Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Spin Saturation Transfer Difference NMR (SSTD NMR): Et nyt værktøj hentes Kinetic Parametre for kemisk udveksling Processer

Published: November 12, 2016 doi: 10.3791/54499
Automatic Translation
1, 1,2, 2, 1
1School of Chemistry, University of East Anglia, 2School of Pharmacy, University of East Anglia

Abstract

Denne detaljerede protokol beskriver den nye Spin Saturation Transfer Difference Nuclear Magnetic Resonance protokol (SSTD NMR), for nylig udviklet i vores gruppe for at studere processer af gensidig-site kemisk udveksling, der er vanskelige at analysere ved traditionelle metoder. Som navnet antyder, er denne metode kombinerer Spin mætningsoverførsel metode bruges til små molekyler, med Mætning Transfer Difference (STD) NMR metode anvendt til undersøgelse af protein-ligand-interaktioner, ved at måle forbigående centrifugering mætningsoverførsel langs voksende mætning gange (build -Up kurver) i små organiske og organometalliske molekyler undergår kemisk udveksling.

Fordelene ved denne metode i forhold til eksisterende er: er der ikke behov for at nå sammenflydning af de udveksler signaler; metoden kan anvendes, så længe ét signal af de udveksler sites er isoleret; der ikke er behov for at måle T 1 eller nå steady state mætning; hastighedskonstant values måles direkte, og T 1 værdier er opnået i det samme eksperiment, ved anvendelse af kun ét sæt eksperimenter.

For at teste fremgangsmåden, har vi studeret dynamikken i den hindrede rotation af N, N -dimethylamides, for hvilken der foreligger mange data til sammenligning. De termodynamiske parametre opnået ved anvendelse SSTD er meget lig de rapporterede dem (spin-mætningsoverførsel teknikker og line-form analyse). Fremgangsmåden kan anvendes til mere udfordrende substrater, der ikke kan studeres ved tidligere fremgangsmåder.

Vi forestiller os, at den simple eksperimentelle opsætning og den brede anvendelighed af metoden til en lang række substrater vil gøre dette til en almindelig teknik blandt organiske og organometalliske kemikere uden omfattende ekspertise i NMR.

Introduction

Kemisk udveksling almindeligvis henviser til enhver intermolekylær eller intramolekylær proces, hvor en kerne flytter fra ét miljø til et andet, hvor dets NMR-parametre (kemiske skift, skalar koblings-, dipolært koblings-, relaktionsrate) forskellige. Der er talrige eksempler på kemisk udveksling i organiske og organometalliske molekyler (f.eks roterende barrierer i biaryler, ring flipping barrierer og konformationel ligevægt, kvælstof inversion, ligandbinding, degenereret ligand udveksling og tautomerisering). 1-3 Den kemiske Kursen er relateret til termodynamik barrieren af ​​udvekslingen proces, og derfor sin undersøgelse er af afgørende betydning for at forstå molekylær dynamik i disse systemer.

Den klassiske tegn på dynamisk udveksling i NMR er en dramatisk ændring i line-formen af ​​NMR signaler som temperaturen ændres. Ved lave temperaturer, er processen langsom og to forskellige kemiske skift er obseraba. Ved høje temperaturer, de to signaler smelter sammen til ét signal, der er kendt som "sammensmeltning". Ved mellemliggende temperaturer, signalerne bliver meget bredt. Denne følsomhed af NMR-spektret til kemisk udveksling gør NMR en meget kraftfuld metode til at studere dynamikken af ​​molekyler i opløsning. To metoder er blevet primært ansat i studiet af dynamiske processer i opløsning:. Line-form analyse, 4-7 og spin-mætning transfer eksperimenter 8-9 Desuden er det også værd at nævne den inversion overførselsmetode 10 og CIFIT program 11 for den direkte udvinding af hastighedskonstanter, som er en relativt effektiv tilgang til udveksling målinger i simple systemer. Selv om disse metoder giver meget gode resultater i de fleste tilfælde, de har dog en række ulemper. Den største ulempe ved line-formen analyse er de høje temperaturer, der er nødvendige for at nå sammensmeltning i nogle prøver. 12 De vigtigste spørgsmål at overveje, når carrying ud spin-mætningsoverførsel eksperimenter er: de meget lange saturation gange kræves for at nå steady state mætningsoverførsel mellem udveksler sites, og behovet for at bestemme den langsgående relaksationstidskonstant, T 1, hvilket kan være vanskeligt, hvis der er overlapning af forskellige signaler i regionen undersøgelsen. 13

