JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • 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

פרוטוקול מפורט זה מתאר את פרוטוקול התהודה המגנטי הגרעיני הבדל העברה החדש ספין רווי (SSTD NMR), פתח לאחרונה בקבוצה שלנו ללמוד תהליכי השינוי כימי הדדית באתר שקשה לנתח בשיטות מסורתיות. כפי שהשם מרמז, שיטה זו משלבת את שיטת העברת רווית ספין המשמשת מולקולות קטנות, עם הבדל העברת רוויה (STD) שיטת תמ"ג המועסקת לחקר אינטראקציות ליגנד חלבון, על ידי מדידת העברת רווית ספין חולפת לאורך הגדלת פעמים רוויות (לבנות עקומות -up) ב קטנות מולקולות אורגניות אורגנו עוברות שינוי כימי.

היתרונות של שיטה זו על פני קיימים הם: אין צורך להגיע לגיבוש של אותות מחליפים; ניתן ליישם את השיטה עוד אות אחד האתרים להחלפה מבודדת; אין צורך למדוד T 1 או להגיע רווית מצב יציבה; שיעור va מתמידלוקים נמדדים ישירות וערכי 1 T מתקבלים באותו הניסוי, תוך שימוש רק סט אחד של ניסויים.

כדי לבחון את השיטה, אנחנו לומדים את הדינמיקה של הסיבוב הפריע של N, N -dimethylamides, שלגביו יש נתון הרבה זמין להשוואה. הפרמטרים התרמודינמית שהושגו באמצעות SSTD דומים מאוד לאלו המדווחים על (טכניקות העברת ספין רוויה וניתוח קו-צורה). השיטה ניתן להחיל על מצעים מאתגרים יותר, כי לא ניתן ללמוד על ידי שיטות קודמות.

אנו חוזים כי ניסיוני פשוט להגדיר את התחולה הרחבה של שיטת מגוון גדול של מצעים תגרום זו טכניקה נפוצה בקרב כימאים אורגניים אורגנו ללא מומחיות נרחבת NMR.

Introduction

חילופי כימית כלל מתייחס לכל תהליך מולקולאריים או intramolecular שבו חוג נע מסביבה אחד למשנה שבו פרמטרי התמ"ג שלה (משמרת כימית, צימוד סקלר, צימוד dipolar, שיעור הרפיה) שונים. ישנן דוגמאות רבות של שינוי כימי במולקולות אורגניות אורגנו (למשל, מחסומי סיבוב biaryls, מחסומים מרפרף טבעת ושיווי משקל קונפורמציה, היפוך חנקן, ליגנד מחייב, חילופי ליגנד מנוון tautomerization). 1-3 שער החליפין הכימי קשור התרמודינאמיקה של המחסום של התהליך החילופי, ולכן המחקר שלה הוא בעל חשיבות מכרעת להבין דינאמיקה מולקולארית של מערכות אלה.

הסימן הקלאסי של חילופי דינמי ב NMR הוא שינוי דרמטי קו-הצורה של אותות תמ"ג כמו שינויי טמפרטורה. בטמפרטורות נמוכות, התהליך הוא איטי בשתי משמרות כימי מובהקים observed. בטמפרטורות גבוהות, שני האותות מתמזגים אות אחת, תופעה המוכרת בשם "התקבצות". בטמפרטורות ביניים, האותות להיות מאוד רחבים. רגישות זו של ספקטרום התמ"ג כדי שינוי כימי עושה NMR שיטה חזקה מאוד כדי ללמוד את הדינמיקה של מולקולות בתמיסה. שתי שיטות הועסקו בעיקר בחקר תהליכים דינמיים פתרון:. ניתוח קו-צורה, 4-7 ספין רווית ניסויי העברה 8-9 חוץ מזה, הוא גם ראוי להזכיר העברת היפוך שיטת 10 ואת CIFIT תכנית 11 עבור החילוץ הישיר של קבועי קצב, כי הם גישה יעילה יחסית למדידות חילופיות במערכות פשוטות. למרות ששיטות אלו נותנים תוצאות טובות מאוד ברוב המקרים, הם, לעומת זאת, יש מספר חסרונות. החסרון העיקרי של ניתוח קו-צורה הוא והטמפרטורות הגבוהות הנדרשות כדי להגיע לגיבוש בדגימות כמה. 12 הנושאים העיקריים שיש להביא בחשבון בעת carrying ניסויי העברת רווית ספין הם: הפעמים הרוויות ארוכות מאוד שנדרשו כדי להתחבר העברת רווית מצב היציבה בין האתרים המחליפים, ואת הצורך בקביעת זמן רגיעת האורך הקבוע, T 1, אשר יכול להיות קשה אם יש חפיפה של שונה אותות באזור של המחקר. 13

