JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

A detailed protocol describing the SSTD NMR method is presented here to help new users apply this new method to obtain the kinetic parameters of their own systems undergoing chemical exchange.

Abstract

يصف هذا البروتوكول مفصل الجديد نقل سبين التشبع الفرق النووية بروتوكول الرنين المغناطيسي (NMR SSTD)، التي وضعت مؤخرا في مجموعتنا لدراسة عمليات التبادل الكيميائي المتبادل الموقع التي يصعب تحليلها بالطرق التقليدية. وكما يوحي اسمها، وهذا الأسلوب يجمع بين أسلوب سبين التشبع نقل تستخدم لجزيئات صغيرة، مع نقل التشبع الفرق طريقة (STD) NMR المستخدمة لدراسة التفاعلات البروتين يجند، عن طريق قياس عابرة نقل تدور التشبع جنبا إلى جنب زيادة مرات التشبع (بناء منحنيات الهاتفي) في الجزيئات العضوية والعضوية الفلزية صغيرة تمر التبادل الكيميائي.

مزايا هذه الطريقة أكثر من تلك القائمة هي: ليست هناك حاجة للوصول إلى تجمع للإشارات تبادل. ويمكن تطبيق هذا الأسلوب طالما إشارة واحدة من مواقع تبادل معزولة. ليست هناك حاجة لقياس تي 1 أو الوصول إلى الإشباع حالة مستقرة. معدل فا المستمريتم قياس الزهرى مباشرة، ويتم الحصول عليها تي 1 القيم في نفس التجربة، وذلك باستخدام مجموعة واحدة فقط من التجارب.

لاختبار طريقة، درسنا ديناميات دوران حال دون من -dimethylamides N، N، والتي هي الكثير من البيانات المتاحة للمقارنة. المعلمات الحرارية التي تم الحصول عليها باستخدام SSTD هي مشابهة جدا لتلك التي ذكرت (تقنيات نقل تدور التشبع وتحليل خط الشكل). ويمكن تطبيق هذه الطريقة لركائز أكثر الصعبة التي لا يمكن دراستها بالطرق السابقة.

ونحن نتوقع أن تجريبية بسيطة أقامت وسوف تطبيق واسع من أسلوب إلى مجموعة كبيرة ومتنوعة من ركائز جعل هذا أسلوب شائع بين علماء الكيمياء العضوية والعضويه دون خبرة واسعة في NMR.

Introduction

يشير التبادل الكيميائي عادة إلى أي عملية الجزيئات أو ضمجزيئي عامل ضمن الجزيئ الذي نواة تتحرك من بيئة إلى أخرى التي المعلمات NMR لها (التحول الكيميائي، واقتران العددية، واقتران ثنائي القطب، ومعدل الاسترخاء) تختلف. وهناك أمثلة عديدة للتبادل الكيميائية في الجزيئات العضوية والفلزية العضوية (على سبيل المثال، والحواجز التناوب في biaryls، عصابة الحواجز التقليب والتوازن بتكوين والنيتروجين انعكاس، يجند ملزمة، تتدهور الصرف يجند وtautomerization) 1-3 ويرتبط معدل التبادل الكيميائي ل الديناميكا الحرارية من حاجز عملية التبادل، وبالتالي دراستها يتسم بأهمية حاسمة لفهم ديناميات الجزيئية لهذه الأنظمة.

علامة الكلاسيكي الصرف الديناميكي في NMR هو تغيير جذري في خط شكل إشارات NMR كما التغيرات في درجات الحرارة. في درجات حرارة منخفضة، عملية بطيئة واثنين من التحولات الكيميائية متميزة وobserفيد. في درجات حرارة عالية، دمج إشارات اثنين في إشارة واحدة، والذي يعرف باسم "التحام". في درجات الحرارة المتوسطة، وإشارات أصبحت واسعة جدا. هذه الحساسية من الطيف الرنين المغناطيسي لصرف الكيميائي يجعل NMR وسيلة قوية جدا لدراسة ديناميكية الجزيئات في الحل. وقد استخدمت طريقتين أساسا في دراسة العمليات الدينامية في حل: تحليل خط الشكل، 4-7 والتشبع تدور التجارب نقل 8-9 وعلاوة على ذلك، فمن الجدير بالذكر أيضا أن طريقة (10) وCIFIT برنامج نقل انقلاب 11 ل استخراج المباشر من ثوابت المعدل، التي هي نهج فعال نسبيا لقياس الصرف في أنظمة بسيطة. على الرغم من أن هذه الطرق تعطي نتائج جيدة جدا في معظم الحالات، ولكن، لديك عدد من السلبيات. العيب الرئيسي للتحليل خط الشكل هو درجات الحرارة العالية اللازمة للوصول إلى التحام في بعض العينات. 12 والقضايا الرئيسية التي يجب مراعاتها عند كاليفورنياrrying خارج تدور التجارب نقل التشبع هي: العصر التشبع طويلة جدا المطلوبة للوصول إلى مطرد نقل التشبع الدولة بين مواقع تبادل، وضرورة تحديد وقت الاسترخاء الطولي المستمر، تي 1، والذي يمكن أن يكون صعبا إذا كان هناك تداخل مختلفة إشارات في منطقة الدراسة. 13

