Brug vores NMR-service til 2D- og andre NMR-eksperimenter.
Typer af 2D NMR
To-dimensionel (2D) NMR-spektroskopi omfatter:-
Homonuklear
- Gennemgående binding: COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE, 2D-ADEQUATE
- Through space: NOESY, ROESY
Heteronuklear korrelation
- Enbindingskorrelation HSQC, HMQC
- Langtrækkende korrelation HMBC
Eksempler på 2D-spektraltilknytning
Tilknytning af 12,14-ditbutylbenzochrysen
Opdeling af cholesterylacetat
Grundlaget for 2D-NMR
I et 1D-NMR-forsøg finder dataindsamlingsfasen sted lige efter pulssekvensen. Denne rækkefølge opretholdes også ved komplekse eksperimenter, selv om der tilføjes en forberedelsesfase før optagelsen. I et 2D-NMR-eksperiment er optagelsesfasen imidlertid adskilt fra excitationsfasen af mellemliggende faser, der kaldes udvikling og blanding. Udviklingsprocessen fortsætter i et tidsrum, der betegnes t1. Dataindsamlingen omfatter et stort antal spektrer, der indhentes på følgende måde: første gang sættes værdien af t1 tæt på nul, og det første spektrum indhentes. Anden gang øges t1 med Δt, og der registreres endnu et spektrum. Denne proces (forøgelse af t1 og indsamling af spektrer) gentages, indtil der er tilstrækkeligt med data til analyse ved hjælp af en 2D Fouriertransformation. Spektret repræsenteres normalt som et topografisk kort, hvor en af akserne er f1, dvs. spektret i t1-dimensionen, og den anden akse er det spektrum, der er erhvervet efter udviklings- og blandingsfaserne (svarende til 1D-erhvervelse). Signalets intensitet vises ved en stærkere farve, jo mere intenst det er.
I det resulterende topografiske kort er signalerne en funktion af to frekvenser, f1 og f2. Det er muligt, at et signal vises ved én frekvens (f.eks. 20 Hz) i f1 og en anden frekvens (f.eks. 80 Hz) f2, hvilket betyder, at signalets frekvens har ændret sig i løbet af udviklingstiden. I et 2D-NMR-eksperiment måles magnetiseringsoverførslen. Nogle gange sker dette gennem bindinger til den samme type kerne som i COSY, TOCSY og INADEQUATE eller til en anden type kerne som i HSQC og HMBC eller gennem rummet som i NOESY og ROESY.
De forskellige 2D-NMR-teknikker er nyttige, når 1D-NMR ikke er tilstrækkelig, f.eks. når signalerne overlapper hinanden, fordi deres resonansfrekvenser er meget ens. 2D-NMR-teknikker kan spare tid, især når man er interesseret i forbindelsen mellem forskellige typer kerner (f.eks. protoner og kulstof).
Det grundlæggende 2D-NMR-eksperiment(fig. 1) består af en pulssekvens, der exciterer kernerne med to pulser eller grupper af pulser og derefter modtager det frie induktionsfald (fid). Grupperne af pulser kan være rent radiofrekvente (rf) eller kan omfatte magnetiske gradientpulser. Optagelsen foretages mange gange, idet forsinkelsen (udviklingstiden – t1) mellem de to pulsgrupper øges. Udviklingstiden betegnes t1 og optagelsestiden t2.
Figur 1. Grundlæggende pulssekvens for 2D-opsamling
2D Fouriertransformation
FID’en Fouriertransformeres derefter i begge retninger (fig. 2) for at give spektret. Spektret vises konventionelt som et konturdiagram. Udviklingsfrekvensen er mærket f1 og optagelsesfrekvensen er mærket f2 og plottet fra højre til venstre.
Figur 2. 2D Fouriertransformation
Det 2D-spektrum plottes normalt med dets 1D-projektioner for overskuelighedens skyld. Disse kan være ægte projektioner eller de tilsvarende 1D-spektre. I et homonukleært spektrum er der normalt en diagonal (med undtagelse af 2D-INADEQUATE), som repræsenterer korrelationen mellem toppe til sig selv og ikke i sig selv er særlig informativ. Signalerne væk fra diagonalen repræsenterer korrelationer mellem to signaler og anvendes til tildeling. For eksempel i det homonukleare COSY-spektrum i fig. 3 korrelerer 1H-signalet ved 1,4 ppm med 1H-signalet ved 2,8 ppm, fordi der er krydstoppe, men de korrelerer ikke med signalerne ved 7.3 ppm.
Fig. 3. 2D COSY-spektrum af ethylbenzen
I et heteronukleært spektrum er der ingen diagonale signaler, og alle signalerne repræsenterer korrelationer. For eksempel i det heteronukleære HSQC-kortdistancekorrelationsspektrum i fig. 4 korrelerer 1H-signalet ved 1,4 ppm med 13C-signalet ved 15,7 ppm, 1H-signalet ved 2.8 ppm korrelerer med 13C-signalet ved 29,0 ppm osv.
Fig. 4. 2D HSQC-spektrum af ethylbenzen
Signalerne i et 2D-spektrum er ikke altid i ren fase. Nogle gange kan fasen ikke udtrykkes simpelt som i HMBC og 2D-INADEQUATE, og i så fald tegnes der et størrelsesspektrum. Størrelsesspektrer ofrer imidlertid opløsningen i forhold til rene fasespektrer (og i modsætning til vinduesfunktioner, der udvider linjerne, giver de ikke følsomhedsforbedringer). Derfor bør 2D-spektret så vidt muligt være faset. De resulterende signaler kan være rent fasede, antifasede eller negativt fasede som i fig. 5. Negative signaler er konventionelt repræsenteret ved stiplede eller røde konturer.
Fig. 5. Mulige faser for en korrelation mellem to doubletter