במסגרת החקירות שלנו במנגנונים אורגנו, 14-16 לקבוצה שלנו לומדת את התנהגות fluxional של מתחמי פלטינה-allene בתמיסה. זוהי משימה מורכבת המערבת לפחות שלושה תהליכים שונים, אחד מהם הוא החלפת π פנים או סיבוב של המתכת סביב אחד ציר allene. נתקלנו זה נורמלי ניסויי VT וטכניקות ניתוח קו-צורה אשר הועסקו בעבר מערכות דומות, 17-19 לא התאים במחקרנו, עקב סיבוב איטי מאוד בקומפלקס הפלטינה-allene שלנו שגרם טמפרטורת ההתקבצות של sigאלכסונים של ריבית גבוהה יותר מהטמפרטורה של פירוק של המתחם.

על מנת להתגבר על מגבלה זו, פתחנו ולאחרונה דיווחתי על פרוטוקול NMR חדש (SSTD NMR) כדי לחקור תהליכים של שינוי כימי הדדית באתר. 20 כפי שהשם מרמז שיטה זו משלבת את שיטת העברת רווית ספין המשמשת מולקולות קטנות, עם שיטת העברת רווית הבדל NMR מועסקת לחקר אינטראקציות ליגנד חלבון, 21-24 על ידי מדידת העברת רווית ספין חולפת לאורך הגדלת פעמים רוויות (הצטברות עקומה) במולקולות קטנות שעברו שינוי כימי.

עם שיטה חדשה זו (SSTD NMR) הראינו שאנחנו יכולים להשיג את הפרמטרים הקינטית של שינוי הכימי intramolecular במולקולות אורגניות אורגנו קטנות עם יתרונות נוספים קצת מעל גישות מסורתיות: התקבצות של האותות אינה נחוצה, כך טווח טמפרטורות גמיש יותר יכול לשמשבמחקר; חפיפת אות לא מפריעה, אם כי לפחות אחד תהודות ההחלפה צריכה להיות מבודדת; אין צורך למדוד T 1 או להגיע רווית מצב יציבה; ערכים קבועים שיעור נמדדים ישירות וערכי 1 T מתקבלים באותו הניסוי, תוך שימוש רק סט אחד של ניסויים. יתרון מדהים נוסף של המתודולוגיה SSTD NMR הוא כי, בניגוד lineshape ניתוח, קביעת קבועי קצב קינטיקה אינו מוגבל על ידי עלייה בטמפרטורות התקבצות הקשורים שדות מגנטיים גבוהים. לפיכך, המתודולוגיה שלנו אז טובה מאוד הופקעה הן עבור שדות מגנטיים נמוכים וגבוהים. מאמר זה נועד לעזור למשתמשים חדשים ליישם את השיטה החדשה הזו למערכות שלהם עוברים שינוי כימי, ותאר הכנת מדגם, סט ניסיוני עד, רכישת נתונים, ודוגמא של עיבוד נתונים וניתוח במולקולה אורגנית פשוטה.

Protocol

זהירות: יש להתייעץ כל גיליונות נתוני בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני השימוש.