كجزء من تحقيقاتنا في آليات الفلزية العضوية، 14-16 مجموعتنا تدرس سلوك fluxional المجمعات البلاتين allene في الحل. وهذه مهمة معقدة تنطوي على الأقل ثلاث عمليات مختلفة، واحد منهم تبادل π وجه أو دوران المعدنية حول واحدة من محور allene. واجهنا أن التجارب VT وتقنيات تحليل خط الشكل التي استخدمت من قبل في أنظمة مشابهة وضعها الطبيعي، وكانت 17-19 يست مناسبة في دراستنا، وذلك بسبب دوران بطيء جدا في منطقتنا مجمع البلاتين allene التي جعلت درجة الحرارة تجمع لل سيجNALS من فائدة أعلى من درجة حرارة التحلل من المجمع.

ومن أجل التغلب على هذا القيد، وضعنا وذكرت مؤخرا بروتوكول NMR الجديد (SSTD NMR) لدراسة عمليات التبادل الكيميائي المتبادل الموقع. 20 وكما يوحي اسم هذا الأسلوب يجمع بين أسلوب سبين التشبع نقل تستخدم لجزيئات صغيرة، مع نقل التشبع الفرق طريقة الرنين المغناطيسي يعمل لدراسة التفاعلات البروتين يجند، 21-24 عن طريق قياس عابرة تدور نقل التشبع جنبا إلى جنب زيادة مرات التشبع (منحنيات بناء متابعة) في جزيئات صغيرة تمر التبادل الكيميائي.

مع هذا الأسلوب الجديد (SSTD NMR) لقد أظهرنا أننا نستطيع الحصول على المعلمات الحركية التبادل الكيميائي ضمجزيئي في الجزيئات العضوية والعضوية الفلزية صغيرة مع بعض المزايا الإضافية على الأساليب التقليدية: ليست هناك حاجة تجمع للإشارات، وذلك على مدى درجة الحرارة أكثر مرونة ممكن استخدامهفي الدراسة؛ إشارة التداخل لا تتدخل، على الرغم من واحد على الأقل من الأصداء تبادل يجب أن تكون معزولة. ليست هناك حاجة لقياس تي 1 أو الوصول إلى الإشباع حالة مستقرة. يتم قياس معدل قيم ثابتة مباشرة ويتم الحصول عليها تي 1 القيم في نفس التجربة، وذلك باستخدام مجموعة واحدة فقط من التجارب. ميزة رائعة أخرى لمنهجية SSTD NMR هي أنه، على النقيض من lineshape التحليل، وتحديد الثوابت معدل حركية لا يحد من الزيادة في درجات الحرارة التحام المرتبطة المجالات المغناطيسية العالية. وبالتالي، لدينا منهجية وثم خصصت بشكل جيد للغاية لكلا المجالات المغناطيسية العالية والمنخفضة. يهدف هذا المقال إلى مساعدة المستخدمين الجدد تطبيق هذا الأسلوب الجديد لأنظمتها الخاصة تمر التبادل الكيميائي، ويصف إعداد العينات، مجموعة تجريبية تصل، والحصول على البيانات، ومثال على معالجة البيانات وتحليلها في جزيء عضوي بسيط.

Protocol

تنبيه: يرجى التشاور مع جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل الاستخدام.

1. إعداد نموذج NMR

  1. تزن 5 ملغ من N، N -dimethylacetamide، إضافة إلى أنبوب الرنين المغناطيسي المناسب لدرجات الحرارة المنخفضة وتذوب في 0.6 مل من toluene- د 8.

