Använd vår NMR-tjänst för 2D- och andra NMR-experiment.
Typer av 2D NMR
Två dimensionell (2D) NMR-spektroskopi omfattar:-
Homonukleär
- Through bond: COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE, 2D-ADEQUATE
- Det genomgående utrymmet:
Heteronukleär korrelation
- Enbindningskorrelation HSQC, HMQC
- Långdistanskorrelation HMBC
Exempel på 2D-spektraltilldelning
Tilldelning av 12,14-ditbutylbenzochrysen
Anslutning av kolesterylacetat
Grunden för 2D-NMR
I ett 1D-NMR-experiment sker datainsamlingen direkt efter pulssekvensen. Denna ordning bibehålls även vid komplexa experiment även om en förberedelsefas läggs till före datainsamlingen. I ett 2D-NMR-experiment skiljs dock förvärvsfasen från exciteringsfasen av mellanliggande faser som kallas utveckling och blandning. Utvecklingsprocessen pågår under en tidsperiod som betecknas t1. Datainsamlingen omfattar ett stort antal spektrum som insamlas på följande sätt: första gången sätts värdet på t1 nära noll och det första spektrumet insamlas. Den andra gången ökas t1 med Δt och ytterligare ett spektrum registreras. Denna process (ökning av t1 och insamling av spektrum) upprepas tills det finns tillräckligt med data för analys med hjälp av en 2D Fouriertransform. Spektrumet representeras vanligen som en topografisk karta där en av axlarna är f1, dvs. spektrumet i t1-dimensionen, och den andra axeln är det spektrum som förvärvats efter utvecklings- och blandningsfaserna (liknande 1D-förvärv). Signalens intensitet visas med en starkare färg ju mer intensiv den är.
I den resulterande topografiska kartan är signalerna en funktion av två frekvenser, f1 och f2. Det är möjligt att en signal visas vid en frekvens (t.ex. 20 Hz) i f1 och en annan frekvens (t.ex. 80 Hz) f2 det innebär att signalens frekvens förändrades under utvecklingstiden. I ett 2D-NMR-experiment mäts magnetiseringsöverföringen. Ibland sker detta genom bindningar till samma typ av kärna som i COSY, TOCSY och INADEQUATE eller till en annan typ av kärna som i HSQC och HMBC eller genom rymden som i NOESY och ROESY.
De olika 2D-NMR-teknikerna är användbara när 1D-NMR är otillräcklig, t.ex. när signalerna överlappar varandra eftersom deras resonansfrekvenser är mycket lika. 2D-NMR-tekniker kan spara tid, särskilt när man är intresserad av konnektivitet mellan olika typer av kärnor (t.ex. protoner och kol).
Det grundläggande 2D-NMR-experimentet (fig. 1) består av en pulssekvens som exciterar kärnorna med två pulser eller grupper av pulser och sedan tar emot det fria induktionsfallet (fid). Grupperna av pulser kan vara rent radiofrekventa (rf) eller innehålla magnetiska gradientpulser. Upptagningen utförs många gånger, varvid fördröjningen (utvecklingstiden – t1) mellan de två pulsgrupperna ökas. Utvecklingstiden betecknas t1 och förvärvstiden t2.
Figur 1. Grundläggande pulssekvens för 2D-erövning
2D Fouriertransform
FID:n Fouriertransformeras sedan i båda riktningarna (fig. 2) för att ge spektrumet. Spektrumet visas konventionellt som ett konturdiagram. Utvecklingsfrekvensen betecknas f1 och förvärvsfrekvensen betecknas f2 och plottas från höger till vänster.
Fig. 2. 2D Fouriertransform
Det 2D-spektrumet plottas vanligen med sina 1D-projektioner för tydlighetens skull. Dessa kan vara äkta projektioner eller motsvarande 1D-spektra. I ett homonukleärt spektrum finns det vanligtvis en diagonal (med undantag för 2D-INADEQUATE) som representerar korrelationen mellan topparna till sig själva och som i sig inte är särskilt informativ. Signalerna bort från diagonalen representerar korrelationer mellan två signaler och används för tilldelning. Till exempel i det homonukleära COSY-spektrumet i figur 3 korrelerar 1H-signalen vid 1,4 ppm med 1H-signalen vid 2,8 ppm eftersom det finns tvärgående toppar, men de korrelerar inte med signalerna vid 7.3 ppm.
Fig. 3. 2D COSY-spektrum av etylbensen
I ett heteronukleärt spektrum finns inga diagonala signaler och alla signaler representerar korrelationer. Till exempel i det heteronukleära HSQC-korrelationsspektrumet med kort räckvidd i fig. 4 korrelerar 1H-signalen vid 1,4 ppm med 13C-signalen vid 15,7 ppm, 1H-signalen vid 2,4 ppm med 13C-signalen vid 15,7 ppm och 1H-signalen vid 2,5 ppm.8 ppm korrelerar med 13C-signalen vid 29,0 ppm osv.
Fig. 4. 2D HSQC-spektrum av etylbensen
Signalerna i ett 2D-spektrum är inte alltid ren fas. Ibland kan fasen inte uttryckas enkelt som i HMBC och 2D-INADEQUATE, i vilket fall ett magnitudspektrum plottas. Magnitudspektrum offrar dock upplösningen jämfört med rena fasspektrum (och till skillnad från fönsterfunktioner som breddar linjerna ger de inga känslighetsvinster). Därför bör 2D-spektrumet i möjligaste mån vara fasat. De resulterande signalerna kan vara rent fasade, antifasade eller negativt fasade som i fig. 5. Negativa signaler representeras konventionellt av streckade eller röda konturer.
Fig. 5. Möjliga faser för en korrelation mellan två dubbletter
.