1. הכנת דוגמאות NMR

  1. לשקול 5 מ"ג של N, -dimethylacetamide N, להוסיף צינור NMR המתאים לטמפרטורות נמוכות ו להתמוסס 0.6 מ"ל של toluene- ד 8.

2. הגדרת ניסוי תמ"ג 25

  1. NOE ספקטרה רכישה
    1. בצעו ניסוי חד ממדי NOE (אפקט גרעיני אוברהאווזר). 26
      הערה: תופעות NOE יכול לקרות בכל טמפרטורה. קשת NOE חד ממדי irradiating האות יהיה מוקרן בניסוי תמ"ג SSTD, נרשמה ב -40 ° C לוודא כי העברת סיבוב המגנטיזציה המדגם המשמש כאן היה ממוזער, ולכן נואי, אם קיים, היה דומיננטי ו להימדד בניסוי הזה. באופן אידיאלי, תופעות NOE בין שני הגרעינים להחלפת שאולd לא להיות נוכח כדי למנוע הפרעות עם שיטת SSTD.
  2. הגדרת ניסויים SSTD NMR
    1. הכנס את מדגם המגנט ידי EJ ההקלדה הראשון בשורת הפקודה של התוכנה כדי להפעיל את זרימת האוויר. לאחר מכן, לשים את המדגם על גבי מגנט ולאחר מכן הקלד ij. מתן עד המדגם הוא בתוך המגנט.
    2. לאחר המדגם נמצא מגנט, סוג edte בשורת הפקודה. שינוי הטמפרטורה לטמפרטורה הראשונה שנבחרה לבצע את הניסוי (295.5 K במקרה זה). בואו המדגם לייצב בטמפרטורה נבחרה דקות לפחות 20.
    3. בצעו ניסוי 1D 1 H-NMR על המדגם.
      1. צור בסיס נתונים חדשים של ניסוי 1 H-NMR. עבור הקליק הזה על קובץ / חדשות שם הניסוי החדש.
      2. הקלד ברצף ומחכה הפקודה הקודמת ועד סופו: מנעול, עתמה, topshim, getprosol ו RGA.
      3. הקלד ZG לרכוש את ניסוי הפרוטון. ברגע שזה סיים סוג EFP ו apk כדי התמרה זה ולהתאים את השלב.
    4. צור בסיס נתונים חדשים של, למשל, ניסוי 1 H NMR. עבור הקליק הזה על קובץ / חדשות שם הניסוי החדש.
    5. מתוך אוסף הנתונים החדש הזה, הקלד rpar בשורת הפקודה. בחר אחת מהערכות פרמטר "STDDIFF" מהרשימה, למשל STDDIFFESGP, ולחץ על "לקרוא" ולאחר מכן "לקרוא את כל" (איור 1). לחלופין, לעשות זאת על ידי הקלדת STDDIFFESGP rpar כל.
      הערה: ניתן לבצע את הניסוי עם רצף הדופק הזה. עם זאת, התכנית הדופקת השתמשה בניסוי שלנו הייתה STDDIFF.
    6. כדי לבחור את רצף דופק STDDIFF, לחץ על הלחצן עם שלוש נקודות בקו PULPROG (איורים 2 ו -3).
    7. לפני ביצוע הניסוי NMR SSTD, לכייל את 1 H 90 ° Puls קשהדואר (P1). לשם כך, להבטיח כי המדגם הוא המגנט בטמפרטורה הרצויה (שלב 2.2.2). הקלד pulsecal בשורת הפקודה ולהעתיק את הערך של הדופק 90 ° על כוח עליון (PL1 = -1 dB במקרה זה), כלומר, אחד שנותן את הדופק הקצר (איור 4).
    8. הצג את הערכים עבור הדופק הקשה המכויל בניסוי. סוג getprosol 1H (ערך עבור p1 שהושגו בשלב 2.2.7) (ערך עבור PL1) (איור 5).
    9. הגדר את אורך הפולס בצורה. P13 סוג להציג ערך של 50,000 μsec (איור 6).
    10. הגדר את הצורה הדופקת סלקטיבית. לשם כך, עבור אל כוח ולחץ על כפתור "ערוך ..." ליד צורה (איור 7). עבור אל הדופק בצורת 13 ולבחור: גאוס 1.1000 (איור 8).
    11. הגדר את כוח הדופק סלקטיבית (SP13). להגדיר את זה למשהו מתאים, כלומר , על מערכת זו בין 40-60 דציבלים (המקביל ל עוצמת השדה של כ 120 הרץ) (איור 8). עוצמת שדה מוגזמת עלולה לגרום תופעות רוויה מקובלות. 27-29
      הערה: 50 dB היו אופטימליים במקרה שלנו. קח בחשבון כי מדובר בהיקף הנחתה, ולכן הערך הקטן ככל כוחו של גלי הרדיו. כפי שזה תואם את מפל גאוס להרוות, אשר מוחל במשך זמן רב (מספר שניות), sp13 לא צריך ללכת מתחת ל -40 דציבלים (במידת צורך, להתייעץ על מפרטי מכשירים, קטניות עוד בהספק גבוה עלולות להזיק probehead). מניסיוננו 41-61 dB מעל ההנחתה של הדופק הקשה 1 H 90 ° (-1 dB בעבודה זו) עובד מצוין. נסה תמיד לבחור את ההנחתה הגבוהה ביותר האפשרית המובילה לרמת רוויה דומה.
    12. הקלד ns ולהגדיר אותו 8 והקלד ds ולהגדיר אותו 4.

