2D-NMR

Käytä NMR-palveluamme 2D- ja muihin NMR-kokeisiin.

2D-NMR:n tyypit

Kaksiulotteiseen (2D) NMR-spektroskopiaan kuuluu:-

Homonukleaarinen

• Kautta sidoksen:
• Avaruuden läpi: COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE, 2D-ADEQUATE
• Avaruuden läpi: COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE, 2D-ADEQUATE:

Heteronukleaarinen korrelaatio

• Yksisidekorrelaatio HSQC, HMQC
• Pitkän kantaman korrelaatio HMBC

Esimerkkejä 2D-spektrin osoittamisesta

12,14-ditbutyylibentsokryseenin osoittaminen

Kolesteryyliasetaatin

2D-NMR:n perusta

1D-NMR-kokeessa tiedonkeruuvaihe tapahtuu heti pulssisarjan jälkeen. Tämä järjestys säilyy myös monimutkaisissa kokeissa, vaikka ennen tiedonkeruuta lisätäänkin valmisteluvaihe. 2D-NMR-kokeessa tiedonhankintavaihe on kuitenkin erotettu herätevaiheesta välivaiheilla, joita kutsutaan evoluutioksi ja sekoitukseksi. Kehitysprosessi jatkuu ajanjakson ajan, jota merkitään t1. Tiedonhankinta sisältää suuren määrän spektrejä, jotka hankitaan seuraavasti: Ensimmäisellä kerralla t1:n arvo asetetaan lähelle nollaa ja ensimmäinen spektri hankitaan. Toisella kerralla t1:n arvoa kasvatetaan Δt:llä ja otetaan toinen spektri. Tätä prosessia (t1:n lisääminen ja spektrien ottaminen) toistetaan, kunnes on saatu riittävästi dataa 2D-Fourier-muunnoksen avulla tehtävään analyysiin. Spektri esitetään yleensä topografisena karttana, jossa yksi akseleista on f1 eli spektri t1-ulottuvuudessa ja toinen akseli on spektri, joka on otettu evoluutio- ja sekoitusvaiheiden jälkeen (kuten 1D-mittauksessa). Signaalin intensiteetti esitetään sitä voimakkaammalla värillä, mitä voimakkaampi se on.

Tuloksena syntyvässä topografisessa kartassa signaalit ovat kahden taajuuden, f1 ja f2, funktio. On mahdollista, että signaali näkyy yhdellä taajuudella (esim. 20 Hz) f1 ja toisella taajuudella (esim. 80 Hz) f2, mikä tarkoittaa, että signaalin taajuus muuttui evoluutioaikana. 2D-NMR-kokeessa mitataan magnetoitumisen siirtymistä. Joskus tämä tapahtuu sidosten kautta samantyyppiseen ytimeen, kuten COSY:ssä, TOCSY:ssä ja INADEQUATE:ssa, tai toisentyyppiseen ytimeen, kuten HSQC:ssä ja HMBC:ssä, tai tilan kautta, kuten NOESY:ssä ja ROESY:ssä.

Erilaiset 2D-NMR-tekniikat ovat käyttökelpoisia silloin, kun 1D-NMR ei riitä, kuten esimerkiksi silloin, kun signaalit menevät päällekkäin keskenään siksi, että niiden resonanssitaajuudet ovat hyvin samanlaisia. 2D-NMR-tekniikat voivat säästää aikaa erityisesti silloin, kun ollaan kiinnostuneita erityyppisten ytimien (esim. protonin ja hiilen) välisistä yhteyksistä.

2D-NMR-peruskoe(kuva 1) koostuu pulssisekvenssistä, joka herättää ytimiä kahdella pulssilla tai pulssiryhmällä ja vastaanottaa sitten vapaan induktion hajoamisen (fid). Pulssiryhmät voivat olla puhtaasti radiotaajuisia (rf) tai niihin voi sisältyä magneettisia gradienttipulsseja. Hankinta suoritetaan useita kertoja lisäämällä kahden pulssiryhmän välistä viivettä (evoluutioaika – t1). Evoluutioaikaa merkitään t1 ja hankinta-aikaa t2.

Kuva 1. Peruspulssisekvenssi 2D-hankintaa varten

2D Fourier-muunnos

FID muunnetaan sitten Fourier-muunnoksella molempiin suuntiin (kuva 2), jolloin saadaan spektri. Spektri esitetään tavanomaisesti ääriviivadiagrammina. Kehitystaajuus merkitään f1:llä ja hankintataajuus merkitään f2:lla, ja ne piirretään oikealta vasemmalle.

Kuva 2. 2D-Fourier-muunnos

2D-spektri piirretään tavallisesti sen 1D-projektioiden kanssa selkeyden vuoksi. Nämä voivat olla aitoja projektioita tai vastaavia 1D-spektrejä. Homonukleaarisessa spektrissä on yleensä diagonaali (lukuun ottamatta 2D-INADEKVAATIOTA), joka edustaa piikkien korrelaatiota toisiinsa nähden ja joka ei sinänsä ole kovin informatiivinen. Diagonaalista poispäin olevat signaalit edustavat kahden signaalin välisiä korrelaatioita, ja niitä käytetään osoittamiseen. Esimerkiksi kuvan 3 homonukleaarisessa COSY-spektrissä 1,4 ppm:n 1H-signaali korreloi 2,8 ppm:n 1H-signaalin kanssa, koska siinä on ristikkäispiikkejä, mutta ne eivät korreloi 7:n signaalien kanssa.3 ppm.

Kuva 3. Etyylibentseenin 2D COSY-spektri

Heteronukleaarisessa spektrissä ei ole diagonaalisignaaleja ja kaikki signaalit edustavat korrelaatioita. Esimerkiksi kuvan 4 heteronukleaarisessa HSQC-lyhytkorrelaatiospektrissä 1H-signaali 1,4 ppm:ssä korreloi 13C-signaalin kanssa 15,7 ppm:ssä, 1H-signaali 2.8 ppm korreloi 13C-signaalin kanssa 29,0 ppm:ssä jne.

Kuva 4. Etyylibentseenin 2D-HSQC-spektri

Signaalit 2D-spektrissä eivät aina ole puhdasfaasisia. Joskus vaihetta ei voida ilmaista yksinkertaisesti kuten HMBC:ssä ja 2D-INADEQUATE:ssa, jolloin piirretään magnitudispektri. Magnitudispektrit uhraavat kuitenkin resoluutiota verrattuna puhtaaseen vaihespektriin (ja toisin kuin ikkunafunktiot, jotka leventävät viivoja, ne eivät tuota herkkyyshyötyjä). Sen vuoksi 2D-spektri olisi mahdollisuuksien mukaan oltava vaiheistettu. Tuloksena saatavat signaalit voivat olla puhdasvaiheisia, vastavaiheisia tai negatiivisesti vaiheistettuja, kuten kuvassa 5. Negatiiviset signaalit esitetään tavallisesti katkoviivoilla tai punaisilla ääriviivoilla.

Kuva 5. Kahden dublettikorrelaation mahdolliset vaiheet

.