الإعداد 2. NMR التجريبية 25

  1. NOE الأطياف اكتساب
    1. إجراء الأبعاد NOE (Overhauser تأثير النووية) تجربة واحدة. 26
      ملاحظة: الآثار NOE يمكن أن يحدث في أي درجة حرارة. وقد تم تسجيل الطيف NOE بعد واحد تشعيع إشارة التي سيتم المشع في التجربة SSTD NMR، في -40 درجة مئوية إلى التأكد من أن نقل التناوب ومغنطة في العينة المستخدمة هنا والتقليل، وبالتالي هذا الاقتصاد، إذا موجودة، سوف تسود وتقاس في هذه التجربة. من الناحية المثالية، والآثار NOE بين البلدين وتبادل نوى شولد لا تكون موجودة لتجنب التداخل مع أسلوب SSTD.
  2. إعداد التجارب SSTD NMR
    1. إدراج نموذج في المغناطيس من أول EJ الكتابة في سطر الأوامر من البرنامج لتشغيل تدفق الهواء. ثم، وضع عينة على رأس المغناطيس ثم اكتب ط. الانتظار حتى تكون العينة داخل المغناطيس.
    2. مرة واحدة العينة في المغناطيس، نوع edte في سطر الأوامر. تغيير درجة الحرارة إلى أول درجة حرارة تم اختياره لإجراء التجربة (295.5 K في هذه الحالة). السماح للعينة استقرار في درجات الحرارة المختارة لمدة 20 دقيقة على الأقل.
    3. إجراء 1D 1 H-NMR التجربة على عينة.
      1. إنشاء مجموعة بيانات جديدة من تجربة 1 H-NMR. لهذا الضغط على FILE / NEW ثم قم بتسمية تجربة جديدة.
      2. اكتب بالتسلسل وانتظار الأمر السابق وحتى النهاية: قفل، عتمة، topshim، getprosol وRGA.
      3. اكتب <م> ZG لاكتساب التجربة البروتون. وبمجرد الانتهاء من ذلك نوع المتفجرات المخترقة للدروع وAPK لتحويل فورييه عليه وضبط المرحلة.
    4. إنشاء مجموعة بيانات جديدة، على سبيل المثال، تجربة 1 H NMR. لهذا الضغط على FILE / NEW ثم قم بتسمية تجربة جديدة.
    5. في هذه البينات جديد، اكتب rpar في سطر الأوامر. اختر واحدة من "STDDIFF" مجموعات المعلمة من القائمة، على سبيل المثال STDDIFFESGP، وانقر على "قراءة" ثم "قراءة جميع" (الشكل 1). بدلا من ذلك، القيام بذلك عن طريق كتابة STDDIFFESGP rpar جميع.
      ملاحظة: يمكن إجراء التجربة مع هذا التسلسل النبض. ومع ذلك، كان برنامج نبض المستخدمة في تجربتنا STDDIFF.
    6. لتحديد تسلسل نبض STDDIFF، انقر فوق الزر مع ثلاث نقاط في خط PULPROG (الشكلان 2 و 3).
    7. قبل تنفيذ التجربة SSTD NMR، معايرة 1 H 90 ° النبض الصعبةه (P1). لهذا الغرض، وضمان أن تكون العينة في المغناطيس في درجة الحرارة المطلوبة (الخطوة 2.2.2). اكتب pulsecal في سطر الأوامر ونسخ قيمة النبض 90 درجة في أعلى سلطة (PL1 = -1 ديسيبل في هذه الحالة)، أي واحد أن يعطي أقصر النبض (الشكل 4).
    8. إدخال قيم نبض الصعب معايرة في التجربة. نوع getprosol 1H (قيمة P1 حصلت عليه في الخطوة 2.2.7) (قيمة PL1) (الشكل 5).
    9. تعيين طول نبض شكل. نوع P13 وإدخال قيمة 50000 μsec (الشكل 6).
    10. تعيين شكل نبض انتقائية. للقيام بذلك، انتقل إلى السلطة وانقر على "تحرير ..." زر المقبل لتشكيل (الشكل 7). انتقل إلى شكل نبض 13 و اختيار: GAUS 1.1000 (الشكل 8).
    11. تعيين سلطة نبض انتقائية (SP13). تعيين إلى شيء مناسب، أي ، على هذا النظام بين 40-60 ديسيبل (المقابلة لشدة المجال ما يقرب من 120 هرتز) (الشكل 8). شدة المجال المفرطة يمكن أن تؤدي إلى آثار التشبع غير مقبولة. 27-29
      ملاحظة: كان 50 ديسيبل الأمثل في حالتنا. تأخذ في الاعتبار أن هذا هو مقياس توهين، وبالتالي فإن قيمة أصغر كلما زادت قوة الترددات الراديوية. كما أنه يتوافق مع تتالي جاوس تشبع، التي يتم تطبيقها لفترة طويلة (عدة ثوان)، يجب أن SP13 لا يذهب أقل من 40 ديسيبل (إذا لزم الأمر، راجع مواصفات الصك، كما البقول طويلة في الطاقة العالية قد يؤدي إلى تلف probehead). في تجربتنا 41-61 ديسيبل فوق تخفيف من الصعب 1 H 90 ° النبض (-1 ديسيبل في هذا العمل) يعمل بشكل جيد. نحاول دائما لتحديد أعلى توهين ممكن مما يؤدي إلى مستوى التشبع مماثل.
    12. اكتب نانو ثانية وضعه إلى 8 واكتب س و وضعه إلى 4.