3. רכישת נתוני תמ"געיבוד ד 25

  1. רכישת ניסוי SSTD NMR
    1. פתח את הניסוי H NMR 1 ביצע בשלב 2.2.3 כדי לבדוק שם את האות כי יהיה מוקרן הוא. לשם כך, לחפש הניסוי בדפדפן התוכנה, קליק ימני במערך ולחץ על "הצג בחלון חדש".
    2. הזז את קו הסמן למרכז של האות כדי להקרין ורשום את המשמרת הכימית ppm. בחר רוחב ספקטרלי אשר ישמש בניסוי.
      הערה: במקרה זה, את האות אשר יהיה מוקרנת היא ב 2.17 ppm, ואת רוחב ספקטרלי המשמש היה 1.46 ppm. ודא שאף תיקון כימי משמרת משמש או תדירות הקרינה יכולות להיות מוגדרת לא נכון.
    3. עבור אל הניסוי SSTD NMR שנוצרו בעבר עם ההתקנה כאמור בסעיף 2.2.
    4. צור רשימה עם התדרים של קרינה. לשם כך, הקלד fq2list בשורת הפקודה ובחר ברשימה קיימת.
    5. עריכת הרשימהתדרי הקרנה כולל את הנתונים הבאים 3 השורות הראשונות (איור 9): שורה 1. P (מציין כי הנתונים הבאים נמצאים ppm); השורה 2 תדר של האות להיות מוקרן ב ppm, כפי שהיא נמדדת ב 3.1.. 1; השורה 3.40 ppm (תדר שרחוקה מלהיות 1 אותות H של המתחם כדי ההקרנה בתדירות שאינה משפיעה הספקטרום).
    6. שמור את הרשימה עם שם חדש ולאחר מכן הקלד fq2list בשורת הפקודה ובחר את הרשימה רק יצרה.
    7. כדי למרכז את הניסוי על האותות נחקרים, סוג o1p ובחר כמרכז הניסוי המשמר הכימית של האות יהיה מוקרן.
    8. SW סוג כדי לבחור את רוחב ספקטרלי (1.46 ppm במקרה זה, אבל כל רוחב ספקטרלי אחר ניתן לבחור).
      הערה: אם זמן הרכישה המתקבל לאחר שינוי רוחב ספקטרלי ארוך מדי (אשר יכיר יותר רעש בספקטרום) זה can להיות מותאם על ידי הקלדת AQ לספק את Decay אינדוקציה חינם הרצוי (FID) רזולוציה (FIDRES, 0.25 הרץ במקרה זה).
    9. בחר את הערך עבור D1 עיכוב הרפיה Interscan. ודא שזה לפחות 1 עד 5 פעמים את הערך של T 1 של האיטי ביותר המרגיע פּרוֹטוֹן.
      הערה: אנו להגדיר אותו ל -40 שניות, וזה זמן רוויה הארוך (D20) בניסוי. בדרך זו כל אחד מהניסויים ימשיכו באותו הכולל "לכל סריקה" זמן (זמן השהיה + רוויה + זמן רכישת פולסים +).
    10. הקלד D1 ולהגדיר אותו ל -40 שניות.
    11. הגדר את הערך הראשון בפעם הרוויה ידי הקלדת D20 וקביעת ההגדרות ל -40 שניות. קבע את רווח מקלט (RG) באופן אוטומטי על ידי הקלדת RGA.