Som en del af vores undersøgelser i organometalliske mekanismer, er 14-16 vores gruppe studere fluxional adfærd platin-Allene komplekser i opløsning. Dette er en kompleks opgave, der involverer mindst tre forskellige processer, en af ​​dem er den π-face udveksling eller rotation af metallet omkring en af ​​Allene akse. Vi stødte at normal VT eksperimenter og line-shape analyse teknikker, der er blevet anvendt før i lignende systemer, 17-19 ikke var egnet i vores undersøgelse, på grund af en meget langsom rotation i vores platin-allen kompleks, der gjorde sammensmeltning temperaturen af SIGnaler af interesse højere end temperaturen af ​​dekomponering af komplekset.

For at overvinde denne begrænsning, vi udviklet og for nylig rapporteret en ny NMR-protokol (SSTD NMR) til at studere processer gensidig-site kemisk udveksling. 20 Som navnet antyder denne metode kombinerer Spin Saturation Transfer metode, der anvendes til små molekyler, med Saturation Transfer Difference NMR metode anvendt til undersøgelse af protein-ligand interaktioner, 21-24 ved at måle forbigående spin-mætningsoverførsel sammen voksende mætning gange (ophobning kurver) i små molekyler undergår kemisk udveksling.

Med denne nye metode (SSTD NMR) har vi vist, at vi kan opnå de kinetiske parametre for intramolekylær kemisk udveksling i små organiske og organometalliske molekyler med nogle yderligere fordele i forhold til traditionelle metoder: er ikke nødvendigt sammensmeltning af signalerne, så en mere fleksibel temperaturområde Kan brugesi undersøgelsen; signal overlapning ikke interfererer, dog bør isoleres mindst et af de udveksler resonanser; der ikke er behov for at måle T 1 eller nå steady state mætning; sats konstante værdier måles direkte og T 1 værdier opnået i det samme eksperiment, ved hjælp af kun ét sæt eksperimenter. En anden bemærkelsesværdig fordel ved SSTD NMR metoden er, at i modsætning til lineshape analyse, er bestemmelsen af ​​kinetikken hastighedskonstanter ikke begrænset af den stigende sammensmeltning temperaturer forbundet med høje magnetfelter. Således er vores metode så meget godt tilegnet for både lave og høje magnetfelter. Denne artikel er bestemt til at hjælpe nye brugere anvende denne nye metode til deres egne systemer kemisk udveksling, og beskriver prøveforberedelse, forsøgsopstilling op, dataopsamling, og et eksempel på databehandling og analyse i en enkel organisk molekyle.

Protocol

Forsigtig: Se venligst alle relevante materiale sikkerhedsdatablade (MSDS) før brug.

1. NMR Prøvefremstilling

  1. Afvej 5 mg N, N-dimethylacetamid, tilsættes til et NMR-rør egnet til lave temperaturer og opløses i 0,6 ml toluen d 8.