3. NMR الحصول على البيانات لتجهيز د 25

  1. SSTD NMR تجربة شراء
    1. فتح التجربة 1 H NMR أجريت في خطوة 2.2.3 للتحقق حيث الإشارة التي سيتم المشع هو. لهذا، بحث التجربة في متصفح البرنامج، انقر على الحق في مجموعة البيانات وانقر على "العرض في نافذة جديدة".
    2. نقل خط المؤشر إلى مركز للإشارة إلى أشرق وكتابة التحول الكيميائي في جزء في المليون. حدد العرض الطيفي التي سيتم استخدامها في التجربة.
      ملاحظة: في هذه الحالة، فإن الإشارة التي سيتم المشع هي في 2.17 جزء من المليون، وكان العرض الطيفي يستخدم 1.46 جزء من المليون. ضمان عدم تصحيح التحول الكيميائي يستخدم أو تردد إشعاع يمكن تعيين بشكل غير صحيح.
    3. انتقل إلى التجربة SSTD NMR تم إنشاؤها مسبقا مع الإعداد المذكورة في القسم 2.2.
    4. إنشاء قائمة مع ترددات الإشعاع. لهذا، اكتب fq2list في سطر الأوامر وحدد القائمة الحالية.
    5. تعديل قائمةمن ترددات أشعة بما في ذلك البيانات التالية في الصفوف الأولى 3 (الشكل 9): الصف 1. P (إلى أن البيانات التالية هي في جزء في المليون)؛ صف 2 التردد للإشارة إلى أن المشع في جزء في المليون، كما تم قياسها في 3.1. 1؛ صف 3.40 جزء في المليون (تردد ما زالت بعيدة عن الإشارات H 1 من المجمع حتى التشعيع في هذا التردد لا يؤثر على أطياف).
    6. حفظ قائمة مع اسم جديد واكتب fq2list في سطر الأوامر وتحديد قائمة بإنشائها.
    7. لتوسيط التجربة على الإشارات قيد الدراسة، نوع o1p وحدد كمركز للتجربة التحول الكيميائي للإشارة التي سيتم المشع.
    8. نوع جنوب غرب لتحديد العرض الطيفي (1.46 جزء في المليون في هذه الحالة، ولكن يمكن اختيار أي عرض الأطياف الأخرى).
      ملاحظة: إذا كان اكتساب الوقت تم الحصول عليها بعد تغيير العرض الطيفي طويل جدا (التي سوف أعرض المزيد من الضوضاء في أطياف) أنه كاليفورنيان تعديلها عن طريق كتابة عبد القدير لتوفير الدقة المطلوبة الحرة التعريفي تسوس (ااا) (FIDRES، 0.25 هرتز في هذه الحالة).
    9. اختيار قيمة لتطبيق InterScan D1 الاسترخاء تأخير. تأكد من أنها على الأقل 1-5 أضعاف قيمة T 1 من أبطأ الاسترخاء البروتون.
      ملاحظة: وضعنا ليصل إلى 40 ثانية، والذي هو أطول وقت التشبع (D20) في التجربة. وبهذه الطريقة كل من التجارب والحفاظ على نفس المجموع "في مسح" وقت (تأخير + التشبع الوقت + البقول + اكتساب الوقت).
    10. اكتب D1 و وضعه إلى 40 ثانية.