    12. צור את הניסוי הבא על ידי הקלדת iexpno. הקלד D20 ובחר זמן רווי של 20 שניות בניסוי הזה. הקלד RGA לקבוע RG אוטומטי.
    13. חזור על השלב האחרון D20 = 10, 5, 2.5, 1.25, 0.625, 0.3 שניות.
    14. לאחר שכל הניסויים נוצרים, פתח את הראשון וב multizg סוג שורת הפקודה ולציין את מספר ניסויים, 8 במקרה זה (כלומר, multizg 8).
  2. עיבוד ניסוי SSTD NMR
    1. פתח את 1 PROCNO (מספר תהליך) מ EXPNO 1 (מספר ניסוי) של הערכה (אחד עם הזמן הרווי הגבוה יותר).
    2. בשנות ה lb סוג שורת הפקודה ולהגדיר את הערך 1.5.
      הערה: לקבלת ספקטרום עם גבוה מאוד אות לרעש יחס ערך זה יכול להיות ירידה; הפוך, היא יכולה לגדול לניסויים רועשים, אם הרזולוציה ספקטרלית אינה משפיעה באופן חמור.
    3. בשנות ה EFP סוג שורת הפקודה תהליך FID # = 1 ( "על-תהודה" ספקטרום) ב PROCNO = 2 (איור 10).
    4. תקן את שלב הניסוי על ידי לחיצה על b תיקון השלב האינטרקטיוויutton ולשמור אותו כניסוי 2D. שמור ויציאה (איור 11).
    5. נציג סוג 1 בשורת הפקודה ללכת PROCNO 1.
    6. בשנות ה EFP סוג שורת הפקודה תהליך FID # = 2 (קשת "off-תהודה") ב PROCNO = 3 (איור 12).
    7. בשנתי ה .md סוג שורת פקודה ולאחר מכן נציג 2 להראות חלון ראווה מרובה בשתי ספקטרה המעובד: 2 (זה עם האות הרווי באמצע) ו -3 (זה שבו הרכבת הדופקת להרוות יושמה ב 40 עמודים לדקה ) (איור 13).
    8. לחץ על הכפתור עם סימן דלתא (איור 13) כדי לחשב את ספקטרום ההבדל ולשמור אותו PROCNO 4. יציאה בחלון הראווה המרובה.
    9. בחר טווח ואינטגרציה עבור האות מהשמאל (האות שבה העברת הרוויה בשל תהליך השינוי הכימי תקוים). תמיד לשלב באותו אזור ב PROCNO 3 ו PROCNO 4.
      הערה: טווח האינטגרציה השתמש בניסוי זה 2.55 - 2.67 ppm.
    10. לאחר משולב, עבור אל הכרטיסייה "אינטגרל" בכל הניסויים ולהעתיק את הערך של "[ABS] אינטגרל" (איור 14).
    11. מחלק את אינטגרלי PROCNO 4 על ידי אינטגרלי PROCNO 3. כלומר הערך של η SSTD במשך זמן רווי של 40 שניות (η פרמטר SSTD = ספין רווית העברת הבדל). 21
    12. חזור על התהליך עבור שאר הניסויים עם פעמים רוויות שונות.

4. ניתוח נתונים 30

  1. ניתוח של הנתונים כדי לקבל פרמטרים קינטיים
    1. מגרש את ערכי SSTD η שהושגו מול הזמן הרווי. 21
    2. בצע בכושר מעריכים להתאים את העקומות שהתקבלו למשוואה
      figure-protocol-11258
      figure-protocol-11329
      figure-protocol-11413 = figure-protocol-11481 בשלב רוויה מאוד ארוך
      t = זמן
    3. חשב את ערכי η SSTD MAX ו δ ולהשתמש בהם כדי לחשב את הערכים של קבועי קצב (k) ושעות הרפיה (1A T) על פי המשוואות הבאות:
      figure-protocol-11797
      T 1A = קבוע זמן רגיעה האורך של ספין
      k = באתר הדדית שער החליפין הקינטית קבוע
      1. השג את קבוע קצב קינטי של: figure-protocol-12078
  2. מגרש איירינג כדי לקבל את פרמטרים תרמודינמיים
    1. Ln המגרש (k / T) לעומת 1 / T (T = טמפרטורה מוחלטת), באמצעות הערכים של ומקןה שיעורי טיק בטמפרטורות שונות.
    2. בצע התאמה ליניארית כדי להתאים את הנתונים שהתקבלו למשוואה איירינג:
      figure-protocol-12589
      figure-protocol-12660
      figure-protocol-12731
      figure-protocol-12802
      R = גז קבוע
      k B = קבוע בולצמן
      T = טמפרטורה מוחלטת
    3. חשב את ΔH פרמטרים תרמודינמיים ≠ ו ΔS ≠.
    4. חשב את ערכי E A (298) ו ΔG ≠ (298) באמצעות המשוואות הבאות:
      figure-protocol-13256
      figure-protocol-13329
      s / ftp_upload / 54,499 / 54499eq13.jpg "/>
      figure-protocol-13452

תוצאות

טכניקת SSTD NMR יושמה לחישוב הפרמטרים הקינטית ברוטציה של האג"ח האמיד של N, N -dimethylacetamide. 21 זוהי דוגמא פשוטה עבורו נתונים נרחבים להשוואה ניתן למצוא בספרות. 31

הסיבוב הפריע ברחבי האג"ח האמיד, בשל אופי קשר הכפול חלקית בצורת התהודה, מבדיל הוא קבוצות מהתיל לשני אותות 1 ספקטרום H-NMR (2.61 ו 2.17 ppm ב 22.5 מעלות צלזיוס). רווית ספין של האות של קבוצה מהתיל ב 2.17 ppm (Me B) מובילה להיעלמות של האות שלה 1 H NMR. עם הרוויה של Me B, העברת רוויה לקבוצה מהתיל האחרת (Me A) בשל התהליך והסיבוב הפנימי יכול להיות שנצפה על ידי ירידה בעוצמת H 1 ב האות ב 2.61 ppm. magnituדה מירידה זו תהיה תלוי הזמן הרווי. איור 15 מציג את ספקטרום H NMR 1 של -dimethylacetamide N, N ב 22.5 מעלות צלזיוס, ואת הרחבות להראות את הספקטרום ללא (א) ועם (ב) רוויה של מהתיל הקבוצה ב 2.17 ppm, כמו גם את הספקטרום ההבדל (ג), אשר שימשו לחישוב ערכי SSTD η. גורם η SSTD מחושב חלוקת השווי האינטגרלית של Me A בספקטרום תמ"ג SSTD (ג) על ידי הערך של אינטגרל של A Me בספקטרום (א), כפי שהוסבר בפרוטוקול. הערכים המתקבלים של η SSTD לכל זמן רווי בטמפרטורות שונות נאספים בטבלה 1. העלילה של הערכים שהתקבלו של η SSTD לעומת זמן הרוויה נתנה עקומות מעריכים אשר רמה הושגה בזמנים רוויים גבוהים יותר. לקבלה לטמפרטורה מסוימת, בכושר המעריכים של העקומה מאפשר חישוב הקצבקבוע (k) ואת זמן ההרפיה של 1 H של האות הנמדדת (T 1A) (איור 16). איור 17 מראה כל הקימורים מתקבלים יחד עם k וערכי 1A T שהושג ההתקפים.

