Gebruik onze NMR service voor 2D en andere NMR experimenten.
Types van 2D NMR
Tweedimensionale (2D) NMR spectroscopie omvat:-
Homonucleaire
- Door binding: COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE, 2D-ADEQUATE
- Door ruimte: NOESY, ROESY
Heteronucleaire correlatie
- Een-bond-correlatie HSQC, HMQC
- Lange-afstand-correlatie HMBC
Voorbeelden van 2D-spectrale toewijzing
Toewijzing van 12,14-ditbutylbenzochryseen
Toekenning van cholesterylacetaat
De basis van 2D NMR
In een 1D-NMR experiment vindt de data-acquisitie fase direct na de pulssequentie plaats. Deze volgorde wordt ook aangehouden bij complexe experimenten, hoewel vóór de acquisitie een voorbereidingsfase wordt toegevoegd. In een 2D-NMR-experiment wordt de acquisitiefase echter gescheiden van de excitatiefase door tussenfasen die evolutie en menging worden genoemd. Het evolutieproces gaat door gedurende een tijdsperiode die t1 wordt genoemd. De gegevensverwerving omvat een groot aantal spectra die als volgt worden verworven: de eerste keer wordt de waarde van t1 dicht bij nul gesteld en wordt het eerste spectrum verworven. De tweede keer wordt t1 met Δt verhoogd en wordt een nieuw spectrum verkregen. Dit proces (van het verhogen van t1 en het verkrijgen van spectra) wordt herhaald totdat er voldoende gegevens zijn voor analyse met behulp van een 2D-Fouriertransformatie. Het spectrum wordt gewoonlijk voorgesteld als een topografische kaart waarbij één van de assen f1 is, d.w.z. het spectrum in de t1-dimensie, en de tweede as het spectrum dat na de evolutie- en mengfasen is verkregen (vergelijkbaar met 1D-verwerving). De intensiteit van het signaal wordt weergegeven door een sterkere kleur naarmate het intenser is.
In de resulterende topografische kaart zijn de signalen een functie van twee frequenties, f1 en f2. Het is mogelijk dat een signaal bij de ene frequentie (b.v. 20 Hz) in f1 en bij een andere frequentie (b.v. 80 Hz) in f2 verschijnt, hetgeen betekent dat de frequentie van het signaal tijdens de evolutietijd is veranderd. In een 2D-NMR-experiment wordt magnetisatieoverdracht gemeten. Soms gebeurt dit via bindingen aan hetzelfde type kern zoals in COSY, TOCSY en INADEQUATE of aan een ander type kern zoals in HSQC en HMBC of door de ruimte zoals in NOESY en ROESY.
De verschillende 2D-NMR technieken zijn nuttig wanneer 1D-NMR ontoereikend is zoals wanneer de signalen elkaar overlappen omdat hun resonantiefrequenties sterk op elkaar lijken. 2D-NMR technieken kunnen tijd besparen vooral wanneer men geïnteresseerd is in connectiviteit tussen verschillende soorten kernen (b.v. proton en koolstof).
Het basis 2D NMR experiment (fig. 1) bestaat uit een puls sequentie die de kernen exciteert met twee pulsen of groepen pulsen en dan het vrije inductie verval (fid) ontvangt. De groepen pulsen kunnen zuiver radiofrequent (rf) zijn of magnetische gradiëntpulsen omvatten. De acquisitie wordt vele malen uitgevoerd, waarbij de vertraging (evolutietijd – t1) tussen de twee pulsgroepen wordt opgevoerd. De evolutietijd wordt aangeduid met t1 en de acquisitietijd met t2.
Fig. 1. Basis pulssequentie voor 2D acquisitie
2D Fourier transformatie
De FID wordt dan Fourier getransformeerd in beide richtingen (fig. 2) om het spectrum te verkrijgen. Het spectrum wordt conventioneel weergegeven als een contourdiagram. De evolutiefrequentie wordt aangeduid met f1 en de acquisitiefrequentie met f2, en van rechts naar links uitgezet.
Fig. 2. 2D-Fouriertransformatie
Het 2D-spectrum wordt voor de duidelijkheid gewoonlijk uitgezet met de 1D-projecties ervan. Dit kunnen echte projecties zijn of de equivalente 1D-spectra. In een homonucleair spectrum is er gewoonlijk een diagonaal (met uitzondering van 2D-INADEQUAAT) die de correlatie van pieken met zichzelf weergeeft en op zichzelf niet erg informatief is. De signalen die van de diagonaal af liggen, vertegenwoordigen correlaties tussen twee signalen en worden gebruikt voor toewijzing. Bijvoorbeeld in het homonucleaire COSY-spectrum in Fig. 3 correleert het 1H-signaal bij 1,4 ppm met het 1H-signaal bij 2,8 ppm omdat er kruispieken zijn, maar deze correleren niet met de signalen bij 7.3 ppm.
Fig. 3. 2D COSY spectrum van ethylbenzeen
In een heteronucleair spectrum zijn er geen diagonale signalen en stellen alle signalen correlaties voor. Bijvoorbeeld in het heteronucleaire HSQC short-range correlatiespectrum in fig. 4 correleert het 1H-signaal bij 1,4 ppm met het 13C-signaal bij 15,7 ppm, het 1H-signaal bij 2.8 ppm correleert met het 13C-signaal bij 29,0 ppm, enz.
Fig. 4. 2D HSQC-spectrum van ethylbenzeen
De signalen in een 2D-spectrum zijn niet altijd zuiver in fase. Soms kan de fase niet eenvoudig worden uitgedrukt zoals in HMBC en 2D-INADEQUATE, in welk geval een magnitudespectrum wordt uitgezet. Magnitudespectra offeren echter resolutie op in vergelijking met zuivere fasespectra (en leveren, in tegenstelling tot vensterfuncties die lijnen verbreden, geen gevoeligheidswinst op). Daarom moet, waar mogelijk, het 2D-spectrum worden gefaseerd. De resulterende signalen kunnen zuiver, antifasig of negatief gefaseerd zijn, zoals in fig. 5. Negatieve signalen worden gewoonlijk weergegeven door gestippelde of rode contouren.
Fig. 5. Mogelijke fasen voor een correlatie tussen twee doubletten