    11. تعيين القيمة الأولى للمرة التشبع بكتابة D20 وتعيين إلى 40 ثانية. تحديد الأرباح المتلقي (ر.غ) تلقائيا عن طريق كتابة RGA.
    12. إنشاء التجربة القادمة عن طريق كتابة iexpno. اكتب D20 وحدد وقتا تشبع من 20 ثانية في هذه التجربة. اكتب RGA لتحديد النمو الحقيقي تلقائيا.
      13. <لى> كرر الخطوة الأخيرة لD20 = 10، 5، 2.5، 1.25، 0.625، 0.3 ثانية.
    13. مرة واحدة يتم إنشاء كل التجارب، وفتح أول واحد ونوع multizg سطر الأوامر وتحديد عدد من التجارب، و 8 في هذه الحالة (أي multizg 8).
  2. SSTD NMR تجهيز تجربة
    1. فتح PROCNO 1 (عدد العمليات) من EXPNO 1 (عدد تجربة) من مجموعة (واحد مع الوقت التشبع العالي).
    2. في سطر الأوامر نوع رطل وتعيين القيمة إلى 1.5.
      ملاحظة: للحصول على الأطياف مع نسب الإشارة إلى الضوضاء العالية جدا قد تكون انخفضت هذه القيمة. عكسيا، فإنه يمكن زيادة للتجارب صاخبة، وإذا كان قرار الطيفي لا يتأثر بشدة.
    3. في نوع المتفجرات المخترقة للدروع سطر الأوامر وعملية ااا # = 1 (الطيف "على صدى") في PROCNO = 2 (الشكل 10).
    4. تصحيح مرحلة من مراحل التجربة من خلال النقر على تصحيح المرحلة التفاعلية بutton وحفظه كتجربة 2D. حفظ والخروج (الشكل 11).
    5. نوع مندوب 1 في سطر الأوامر للذهاب إلى PROCNO 1.
    6. في نوع المتفجرات المخترقة للدروع سطر الأوامر وعملية ااا # = 2 ( "إيقاف الرنين" الطيف) في PROCNO = 3 (الشكل 12).
    7. في الأمر نوع الخط .md ثم مندوب 2 لإظهار نافذة عرض متعددة مع كل الأطياف معالجتها: 2 (واحد مع إشارة في منتصف المشبعة) و 3 (واحد في الذي تم تطبيق قطار نبض تشبع في 40 صفحة في الدقيقة ) (الشكل 13).
    8. انقر على زر مع علامة دلتا (الشكل 13) لحساب الفرق الأطياف وحفظه في PROCNO 4. خروج نافذة العرض المتعدد.
    9. تحديد نطاق التكامل للإشارة على اليسار (في إشارة الذي نقل التشبع بسبب عملية التبادل الكيميائية سيحتفل). دائما دمج نفس المنطقة في PROCNO 3 و 4 PROCNO. ملاحظة.
    10. مرة واحدة متكاملة، انتقل إلى علامة التبويب "التكاملات" في كل من التجارب ونسخ قيمة "متكاملة [أبس]" (الشكل 14).
    11. تقسيم تكامل في PROCNO 4 من تكامل في PROCNO 3. هذا هو قيمة SSTD η لفترة تشبع من 40 ثانية (η SSTD = سبين التشبع نقل المعلمة الفرق). 21
    12. كرر الإجراء لبقية التجارب مع أوقات تشبع مختلفة.