לבסוף, העלילה של ln (k / T) לעומת 1 / T ואת לנכון המשוואה איירינג (איור 18) שימשו לחישוב אנתלפיה ואנטרופיה של ההפעלה. פרמטרי ההפעלה נקבעו מוצגים בלוח 2, יחד עם הפרמטרים שדווחו בעבר מחושבים תוך שימוש במתודולוגיות שונות.

כפי שנראים בטבלה 2, ערכי פרמטרי ההפעלה שהושגו עם טכניקת הבדל ספין העברת רוויה (SSTD NMR) נמצא הסכם מצוין עם הנתונים שפורסם בעבר על שימוש בטכניקות אחרות, כגון SST NMR אוניתוח צורת קו. המגוון הרחב של הערכים המדווחים עבור ΔS ‡ נובע הקושי במדידת בפרמטר זה עם שיטות תמ"ג. 31 באשר לשאר הפרמטרים ההפעלה, הערכים שהתקבלו בשיטה שלנו הם לא רק באמת דומים לאלה שכבר דווח אבל גם יותר מדויק, שכן טעויות שלנו (SD) הם קטנים בכל המקרים.

figure-results-2870
איור 1: רשימת ניסויים לאחר הקלדת rpar. האיור מציג את קבוצות פרמטרים שונים ובהם STDDIFFESGP צריכה להיות מסומנת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-3344
איור 2:.. פרמטרי רכישת הכפתור מודגשים ריבוע אדום מוביל רשימה של התוכניות הדופקות השונות אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-3768
איור 3:.. רשימה של תוכניות דופק האיור מציגה את תכנית הדופק שנבחרה בניסוי (STDDIFF) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-4222
איור 4: חלון מוקפץ הופיע לאחר הכיול הדופק 90 ° האיור מציג את הערכים של מכויל 90 &. # 176; הדופק ברמות הספק שונות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-4696
איור 5:.. צילום מסך של שורת הפקודה האיור מציג כיצד להציג את הערך עבור דופק קשה מכויל אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-5152
איור 6:. ערך תמורת אורך הפולס בצורת האיור מציג כיצד להציג את הערך עבור אורך הפולס בצורה. g6large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-5551
איור 7:.. פרמטרי רכישת האיור מציג את פרמטרי הכח אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-5970
איור 8:. פרמטרים להתייחסות הדופקת בצורת הערכים עבור הדופק בצורה יושקו קו 13. נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

pload / 54,499 / 54499fig9.jpg "/>
. איור 9: רשימת תדרי הקרנת הנתון כולל את הנתונים הבאים 3 השורות הראשונות: שורת 1. P (מציין כי הנתונים הבאים נמצאים ppm); השורה 2 תדר של האות להיות מוקרן ב ppm, כפי שהיא נמדדת. ב 3.1.1; השורה 3.40 ppm (תדר שרחוקה מלהיות 1 אותות H של המתחם כדי ההקרנה בתדירות שאינו משפיע הספקטרום). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-7020
איור 10:. עיבוד של הראשון FID האיור מציג את חלון pop up שמופיעה לאחר הקלדת EFP. nk "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-7393
איור 11:.. תיקון שלב מסך מראה את החלון לתיקון שלב במדריך אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-7824
איור 12:. עיבוד של שני FID האיור מציג את חלון pop up שמופיע לאחר הקלדת EFP. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 13 "src =" / files / ftp_upload / 54,499 / 54499fig13.jpg "/>
איור 13: תצוגה מרובה של ספקטרה 2 ו- 3. הכפתור מודגש ריבוע אדום היא אחד כדי לחשב את ספקטרום ההבדל. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-8722
איור 14:.. כרטיסיית אינטגרלים האיור מציג את הערכים של אינטגרלים המוחלט ויחסים אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-9140
איור 15: מבנה 1 g> H NMR ספקטרה של N, N -dimethylacetamide על 22.5 מעלות צלזיוס טולואן-ד 8. (א) 1 הרחבת H NMR של האזור מן 2.13 כדי 2.66 ppm לפני ההקרנה. (ב) הרחבת באותו אזור לאחר הקרנה של קבוצת מתיל ב 2.17 ppm. (ג) ההבדל ספקטרום [(א) - (ב)]. נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-9915
איור 16: דוגמה של חלקת SSTD η ובכושר מעריכי שלה ב 278 K. לשכפל מ מידע התומך ההפניה 21 באישור האגודה המלכותית לכימיה.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54499/54499fig16large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-10449
איור 17: מגרשים של η SSTD לעומת רווית זמן בטמפרטורות שונות. האיור מציג את העלילה עבור N, N -dimethylacetamide והשולחן עם קבועי השיעורים שהושגו ושעות הרפיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-11033
איור 18:. איירינג העלילה האיור מציג את העלילה עבור N, N -dimethylacetamide. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

t ישב (sec) η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD
(T = 278 K) (T = 283 K) (ט = 285.5 K) (T = 288 K) (ט = 290.5 K) (T = 293 K) (ט = 295.5 K)
40 .2526 .3957 .4671 .5461 .626 .6969 .7535
20 .2526 .3957 .4671 .5461 .626 .6969 .7535
10 .2383 .3806 .4537 .5355 .6199 .6969 .7535
5 .1904 .3193 .3919 .481 .5734 .6638 .7318
2.5 .1263 .2204 .2812 .3589 .4449 .5461 .626
1.25 .0761 .1353 .171 .2247 .2868 .3732 0.4449
0.625 .0467 .0739 0.099 .1327 .171 .2291 .2758
0.3 .0238 0.044 .0472 .0644 .0847 .1169 .1463

טבלה 1:. ערכים של η SSTD הטבלה מציגה את הערכים שהתקבלו בזמנים רוויים שונים עבור N, N -dimethylacetamide בטווח של טמפרטורות 278-295.5 ק

ΔH ‡ (KJ mol -1)
שִׁיטָה SSTD NMR SST תמ"ג 31 td> ניתוח קו-צורה ניתוח קו-צורה ניתוח קו-צורה
פָּרָמֶטֶר (העבודה הזו) (1 H NMR) 4 (1 H NMR) 5 (13 C תמ"ג) 6
E הוא בעל 298 (KJ mol -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 mol -1 K -1) 11.5 ± 0.4 -10.5 ± 5.0 -15.0 ± 5.1 13 ± 8 3 ± 4
298 ‡ ΔG (KJ mol -1) 73.8 ± 0.1 73.7 ± 2.0 72.5 75.3 ± 0.4 75.7 ± 0.4
מֵמֵס Tol- ד 8 Tol- ד 8 CCl 4 Acetone- ד 6 נקי
21px; רוחב: 145px; ">

טבלה 2:. פרמטרי הפעלת הטבלה מציגה את פרמטרי ההפעלה של הסיבוב הפנימי של N, N -dimethylacetamide שהתקבלו מהפעלת שיטת NMR SSTD לעומת הפרמטרים המתקבלים בשיטות תמ"ג שונות לניתוח 4,5,6 שגיאות בטבלה זו. מתייחס שגיאות סטיית תקן (SD). (לשכפל בהפניה 21 באישור רויאל Society לכימיה).

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

117SSTD 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