2. NMR Eksperimentel opsætning 25

  1. NOE Spectra Acquisition
    1. Udfør en endimensional NOE (Nuclear Overhauser Effect) eksperiment. 26
      BEMÆRK: NOE effekter kan ske ved enhver temperatur. En endimensional NOE spektrum bestråling af signal, der vil blive bestrålet i SSTD NMR eksperiment blev indspillet ved -40 ° C for at sikre, at rotationen og magnetisering overførsel i prøven bruges her blev minimeret, og derfor NOE, hvis eksisterende, ville dominere og måles i dette eksperiment. Ideelt, NOE effekter mellem de to udveksle kerner should ikke være til stede for at undgå interferens med SSTD metoden.
  2. SSTD NMR Eksperimenter Setup
    1. Sæt prøven i magneten ved først at skrive ej i kommandolinjen af softwaren for at tænde luftstrømmen. Derefter satte prøven på toppen af magneten og derefter skrive ij. Vent, indtil prøven er inde magneten.
    2. Når prøven er i magneten, typen edte i kommandolinjen. Ændre temperaturen til den første valgte temperatur at udføre forsøget (295,5 K i dette tilfælde). Lad prøven stabilisere sig ved den valgte temperatur i mindst 20 min.
    3. Udfør en 1D 1H-NMR eksperiment på prøven.
      1. Lav en ny datasæt af en 1H-NMR eksperiment. Til dette klik på FILE / NEW og navngive den nye eksperiment.
      2. Skriv sekventielt og venter på den foregående kommando til slut: lås, atma, topshim, getprosol og RGA.
      3. Indtast <em> zg at erhverve proton eksperimentet. Når den er færdig typen EFP og APK til Fouriertransformation det og justere fasen.
    4. Lav en ny datasæt af for eksempel en 1H-NMR-eksperiment. Til dette klik på FILE / NEW og navngive den nye eksperiment.
    5. I denne nye datasæt, skriv rpar i kommandolinjen. Vælg en af de "STDDIFF" parametersæt fra listen, f.eks STDDIFFESGP, og klik på "læse" og derefter "læse alle" (figur 1). Alternativt, gør dette ved at skrive rpar STDDIFFESGP alle.
      BEMÆRK: Forsøget kan udføres med denne puls sekvens. Men pulsen program, der bruges i vores eksperiment var STDDIFF.
    6. For at vælge STDDIFF puls sekvens, skal du klikke på knappen med tre prikker i PULPROG linje (figur 2 og 3).
    7. Forud for SSTD NMR eksperimentet, kalibrere 1H 90 ° hårde pulse (p1). Til dette formål sikres, at prøven er i magneten ved den ønskede temperatur (trin 2.2.2). Skriv pulsecal på kommandolinjen og kopiere værdien af den 90 ° pulsen ved den højere effekt (PL1 = -1 dB i dette tilfælde), dvs den, der giver den korteste puls (figur 4).
    8. Indføre værdierne for den kalibrerede hårde puls i eksperimentet. Type getprosol 1H (værdi for p1 opnået i trin 2.2.7) (værdi for PL1) (figur 5).
    9. Indstille længden af ​​den formede puls. Typen P13 og indføre en værdi på 50.000 mikrosekunder (figur 6).
    10. Indstil den selektive puls form. For at gøre dette, skal du gå til Power og klik på "Rediger ..." knappen ved siden af form (figur 7). Gå til formede puls 13 og vælg: Gaus 1,1000 (figur 8).
    11. Indstil den selektive puls effekt (SP13). Indstil den til noget relevant, dvs. (figur 8). Overdreven feltstyrker kan føre til mætning uacceptable virkninger. 27-29
      BEMÆRK: 50 dB var optimal i vores tilfælde. Tage hensyn til, at dette er en dæmpning skala, så jo mindre værdi jo højere magt radiofrekvens. Da det svarer til den mætte Gauss kaskade, som anvendes til lange tid (flere sekunder), bør SP13 ikke gå under 40 dB (om nødvendigt, konsultere instrumentets specifikationer, så længe pulser ved høj effekt kan beskadige probehead). Det er vores erfaring 41-61 dB over dæmpningen af det hårde 1H 90 ° puls (-1 dB i dette arbejde) virker fint. Prøv altid at vælge den højest mulige dæmpning fører til tilsvarende mætning niveau.
    12. Skriv ns og sæt den til 8 og skrive ds og sæt den til 4.