4. تحليل البيانات 30

  1. تحليل البيانات للحصول على معلمات الحركية
    1. رسم القيم SSTD η الحصول عليها مقابل الوقت التشبع. 21
    2. إجراء تناسب الأسي لضبط المنحنيات التي تم الحصول عليها من المعادلة
      figure-protocol-11955
      figure-protocol-12028
      figure-protocol-12114 = figure-protocol-12184 في وقت التشبع طويل جدا
      ر = الوقت
    3. حساب قيم η SSTD ماكس وδ واستخدامها لحساب قيم الثوابت معدل (ك) وأوقات الاسترخاء (T 1A) وفقا للمعادلات التالية:
      figure-protocol-12500
      T 1A = الطولي ثابت وقت الاسترخاء تدور ل
      ك = المتبادل موقع ثابت سعر الصرف الحركي
      1. الحصول على معدل ثابت الحركي عن طريق: figure-protocol-12798
  2. Eyring قطعة أرض للحصول على الثيرموديناميكية
    1. مؤامرة من قانون الجنسية (ك / T) مقابل 1 / T (T = درجة الحرارة المطلقة)، وذلك باستخدام قيم بقرات معدلات التشنج عند درجات حرارة مختلفة.
    2. أداء نوبة الخطي لضبط البيانات التي تم الحصول عليها للمعادلة Eyring:
      figure-protocol-13341
      figure-protocol-13414
      figure-protocol-13487
      figure-protocol-13560
      R = ثابت الغاز
      ك B = ثابت بولتزمان
      T = درجة الحرارة المطلقة
    3. حساب المعلمات الحرارية ΔH ≠ وΔS ≠.
    4. حساب قيم E ألف (298) وΔG ≠ (298) باستخدام المعادلات التالية:
      figure-protocol-14012
      figure-protocol-14085
      ق / ftp_upload / 54499 / 54499eq13.jpg "/>
      figure-protocol-14207

النتائج

تم تطبيق تقنية SSTD NMR لحساب المعلمات الحركية في التناوب على السندات أميد من N، N -dimethylacetamide. 21 وهذا مثال بسيط لوبيانات شاملة للمقارنة يمكن العثور عليها في الأدب. 31

دوران أعاقت حول السندات أميد، بسبب الطابع الرابطة المزدوجة جزئي في شكل الرنين، يميز كلا مجموعات الميثيل إلى إشارتين في H-NMR الأطياف 1 (2.61 و 2.17 جزء في المليون في 22.5 درجة مئوية). تدور تشبع إشارة لمجموعة الميثيل في 2.17 جزء من المليون (البيانات ب) يؤدي إلى اختفاء اشارة في H NMR 1. على التشبع من البيانات B، نقل التشبع لمجموعة الميثيل أخرى (لي) نتيجة لعملية تناوب الداخلية ويمكن ملاحظة انخفاض في 1 H كثافة في إشارة إلى 2.61 جزء في المليون. وmagnituودي من هذا الانخفاض تعتمد على الوقت التشبع. ويبين الشكل 15 1 H NMR الأطياف من -dimethylacetamide N، N في 22.5 درجة مئوية، وتظهر التوسعات الأطياف دون (أ) و مع (ب) تشبع الميثيل مجموعة على 2.17 جزء في المليون، وكذلك الفرق الطيف (ج)، وتستخدم لحساب قيم SSTD η. تم حساب معامل η SSTD تقسيم قيمة تكامل البيانات وفي الطيف SSTD NMR (ج) من قيمة يتجزأ من لي في أطياف (أ)، كما هو موضح في البروتوكول. وتجمع القيم التي تم الحصول عليها من SSTD η في كل مرة التشبع عند درجات حرارة مختلفة في الجدول 1. مؤامرة من القيم التي تم الحصول عليها من η SSTD مقابل الوقت تشبع أعطت منحنيات الأسي الذي تم التوصل إليه على هضبة في أوقات التشبع العالي. لدرجة حرارة معينة، وتناسب الأسي لمنحنى يسمح حساب معدلثابت (ك) ووقت الاسترخاء من 1 H إشارة قياس (T 1A) (الشكل 16). الشكل 17 يبين كل المنحنيات التي تم الحصول عليها إلى جانب ك والقيم 1A T التي تم الحصول عليها في نوبات.

وأخيرا، تم استخدام قطعة من قانون الجنسية (ك / T) مقابل 1 / T ويصلح لمعادلة Eyring (الشكل 18) لحساب المحتوى الحراري والانتروبيا التنشيط. وتظهر المعلمات تفعيل المحددة في الجدول 2، جنبا إلى جنب مع المعلمات ذكرت سابقا حسابها باستخدام منهجيات مختلفة.

كما يمكن أن يلاحظ في الجدول 2، وقيم المعلمات تفعيل حصلت مع تقنية سبين التشبع نقل الفرق (SSTD NMR) هي في اتفاق ممتازة مع البيانات المبلغ عنها مسبقا باستخدام تقنيات أخرى، مثل طائرة أسرع من الصوت الرنين المغناطيسي أوتحليل شكل خط. مجموعة واسعة من القيم التي أبلغ عن ΔS ‡ ويرجع ذلك إلى صعوبة في قياس هذه المعلمة مع تقنيات الرنين المغناطيسي النووي. 31 أما بالنسبة لبقية المعلمات التنشيط، والقيم التي تم الحصول عليها مع أسلوبنا ليست فقط ما شابه حقا لتلك التي سبق الإبلاغ عنها ولكن أيضا أكثر دقة، منذ أخطائنا (SD) هي أصغر في جميع الحالات.

figure-results-3130
الشكل 1: قائمة من التجارب بعد كتابة rpar. يوضح الشكل مجموعات المعلمة مختلفة من بينها يجب أن يكون محددا STDDIFFESGP. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3602
الشكل 2:.. المعلمات اقتناء أبرز زر في الساحة الحمراء يؤدي إلى قائمة من البرامج نبض مختلف الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4022
الرقم 3: قائمة البرامج نبض هذا الرقم يدل على برنامج نبض المحدد في التجربة (STDDIFF) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4474
الشكل 4: نافذة منبثقة ظهرت بعد معايرة 90 ° النبض ويوضح الشكل قيم معايرة 90 و. # 176؛ نبض في مستويات الطاقة المختلفة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4948
الرقم 5: لقطة من سطر الأوامر ويوضح الشكل كيفية إدخال قيمة النبض الصعب معايرة الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5391
الرقم 6: قيمة لطول النبضة على شكل ويوضح الشكل كيفية إدخال قيمة لطول نبض شكل. g6large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5778
الرقم 7:. المعلمات اقتناء هذا الرقم يدل على المعلمات السلطة الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-6204
الرقم 8: معلمات نبض شكل وسيتم عرض القيم لنبض شكل في خط 13. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

pload / 54499 / 54499fig9.jpg "/>
. الرقم 9: قائمة ترددات أشعة ويشمل هذا الرقم البيانات التالية في الصفوف الأولى 3: صف 1. P (يشير إلى أن البيانات التالية هي في جزء في المليون)؛ صف 2 التردد للإشارة إلى أن المشع في جزء في المليون، كما تم قياسها. في 3.1.1. صف 3.40 جزء في المليون (تردد ما زالت بعيدة عن الإشارات H 1 من المجمع حتى التشعيع في هذا التردد لا يؤثر على أطياف). الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7278
الرقم 10: تجهيز أول ااا هذا الرقم يدل على النافذة المنبثقة التي تظهر بعد كتابة المتفجرات المخترقة للدروع. ناغورني كاراباخ "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7689
الرقم 11:.. تصحيح المرحلة قطة تظهر نافذة لتصحيح المرحلة اليدوي الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-8121
الرقم 12: تجهيز لااا الثاني هذا الرقم يدل على النافذة المنبثقة التي تظهر بعد كتابة المتفجرات المخترقة للدروع. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 13 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 54499 / 54499fig13.jpg "/>
الشكل (13): عرض متعددة الأطياف 2 و 3. زر الضوء في المربع الأحمر هو واحد لحساب الفرق الأطياف. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9037
الرقم 14:.. التبويب التكاملات هذا الرقم يدل على قيم التكامل المطلقة والنسبية الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9449
الشكل 15: هيكل و1 ز> H NMR أطياف N، N -dimethylacetamide في 22.5 درجة مئوية في التولوين د 8. (أ) 1 H NMR التوسع في المنطقة 2،13-2،66 جزء في المليون قبل التشعيع. (ب) التوسع في المنطقة نفسها بعد التشعيع لمجموعة الميثيل في 2.17 جزء من المليون. (ج) الفرق الطيف [(أ) - (ب)]. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-10246
الشكل 16: مثال على قطعة SSTD η ومناسبا لها الأسي في 278 ك مستنسخة من المعلومات دعم المرجعية 21 بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54499/54499fig16large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-10790
الرقم 17: قطع من η SSTD مقابل الوقت التشبع عند درجات حرارة مختلفة. هذا الرقم يدل على مؤامرة لN، N -dimethylacetamide والجدول مع ثوابت معدلات الحصول على وأوقات الاسترخاء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-11383
الرقم 18: Eyring مؤامرة هذا الرقم يدل على مؤامرة لN، N -dimethylacetamide. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ر جلس (ثانية) 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 0.4449
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

ويبين قيم SSTD η الجدول القيم التي تم الحصول عليها في أوقات مختلفة لتشبع N، N -dimethylacetamide في نطاق درجات الحرارة 278-295،5 ك: الجدول 1

ΔH ‡ (KJ مول -1)
طريقة SSTD NMR طائرة أسرع من الصوت NMR 31 td> تحليل الخط الشكل تحليل الخط الشكل تحليل الخط الشكل
معامل (هذا العمل) (1 H NMR) 4 (1 H NMR) 5 (13 C NMR) 6
E من 298 (KJ مول -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
ΔS ‡ (J مول -1 K -1) 11.5 ± 0.4 -10.5 ± 5.0 -15.0 ± 5.1 13 ± 8 3 ± 4
ΔG ‡ 298 (KJ مول -1) 73.8 ± 0.1 73.7 ± 2.0 720.5 75.3 ± 0.4 75.7 ± 0.4
مذيب Tol- د 8 Tol- د 8 لجنة علم المناخ 4 Acetone- د 6 أنيق
21px؛ العرض: 145px؛ ">

ويبين المعلمات تفعيل الجدول المعلمات تنشيط دوران الداخلي N، N -dimethylacetamide التي حصل عليها طريقة SSTD NMR مقارنة مع نفس المعلمات التي تم الحصول عليها باستخدام طرق الرنين المغناطيسي النووي مختلفة لتحليل 4،5،6 أخطاء في هذا الجدول: الجدول 2. الرجوع إلى أخطاء الانحراف المعياري (SD). (مستنسخة من مرجع 21 بإذن من شركة نفط الجنوب الملكيiety الكيمياء).

Discussion

One of the more obvious advantages of this methodology is that the rate constants and the relaxation time for a given temperature can be obtained with a single set of experiments, with a robust pulse sequence (the same used for STD experiments to study protein-ligand interactions, which is typically found within the available set of experiments from the spectrometer manufacturer). This simplifies the experimental setup since there is no need to measure T1 or reach steady state saturation. Besides, it is remarkable that this method does not depend on the magnet strength, as coalescence methods. On the other hand, the main limitation is that this technique cannot be applied to chemical exchange processes too fast or too slow, which would depend on the temperature range of the NMR machine or the solvents used.

This new technique for the calculation of kinetic parameters can be applied to a great variety of substrates and its applicability has already been demonstrated with some interesting molecules.21 The kinetic parameters of the 4-N,N-dimethylamido[2.2]paracyclophane, a challenging substrate in which the signal of one of the methyl groups of interest is overlapped with other signals from the molecule, were successfully calculated using SSTD NMR. Interestingly, this methodology can be applied as long as one of the signals of study is isolated. SSTD NMR is also a useful protocol for the calculation of kinetic parameters in molecules in which the coalescence temperature is so high that the molecule decomposes before reaching it. This is the case with PtCl2(dimethylallene)(pyridine), in which the methodology was successfully applied without the need of reaching coalescence. The choice of solvents and temperatures is critical to obtain good results, since the chemical exchange rates can vary significantly with these parameters. Moreover, in addition to the criteria in a normal NMR experiment, key steps in a SSTD NMR experiment are the selectivity of the irradiation as well as the temperature control. Both factors have to be precise to guarantee the success of the experiment.

The representative results presented here are for the kinetics of intramolecular chemical exchange, but the technique can also be applied to study the kinetics of intermolecular chemical exchange and also ligand exchange, common processes in the dynamic behavior of transition metal complexes.

Finally, providing a proper modification of the equations is made,32 this method could be extended to deal with multi-site exchange and unequal populations, as it has been done in former double resonance experiments,8-9 increasing the usefulness of this technique for the study of chemical exchange processes in challenging compounds.

Disclosures

The authors declare that they have no competing financial interests.

Acknowledgements

Funding by the University of East Anglia, the EPSRC (EP/L012855/1) and the EU (H2020-MSCA-IF-2014-EF-ST-658172) is gratefully acknowledged (MTQ).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
N,N-dimethylacetamideAldrich38840Acute toxicity
Toluene-d8FluorochemD-005Flammable and toxic
500 MHz 7" Select Series NMR TubesGPE LTDS-5-500-7
TopSpin 2.1TopSpin program, Bruker Corp., http://www.bruker.com/products/mr/nmr/nmr-software/software/topspin/ (2015).
Origin 6.0Origin 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.comH00804

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. , (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. Berger, S., Braun, S. . 200 and More NMR Experiments: A Practical Course. , (2004).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

117 NMR NOE SSTD NMR

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved