarde invoeren voor de lengte van de gevormde puls. g6large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-7
Figuur 7:.. Acquisitie parameters De figuur toont de kracht parameters Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-8
Figuur 8:. Parameters voor de gevormde puls De waarden voor de gevormde puls zal in lijn 13. worden ingevoerd Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Pbelasting / 54499 / 54499fig9.jpg "/>
. Figuur 9: Lijst van bestraling frequenties Het cijfer omvat de volgende gegevens in de eerste 3 rijen: Rij 1. P (geeft aan dat de volgende gegevens in ppm); Row 2 frequentie van het signaal te bestralen in ppm, gemeten. in 3.1.1; Row 3,40 ppm (een frequentie die ver van de 1H signalen van de verbinding, zodat de bestraling in deze frequentie heeft geen invloed op de spectra). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-9
Figuur 10:. De verwerking van de eerste FID De figuur toont het pop-up venster dat na het typen EFP verschijnt. nk "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-10
Figuur 11:.. Phase correctie Screenshot toont het venster voor de handmatige fasecorrectie Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-11
Figuur 12:. De verwerking van de tweede FID De figuur toont het pop-up venster dat na het typen EFP verschijnt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 13 "src =" / files / ftp_upload / 54499 / 54499fig13.jpg "/>
Figuur 13: Meerdere weergave van spectra 2 en 3. De knop gemarkeerd in een rood vierkant is degene die het verschil spectra te berekenen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-12
Figuur 14:.. Tabblad Integrals De figuur toont de waarden van de absolute en relatieve integralen Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-13
Figuur 15: Structuur en 1 g> H NMR spectra van N, N-dimethylaceetamide bij 22,5 ° C in tolueen-d 8. (a) 1H NMR expansie van de regio 2,13-2,66 ppm voor de bestraling. (B) Uitbreiding van dezelfde regio na bestraling van de methylgroep op 2.17 ppm. (C) Verschil spectrum [(a) - (b)]. Klik hier om een grotere versie van deze figuur zien.

figure-results-14
Figuur 16: Voorbeeld van de plot van η SSTD en de exponentiële fit op 278 K. Gereproduceerd van de ondersteunende informatie referentie 21 met toestemming van de Royal Society of Chemistry.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54499/54499fig16large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-15
Figuur 17: Percelen van η SSTD vs. verzadiging tijd bij verschillende temperaturen. De figuur toont de plot voor N, N-dimethylaceetamide en de tafel met de behaalde prijzen constanten en ontspanning tijden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-16
Figuur 18:. Eyring plot De figuur toont de plot voor N, N-dimethylaceetamide. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

t zat (sec) 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
10 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

Tabel 1:. Waarden van η SSTD De tabel geeft de waarden verkregen op verschillende tijden voor verzadiging N, N-dimethylaceetamide in het temperatuurbereik 278-295,5 K.

AH ‡ (KJ mol -1)
Methode SSTD NMR SST NMR 31 td> Line-shape analyse Line-shape analyse Line-shape analyse
Parameter (Dit werk) (1H NMR) 4 (1H NMR) 5 (13C NMR) 6
E een 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
AS ‡ (J mol -1 K -1) 11,5 ± 0,4 -10,5 ± 5.0 -15.0 ± 5.1 13 ± 8 3 ± 4
Ag ‡ 298 (kJ mol -1) 73,8 ± 0,1 73,7 ± 2,0 720,5 75,3 ± 0,4 75,7 ± 0,4
solvent Tol- d 8 Tol- d 8 CCl4 Aceton-d6 netjes
21px; width: 145px; ">

Tabel 2:. Activering parameters tabel toont de activering parameters voor de interne rotatie van N, N-dimethylaceetamide verkregen door SSTD NMR methode vergeleken met dezelfde parameters verkregen met behulp van verschillende NMR analysemethoden 4,5,6 Fouten in deze tabel. verwijzen naar standaarddeviatie fouten (SD). (Overgenomen uit referentie 21 met toestemming van de Royal Society of Chemistry).

Discussie

Een van de meer voor de hand liggende voordelen van deze methodologie is dat de snelheidsconstanten en de relaxatietijd voor een bepaalde temperatuur kunnen worden verkregen met een enkele reeks experimenten, met een robuuste pulssequentie (dezelfde die wordt gebruikt voor STD-experimenten om eiwit-ligandinteracties te bestuderen, die doorgaans binnen de beschikbare set experimenten van de fabrikant van de spectrometer wordt aangetroffen). Dit vereenvoudigt de experimentele opstelling aangezien er geen noodzaak is om T1 te meten of de toestand van stabiele verzadiging te bereiken. Bovendien is het opmerkelijk dat deze methode niet afhankelijk is van de magneetsterkte, zoals coalescentiemetoden. Aan de andere kant is de belangrijkste beperking dat deze techniek niet kan worden toegepast op chemische uitwisselingsprocessen die te snel of te langzaam zijn, wat zou afhangen van het temperatuurbereik van de NMR-machine of de gebruikte oplosmiddelen.

Deze nieuwe techniek voor de berekening van kinetische parameters kan worden toegepast op een grote verscheidenheid aan substraten en de toepasbaarheid ervan is al aangetoond met enkele interessante moleculen.21 De kinetische parameters van het 4-N,N-dimethylamido[2.2]paracyclophaan, een uitdagende substraat waarbij het signaal van een van de interessante methylgroepen overlapt met andere signalen van het molecuul, werden met succes berekend met behulp van SSTD NMR. Interessant is dat deze methodologie kan worden toegepast zolang één van de te bestuderen signalen geïsoleerd is. SSTD NMR is ook een nuttig protocol voor de berekening van kinetische parameters in moleculen waarbij de coalescentietemperatuur zo hoog is dat het molecuul ontbindt voordat deze wordt bereikt. Dit is het geval met PtCl2(dimethylallene)(pyridine), waarbij de methodologie met succes werd toegepast zonder de noodzaak om de coalescentie te bereiken. De keuze van oplosmiddelen en temperaturen is cruciaal om goede resultaten te verkrijgen, aangezien de chemische uitwisselingssnelheden aanzienlijk kunnen variëren met deze parameters. Bovendien zijn, naast de criteria in een normale NMR-experiment, sleutelstappen in een SSTD NMR-experiment de selectiviteit van de bestraling evenals de temperatuurregeling. Beide factoren moeten nauwkeurig zijn om het succes van het experiment te garanderen.

De representatieve resultaten die hier worden gepresenteerd zijn voor de kinetiek van intramoleculaire chemische uitwisseling, maar de techniek kan ook worden toegepast om de kinetiek van intermoleculaire chemische uitwisseling en ook ligand-uitwisseling te bestuderen, gebruikelijke processen in het dynamische gedrag van overgangsmetaalcomplexen.

Ten slotte, als een passende wijziging van de vergelijkingen wordt gemaakt,32 zou deze methode kunnen worden uitgebreid om met meervoudige uitwisselingsplaatsen en ongelijke populaties om te gaan, zoals het is gedaan in voormalige dubbele resonantie-experimenten,8-9 waardoor de nuttigheid van deze techniek voor de studie van chemische uitwisselingsprocessen in uitdagende verbindingen wordt vergroot.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.

Dankbetuigingen

De financiering door de Universiteit van East Anglia, de EPSRC (EP/L012855/1) en de EU (H2020-MSCA-IF-2014-EF-ST-658172) wordt dankbaar erkend (MTQ).

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
N,N-dimethylacetamideAldrich38840Acute toxiciteit
Tolueen-d8FluorochemD-005Ontvlambaar en giftig
500 MHz 7" Select Series NMR-buizenGPE LTDS-5-500-7
TopSpin 2.1TopSpin programma, Bruker Corp., http://www.bruker.com/products/mr/nmr/nmr-software/software/topspin/ (2015).
Origin 6.0Origin 6.0 software, OriginLab Corp., http://originlab.com.
Bruker Avance III 500 MHz voorzien van 5 mm breedband geobserveerde BBFOplus Z-gradient SmartProbeTM sonde Bruker Corp., http://www.bruker.com
Bruker Avance I 500 MHz Inverse Triple Resonance NMR spectrometer voorzien van een 5 mm TXI Z-gradient sonde Bruker Corp., http://www.bruker.com
Keramische Spinner standardbore shimsystemen (5 mm) Bruker Corp., http://www.bruker.comH00804

Referenties

  1. Bain, A. D. Chemical Exchange in NMR. Prog. Nuc. Mag. Res. Spect. 43, 63-103 (2003).
  2. Bain, A. D. Chemical Exchange. Modern Magnetic Resonance. , 421-427 (2006).
  3. Bain, A. D. Chapter 2 - Chemical Exchange. Ann. Rep. NMR Spect. 63, 23-48 (2008).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Williams, T. J., Kershaw, A. D., Li, V., Wu, X. An Inversion Recovery NMR Kinetics Experiment. J. Chem. Educ. 88, 665-669 (2011).
  11. 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).
  12. Sandstrom, J. Dynamic NMR Spectroscopy. , Academic. New York. ISBN: 0126186200 9780126186208 (1982).
  13. 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).
  14. Muñoz, M. P., de la Torre, M. C., Sierra, M. A. New Platinum-Catalysed Dihydroalkoxylation of Allenes. Adv. Synth. Catal. 352, 2189-2194 (2010).
  15. 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).
  16. Hurtado-Rodrigo, C., Hoehne, S., Muñoz, M. P. A New Gold-Catalysed Azidation of Allenes. Chem. Comm. 50, 1494-1496 (2014).
  17. 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).
  18. Vrieze, K., Volger, H. C., Praat, A. P. Complexes of Allenes with Platinum (II) and Rhodium (I). J. Organometal. Chem. 21, 467-475 (1970).
  19. 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).
  20. Yang, W., Hashmi, S. K. Mechanistic Insights into the Gold Chemistry of Allenes. Chem. Soc. Rev. 43, 2941-2955 (2014).
  21. 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).
  22. Mayer, M., Meyer, B. Characterization of Ligand Binding by Saturation Transfer Difference NMR Spectroscopy. Ang. Chem. Int. Ed. 38, 1784-1788 (1999).
  23. Angulo, J., Nieto, P. STD-NMR: Application to Transient Interactions Between Biomolecules - A Quantitative Approach. Eur. Biophys. J. 40, 1357-1369 (2011).
  24. 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).
  25. TopSpin program. , Bruker Corp. Available from: http://www.bruker.com/products/mr/nmr/nmr-software/software/topspin/ (2015).
  26. Berger, S., Braun, S. 200 and More NMR Experiments: A Practical Course. , Wiley. ISBN. ISBN: 978-3-527-31067-8 (2004).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Origin 6.0 software. , OriginLab Corp. Available from: http://originlab.com (2016).
  31. 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).
  32. 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).

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Proton NMR spectrabelemmerde rotatie van de amidebindingmeting van de snelheidsconstantebepaling van de relaxatietijdanalyse via de Eyring vergelijking
Spin Verzadiging Transfer Verschil NMR (SSTD NMR): een nieuw instrument te verkrijgen kinetische parameters van het chemisch Exchange Processen
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.