3. NMR datafangst end Processing 25

  1. SSTD NMR Experiment Acquisition
    1. Åbn 1H NMR eksperiment udføres i trin 2.2.3 at kontrollere hvor signalet, der vil blive bestrålet er. For dette, søge eksperimentet i softwaren browser, højreklik i datasættet, og klik på "Skærm i nyt vindue".
    2. Flyt markøren linje til midten af ​​signalet til at bestråle og nedskrive det kemiske skift i ppm. Vælg den spektrale bredde, der vil blive anvendt i eksperimentet.
      BEMÆRK: I dette tilfælde det signal, som vil blive bestrålet er på 2,17 ppm, og den spektrale bredde anvendte 1,46 ppm. Sørg for, at ingen kemisk skift korrektion bruges eller bestråling frekvens kan være indstillet forkert.
    3. Gå til den tidligere oprettede SSTD NMR eksperiment med den i § 2.2 setup.
    4. Opret en liste med frekvenser af bestråling. For dette, skal du skrive fq2list på kommandolinjen og vælg en eksisterende liste.
    5. Rediger listenaf bestråling frekvenser, herunder følgende data i de 3 første rækker (Figur 9): Row 1. P (angiver, at følgende data er i ppm) Række 2 Hyppigheden af signalet, der skal bestråles i ppm, som målt i 3.1.. 1; Række 3,40 ppm (en frekvens, der er langt fra de 1 H signalerne på forbindelsen, så den bestråling i denne frekvens ikke påvirker spektre).
    6. Gem listen med et nyt navn og derefter skrive fq2list på kommandolinjen og vælge listen lige har oprettet.
    7. For at centrere eksperiment på signalerne under undersøgelse, type o1p og vælge som centrum af eksperimentet det kemiske skift af signalet, der skal bestråles.
    8. Type sw for at vælge den spektrale bredde (1,46 ppm i dette tilfælde, men enhver anden spektral bredde kan vælges).
      BEMÆRK: Hvis købet tid opnået efter ændring af spektrale bredde er for lang (som vil indføre mere støj i spektre) det can justeres ved at skrive AQ at tilvejebringe den ønskede Free Induction Decay (FID) opløsning (FIDRES, 0,25 Hz i dette tilfælde).
    9. Vælg værdien for InterScan forsinkelse afslapning D1. Sørg for, at det er mindst 1 til 5 gange værdien af T 1 af de langsomste afslappende proton.
      BEMÆRK: Vi sætter det op til 40 sek, som er den længste mætning tid (D20) i eksperimentet. På denne måde alle forsøgene vil holde den samme totale "per scan" tid (forsinkelse + mætning tid + impulser + erhvervelse tid).
    10. Skriv D1 og sæt den til 40 sek.
    11. Indstil den første værdi for mætning tid ved at skrive D20 og sætte den til 40 sek. Bestem modtageren gevinst (rg) automatisk ved at skrive RGA.
    12. Opret næste eksperiment ved at skrive iexpno. Indtast D20 og vælg en mætning på 20 sek i dette eksperiment. Skriv RGA til automatisk at bestemme rg.
      13. <li> Gentag det sidste skridt for D20 = 10, 5, 2,5, 1,25, 0,625, 0,3 sek.
    13. Når alle forsøgene er skabt, skal du åbne den første og i kommandolinjen typen multizg og angive antallet af eksperimenter, 8 i denne sag (dvs. multizg 8).
  2. SSTD NMR Experiment Processing
    1. Åbn PROCNO 1 (Process Number) fra EXPNO 1 (forsøg Number) af sættet (den ene med den højere mætning tid).
    2. I kommandolinjen typen lb og indstille værdien til 1,5.
      BEMÆRK: For spektre med meget høje signal-til-støj-forhold denne værdi kunne reduceres; omvendt, kan det øges til støjende eksperimenter, hvis den spektrale opløsning ikke er hårdt ramt.
    3. I kommandolinjen typen EFP og proces FID # = 1 ( "on-resonans" spektrum) i PROCNO = 2 (figur 10).
    4. Korrigere fasen af forsøget ved at klikke på Interactive fasekorrektion Button og gemme det som en 2D eksperiment. Gem og afslut (figur 11).
    5. Type rep 1 på kommandolinjen for at gå til PROCNO en.
    6. I kommandolinjen typen EFP og proces FID # = 2 ( "off-resonans" spektrum) i PROCNO = 3 (figur 12).
    7. I kommandolinjen typen .md og derefter rep 2 for at vise en multiple display vindue med både forarbejdet spektre: 2 (den ene med signalet i midten mættet) og 3 (den, hvor den mættende puls toget blev påført ved 40 ppm ) (figur 13).
    8. Klik på knappen med en delta tegn (figur 13) til at beregne forskellen spektre og gemme den i PROCNO 4. Afslut multiple display vindue.
    9. Vælg en integration interval for signalet til venstre (det signal, i hvilket vil blive observeret overførsel af mætning grund af kemisk udveksling). Altid integrere samme region i PROCNO 3 og PROCNO 4.
    10. Når integreret, gå til fanen "integraler" i hver af forsøgene og kopiere værdien af "Integral [abs]" (Figur 14).
    11. Opdel integreret i PROCNO 4 af integralet i PROCNO 3. Det er værdien af η SSTD for en mætning tid på 40 sek (η SSTD = Spin Saturation Transfer Difference parameter). 21
    12. Gentag proceduren for resten af ​​forsøgene med forskellige mætning gange.

4. Dataanalyse 30

  1. Analyse af data får du den kinetiske parametre
    1. Plot de opnåede η SSTD værdier versus mætning tid. 21
    2. Udfør en eksponentiel egnet til at justere de opnåede kurver til ligningen
      ligning 1
      "Ligningligning 3 = ligning 4 ved meget lang mætning tid
      t = tid
    3. Beregn værdierne af η SSTD MAX og δ og bruge dem til at beregne værdierne af hastighedskonstanter (k) og afslapning gange (T 1A) i henhold til følgende ligninger:
      ligning 5
      T 1A = langsgående relaksationstidskonstant spin A
      k = gensidig-site udveksling kinetiske hastighedskonstant
      1. Opnå den kinetiske hastighedskonstanten ved: ligning 6
  2. Eyring plot for at få de termodynamiske parametre
    1. Plot ln (k / T) versus 1 / T (T = absolut temperatur), ved hjælp af værdierne af Køer tic satser ved forskellige temperaturer.
    2. Udfør en lineær tilpasning for at justere de opnåede data til Eyring ligningen:
      ligning 7
      ligning 8
      ligning 9
      ligning 10
      R = gaskonstant
      k b = Boltzmanns konstant
      T = den absolutte temperatur
    3. Beregn termodynamiske parametre AH ≠ og AS ≠.
    4. Beregn værdierne for E A (298) og AG ≠ (298) ved hjælp af følgende ligninger:
      ligning 11
      ligning 12
      s / ftp_upload / 54.499 / 54499eq13.jpg "/>
      ligning 14

Representative Results

Den SSTD NMR teknik blev anvendt til beregning af de kinetiske parametre i rotation af amidbindingen N, N-dimethylacetamid. 21 Dette er et simpelt eksempel for som kan findes omfattende data til sammenligning i litteraturen. 31

Den hindrede rotation omkring amidbindingen, på grund af den delvise dobbeltbinding tegn i resonans form adskiller begge methylgrupper i to signaler i 1H-NMR-spektre (2,61 og 2,17 ppm ved 22,5 ° C). Spin mætning af signalet af methylgruppen ved 2,17 ppm (Me B) fører til forsvinden af dens signal i 1H-NMR. Efter mætning af Me B, overførsel af mætning til den anden methylgruppe (Me A) som følge af indadrotation processen kan iagttages ved et fald i 1H intensitet i signalet ved 2,61 ppm. Den magnitude af dette fald vil afhænge af mætning tid. Figur 15 viser 1H-NMR spektre af N, N-dimethylacetamid ved 22,5 ° C, og udvidelserne viser spektrene uden (a) og med (b) mætning af methyl gruppe ved 2,17 ppm, samt differensspektret (c), anvendes til at beregne værdierne af η SSTD. Den η SSTD faktoren beregnes dividere værdien af integralet af Me A i SSTD NMR-spektrum (c) med værdien af integralet af Me A i spektre (a), som forklaret i protokollen. De opnåede værdier af η SSTD for hver mætning tid ved forskellige temperaturer er samlet i tabel 1. Plottet af de opnåede værdier af η SSTD versus mætning tid gav eksponentielle kurver, hvor et plateau blev nået ved højere mætning tidspunkter. For en bestemt temperatur, den eksponentielle pasform af kurven tillader beregning af satsenkonstant (k) og afslapning tid af 1H af den målte signal (T 1A) (figur 16). Figur 17 viser alle de opnåede kurver sammen med k og T 1A værdier opnået i de passer.

Endelig blev det afbildning af ln (k / T) versus 1 / T og pasformen til Eyring ligning (figur 18) anvendes til at beregne enthalpi og entropi-aktivering. De beregnede aktivering parametre er vist i tabel 2 sammen med de tidligere rapporterede beregnede parametre ved hjælp af forskellige metoder.

Som det kan ses i tabel 2, værdierne af aktivering parametre opnået med Spin Saturation Transfer Difference teknik (SSTD NMR) er i fremragende aftale med de data, der tidligere er rapporteret ved brug af andre teknikker, såsom SST NMR ellerlinjeformen analyse. Den brede vifte af værdier rapporteret for AS ‡ skyldes vanskeligheden ved målingen af denne parameter med NMR teknikker. 31 Som for resten af aktiveringsindsatsen parametre, de værdier opnået med vores metode er ikke kun virkelig ligner dem allerede rapporteret men også mere præcis, da vores fejl (SD) er mindre i alle tilfælde.

figur 1
Figur 1: Liste over eksperimenter efter at skrive rpar. Figuren viser de forskellige parametersæt blandt hvilke STDDIFFESGP bør vælges. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2:.. Erhvervelse parametre Knappen fremhævet i en rød firkant fører til en liste over de forskellige puls-programmer Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3:.. Liste over puls programmer Figuren viser den valgte puls program i eksperimentet (STDDIFF) Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4: Pop-up vindue viste sig efter den 90 ° puls kalibrering Figuren viser værdierne for den kalibrerede 90 &. # 176; puls ved forskellige effektniveauer. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5:.. Skærmbillede af kommandolinjen Figuren viser, hvordan at indføre værdien for den kalibrerede hårde puls Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 6
Figur 6:. Værdi for længden af den formede puls Figuren viser, hvordan at indføre værdien for længden af den formede puls. g6large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 7
Figur 7:.. Erhvervelse parametre Figuren viser effektparametre Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 8
Figur 8:. Parametre for formede puls Værdierne for den formede puls vil blive indført i linje 13. Klik her for at se en større version af dette tal.

pload / 54.499 / 54499fig9.jpg "/>
. Figur 9: Liste over bestråling frekvenser Tallet omfatter følgende data i de 3 første rækker: Række 1. P (angiver, at følgende data er i ppm) Række 2 Hyppigheden af signalet, der skal bestråles i ppm, målt. i 3.1.1; Række 3,40 ppm (en frekvens, der er langt fra de 1 H signalerne på forbindelsen, så den bestråling i denne frekvens påvirker ikke spektre). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 10
Figur 10:. Behandling af den første FID Figuren viser pop op-vindue, der vises efter indtastning EFP. nk "> Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 11
Figur 11:.. Fase korrektion Screenshot vise vinduet til manuel fase korrektion Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 12
Figur 12:. Behandling af den anden FID Figuren viser pop op-vindue, der vises efter at skrive EFP. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 13 "src =" / files / ftp_upload / 54.499 / 54499fig13.jpg "/>
Figur 13: Multiple visning af spektre 2 og 3. Knappen fremhævet i en rød firkant er den ene til at beregne forskellen spektre. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 14
Figur 14:.. Fanen integraler Figuren viser værdierne af de absolutte og relative integraler Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 15
Figur 15: Struktur og 1 g> H NMR spektre af N, N-dimethylacetamid ved 22,5 ° C i toluen-d 8. (a) 1H NMR udvidelse af regionen fra 2,13 til 2,66 ppm før bestråling. (B) Udvidelse af samme region efter bestråling af methylgruppen ved 2,17 ppm. (C) Forskel spektrum [(a) - (b)]. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 16
Figur 16: Eksempel på plot af η SSTD og dens eksponentielle fit ved 278 K. Gengivet fra underbyggende oplysninger reference 21 med tilladelse fra Royal Society of Chemistry.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54499/54499fig16large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 17
Figur 17: Plots af η SSTD vs. mætning tid ved forskellige temperaturer. Figuren viser plot for N, N-dimethylacetamid og bordet med de opnåede priser konstanter og afslapning gange. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 18
Figur 18:. Eyring plot Figuren viser plot for N, N-dimethylacetamid. Klik her for at se en større version af dette tal.

<td> 0,4449
t sad (sek) 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
0,625 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:. Værdier for η SSTD Tabellen viser værdierne opnået ved forskellige mætning tidspunkter for N, N-dimethylacetamid i intervallet temperaturer 278-295.5 K.

21px; width: 145px; "> AH ‡ (KJ mol -1)
Metode SSTD NMR SST NMR 31 td> Line-form-analyse Line-form-analyse Line-form-analyse
Parameter (Dette arbejde) (1H NMR) 4 (1H-NMR) 5 (13C NMR) 6
E a 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
opløsningsmiddel Tolerere at d 8 Tolerere at d 8 CCI4 Acetone-d6 pæn

Tabel 2:. Aktivering parametre Tabellen viser aktivering parametre for det indre rotation af N, dimethylacetamid N opnået ved SSTD NMR-metoden sammenlignet med de samme parametre opnået ved hjælp af forskellige NMR-metoder til analyse 4,5,6 Fejl i denne tabel. henvise til standardafvigelse fejl (SD). (Gengivet fra henvisning 21 med tilladelse fra Royal Society of Chemistry).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
N,N-dimethylacetamide Aldrich 38840 Acute toxicity
Toluene-d8 Fluorochem D-005 Flammable and toxic
500 MHz 7" Select Series NMR Tubes GPE LTD S-5-500-7
TopSpin 2.1 TopSpin program, Bruker Corp., http://www.bruker.com/products/mr/nmr/nmr-software/software/topspin/ (2015).
Origin 6.0 Origin 6.0 software, OriginLab Corp., http://originlab.com.
Bruker Avance III 500 MHz fitted with 5 mm broadband observed BBFOplus Z-gradient SmartProbeTM probe  Bruker Corp., http://www.bruker.com
Bruker Avance I 500 MHz Inverse Triple Resonance NMR spectrometer fitted with a 5 mm TXI Z-gradient probe  Bruker Corp., http://www.bruker.com
Ceramic Spinner standardbore shimsystems (5 mm)  Bruker Corp., http://www.bruker.com H00804

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Kemi NMR spin-mætning overførsel mætning overførsel forskel kinetik kemisk udveksling NOE termodynamiske parametre SSTD NMR
Spin Saturation Transfer Difference NMR (SSTD NMR): Et nyt værktøj hentes Kinetic Parametre for kemisk udveksling Processer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Quirós, M. T., Macdonald, C., … More

Quirós, M. T., Macdonald, C., Angulo, J., Muñoz, M. P. Spin Saturation Transfer Difference NMR (SSTD NMR): A New Tool to Obtain Kinetic Parameters of Chemical Exchange Processes. J. Vis. Exp. (117), e54499, doi:10.3791/54499 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter