JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

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.

Аннотация

Этот подробный протокол описывает новый Спин Насыщенность Передача разницы Магнитный протокол резонанса (ЯМР SSTD), недавно разработанной в нашей группе изучить процессы взаимного сайта химического обмена, которые трудно анализировать традиционными методами. Как следует из названия, этот метод сочетает в себе метод Спин Насыщенность переноса используется для малых молекул, с насыщением Transfer Difference (STD) ЯМР-метод, используемый для изучения белок-лиганд взаимодействий, путем измерения переходных процессов переноса насыщения спин вдоль увеличения времени насыщения (построить -До кривые) в небольших органических и металлоорганических молекул, проходящих химического обмена.

Преимущества этого метода по сравнению с существующими являются: нет необходимости достигать коалесценции обмена сигналами; метод может быть применен до тех пор, как один сигнал, обменивающихся сайтов изолирована; нет необходимости измерять T 1 или достичь устойчивого состояния насыщения; константа скорости валюэс измеряются непосредственно, а значения T 1 получены в том же самом эксперименте, используя только один набор экспериментов.

Для проверки метода, мы изучали динамику заторможенного вращения N, N -dimethylamides, для которых объем данных для сравнения. Термодинамические параметры, полученные с использованием SSTD очень похожи на сообщенных те (методы переноса спинового насыщения и анализа формы линий). Этот метод может быть применен к более сложных субстратах, которые не могут быть изучены с предыдущими методами.

Мы предполагаем, что простой Экспериментальная установка и широкая применимость метода к большому разнообразию субстратов будет сделать это распространенный метод среди органических и металлоорганических химиков без обширного опыта в ЯМР.

Введение

Химический обмен обычно относится к любому межмолекулярного или внутримолекулярного процесса, в котором ядро ​​движется из одной среды в другую, в которой его параметры ЯМР (химический сдвиг скалярной связи, дипольная сцепные, скорость релаксации) различаются. Существуют многочисленные примеры химического обмена в органических и металлоорганических молекул (например, вращательные барьеры в диарилы, кольцевых листать барьеров и конформационного равновесия, инверсии азота, связывание лиганда, вырожденный лиганд обмена и таутомеризации). 1-3 Обменный курс химической связано с термодинамика барьера процесса обмена, и поэтому его исследование имеет решающее значение для понимания молекулярной динамики этих систем.

Классическим признаком динамического обмена в ЯМР является резкое изменение формы линий ЯМР-сигналов при изменении температуры. При низких температурах процесс идет медленно и два различных химических сдвигов являются obserвед. При высоких температурах, два сигнала сливаются в один сигнал, который известен как "сращивания". При промежуточных температурах, сигналы становятся очень широким. Такая чувствительность спектра ЯМР для химического обмена делает ЯМР очень мощный метод для изучения динамики молекул в растворе. Два метода были в основном заняты в исследовании динамических процессов в растворе:. Анализ формы линий, 4-7 и насыщения спиновых экспериментов по передаче 8-9 Кроме того, также стоит упомянуть метод 10 и CIFIT передачи инверсии программу 11 для прямое извлечение констант скоростей, которые являются относительно эффективным подходом для обмена измерений в простых системах. Хотя эти методы дают очень хорошие результаты в большинстве случаев, они, тем не менее, имеют ряд недостатков. Основным недостатком анализа формы линий является высокая температура , необходимые для достижения сращивание в некоторых образцах. 12 Основные вопросы , которые следует учитывать при чаrrying эксперименты переноса насыщения спина являются: очень длительное время насыщения , необходимые для достижения устойчивого передачи состояния насыщения между обмениваемых участков, а также необходимость определения продольного постоянная времени релаксации, T 1, который может быть сложно , если есть перекрытие различных сигналы в области исследования. 13

В рамках наших исследований в области металлоорганических механизмов, 14-16 наша группа изучает нежесткости поведение платино-алленовых комплексов в растворе. Это сложная задача, которая включает в себя, по меньшей мере три различных процесса, один из которых является обмен π-лицо или поворот металла вокруг одной оси алленовых. Мы столкнулись , что нормальный VT эксперименты и методы анализа формы линий , которые были использованы ранее в подобных системах, 17-19 не были пригодны в нашем исследовании, из - за очень медленного вращения в нашем платино-алленовой комплекса , который сделал температуру сращивание сигналы интересов выше температуры разложения комплекса.

Для того чтобы преодолеть это ограничение, мы разработали и недавно сообщили о новом ЯМР - протокол (SSTD ЯМР) для изучения процессов взаимного сайта химического обмена. 20 Как следует из названия , этот метод сочетает в себе метод Спин Насыщенность переноса используется для малых молекул, с Насыщенность Передача Разница метод ЯМР используют для изучения белок-лиганд взаимодействий, 21-24 путем измерения переходных процессов переноса спинового момента насыщения вдоль увеличения времени насыщения (кривые строят вверх) в небольших молекул , проходящих химический обмен.

С помощью этого нового метода (SSTD ЯМР) мы показали, что мы можем получить кинетические параметры внутримолекулярного химического обмена в небольших органических и металлоорганических молекул с некоторыми дополнительными преимуществами по сравнению с традиционными подходами: сращивание сигналов не требуется, так что более гибкий диапазон рабочих температур может быть использованВ исследовании; перекрытие сигналов не мешает, хотя, по крайней мере один из обменивающихся резонансов должны быть изолированы; нет необходимости измерять T 1 или достичь устойчивого состояния насыщения; константа скорости значения измеряются непосредственно и значения T 1 получены в том же самом эксперименте, используя только один набор экспериментов. Еще одно замечательное преимущество методологии SSTD ЯМР является то, что, в отличие от LineShape анализа, определение констант кинетики скорости не ограничивается увеличением коалесценции температур, связанных с высокими магнитными полями. Таким образом, наша методология затем очень хорошо присвоила для низких и высоких магнитных полей. Эта статья предназначена, чтобы помочь новым пользователям применять этот новый метод их собственных систем, испытывающих химический обмен, и описывает подготовку образцов, экспериментальной установки, сбор данных, и пример обработки и анализа данных в простой органической молекулы.

протокол

Внимание: Пожалуйста, обратитесь все соответствующие паспорта безопасности материала (MSDS) перед использованием.

1. Подготовка образцов ЯМР

  1. Взвесить 5 мг N, N - диметилацетамида, добавляют к ЯМР - трубки , подходящей для низких температур и растворяют в 0,6 мл толуол- D 8.

Установка 2. ЯМР Экспериментальные 25

  1. НЭ Spectra Приобретение
    1. Выполните одну мерную NOE (Ядерный эффект Оверхаузера) эксперимент. 26
      Примечание: NOE эффекты могут происходить при любой температуре. Одномерный НЭ спектр облучая сигнал, который будет облученное в эксперименте SSTD ЯМР регистрировали при -40 ° С, чтобы убедиться, что передача вращения и намагниченность в образце, используемом здесь, было сведено к минимуму, и, следовательно, НЭ, если существует, будет преобладать и измерить в данном эксперименте. В идеале, NOE эффекты между двумя ядрами, обменивающихся зачиститьне d присутствовать, чтобы избежать помех с помощью метода SSTD.
  2. SSTD ЯМР установки Эксперименты
    1. Вставьте образец в магнит, сначала набрав ех в командной строке программного обеспечения для включения воздушного потока. Затем поместите образец в верхней части магнита , а затем ввести IJ. Подождите, пока образец не находится внутри магнита.
    2. После того , как образец находится в магнит, типа edte в командной строке. Изменение температуры до первой заданной температуры, чтобы провести эксперимент (в данном случае 295,5 K). Пусть образец стабилизируется при выбранной температуре в течение по крайней мере 20 мин.
    3. Выполните 1D 1 H-ЯМР эксперимент на образце.
      1. Создайте новый набор данных эксперимента 1 H-ЯМР. Для этого нажмите на File / New и назовите новый эксперимент.
      2. Введите последовательно и ожидая предыдущей команды , чтобы закончить: замок, атма, topshim, getprosol и РГА.
      3. Тип ZG приобрести эксперимент протона. После того, как она будет закончена типа EFP и APK для преобразования Фурье и регулировать фазу.
    4. Создайте новый набор данных, например, эксперимент 1 H ЯМР. Для этого нажмите на File / New и назовите новый эксперимент.
    5. В этом новом наборе данных, введите RPAR в командной строке. Выберите один из "STDDIFF" наборов параметров из списка, например , STDDIFFESGP, и нажмите кнопку "читать" , а затем "читать все" (рисунок 1). С другой стороны , сделать это, набрав RPAR STDDIFFESGP все.
      Примечание: Эксперимент может быть выполнена с этой импульсной последовательности. Тем не менее, программа импульсов используется в нашем эксперименте был STDDIFF.
    6. Для выбора последовательности импульсов STDDIFF, нажмите на кнопку с тремя точками в PULPROG линии (рис 2 и 3).
    7. Перед проведением эксперимента SSTD ЯМР, откалибровать 1 H 90 ° твердых Pulsе (р1). С этой целью гарантировать, что образец находится в магните при желаемой температуре (этап 2.2.2). Введите pulsecal в командной строке и скопировать значение импульса 90 ° при более высокой мощности (PL1 = -1 дБ в данном случае), то есть тот , который дает самый короткий импульс (рисунок 4).
    8. Ввести значения для калиброванного жесткого импульса в эксперименте. Тип getprosol 1H (значение p1 , полученных на этапе 2.2.7) (значение PL1) (Рисунок 5).
    9. Установите длину профилированного импульса. Тип p13 и ввести значение 50000 мкс (рисунок 6).
    10. Установите селективную форму импульса. Для этого перейдите к власти и нажмите кнопку "Редактировать" ... кнопку рядом с SHAPE (рисунок 7). Перейти к профилированного импульса 13 и выберите: Gaus 1.1000 (рисунок 8).
    11. Установите селективную импульсную мощность (SP13). Установите его на что - то подходящее, т.е. , В этой системе между 40-60 дБ ( что соответствует напряженности поля около 120 Гц) (рисунок 8). Чрезмерные напряженность поля может привести к неприемлемых эффектов насыщения. 27-29
      Примечание: 50 дБ был оптимальным в нашем случае. Примите во внимание, что это масштаб затухания, поэтому чем меньше значение, тем выше мощность радиочастоте. Как это соответствует насыщающего гауссовой каскада, который применяется в течение длительного времени (несколько секунд), SP13 не должна опускаться ниже 40 дБ (при необходимости, обратитесь к спецификации прибора, до тех пор , импульсы на высокой мощности может привести к повреждению probehead). По нашему опыту 41-61 дБ выше ослабления жесткого 1 H 90 ° импульса (-1 дБ в этой работе) работает отлично. Старайтесь всегда выбирать самое высокое затухание возможное, приводящих к сходным уровнем насыщения.
    12. Введите нс и установить его на 8 и тип DS и установить его на 4.

3. Сбор данных ЯМРd Обработка 25

  1. SSTD ЯМР эксперимент Приобретение
    1. Открыть эксперимент 1 H ЯМР , выполненного на этапе 2.2.3 , чтобы проверить , где сигнал , который будет облучать есть. Для этого, поиск эксперимента в программном обеспечении браузера, щелкните правой кнопкой мыши в наборе данных и нажмите кнопку "Показать в новом окне".
    2. Перемещение курсора линии к центру сигнала облучать и записать химический сдвиг в промилле. Выберите спектральную ширину, которая будет использоваться в эксперименте.
      Примечание: В этом случае сигнал, который будет облучать находится на 2,17 м.д., а ширина спектра использовали 1,46 частей на миллион. Убедитесь в том, что никакой коррекции химического сдвига не используется или частота облучения может быть установлена ​​неправильно.
    3. Перейти к ранее созданному SSTD ЯМР эксперимента с установкой, указанной в разделе 2.2.
    4. Создайте список с частотами облучения. Для этого типа fq2list в командной строке и выберите существующий список.
    5. Изменение спискачастот облучения , включая следующие данные в 3 первых строках (рисунок 9): Ряд 1. P (указывает на то, что следующие данные в промилле); Ряд 2 Частота сигнала, облученный в промилле, как измерено в 3.1.. 1; Ряд 3,40 частей на миллион (частота , которая далека от 1 H сигналов соединения таким образом, облучение в этой частоте не влияет на спектры).
    6. Сохранение списка с новым именем , а затем введите fq2list в командной строке и выберите только что созданный список.
    7. Расстояние до центра эксперимента по сигналам при исследовании, типа o1p и выберите в качестве центра эксперимента химический сдвиг сигнала , который будет облученной.
    8. Тип SW , чтобы выбрать ширину спектра (1,46 частей на миллион в этом случае, но и любой другой ширина спектра может быть выбран).
      Примечание: Если время приобретения, полученные после изменения ширины спектра слишком долго (что будет ввести больше шума в спектрах) это сап быть отрегулирована путем ввода AQ , чтобы обеспечить разрешение желаемого спад свободной индукции (FID) (FIDRES, 0,25 Гц в данном случае).
    9. Выберите значение для InterScan D1 задержки релаксации. Убедитесь в том, что по крайней мере , от 1 до 5 раз значение T 1 из самых медленных расслабляющая протон.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Мы устанавливаем его до 40 сек, что наибольшее время насыщения (D20) в эксперименте. Таким образом, все эксперименты будут держать же общее "за одно сканирование" время (задержка + время насыщения + импульсы + времени приобретения).
    10. Введите D1 и установить его на 40 сек.
    11. Установите первое значение для времени насыщения, набрав D20 и установив его на 40 сек. Определение коэффициента усиления приемника (Rg) автоматически, набрав RGA.
    12. Создайте следующий эксперимент, набрав iexpno. Д20 и выбрать время насыщения 20 сек в этом эксперименте. Введите RGA для автоматического определения гк.
    13. Повторите последний шаг для D20 = 10, 5, 2,5, 1,25, 0,625, 0,3 сек.
    14. После того, как все эксперименты будут созданы, открыть первый и в типе multizg командной строки и указать число экспериментов, 8 в этом случае (т.е. multizg 8).
  2. Эксперимент Обработка SSTD ЯМР
    1. Откройте PROCNO 1 (номер процесса) от EXPNO 1 (Эксперимент) набора (один с более высоким временем насыщения).
    2. В типа фунтах командной строки и установите значение 1.5.
      Примечание: Для получения спектров с очень высоким соотношением сигнал-шум это значение может быть уменьшены; наоборот, она может быть увеличена для шумных экспериментов, если спектральное разрешение не сильно влияет.
    3. В типа EFP командной строки и процесса FID # = 1 (спектр "на резонансе") в PROCNO = 2 (рисунок 10).
    4. Исправьте фазы эксперимента, нажав на интерактивной фазы коррекции бutton и сохранить его в виде 2D эксперимента. Сохранение и выход (рисунок 11).
    5. Тип 1 представитель в командной строке , чтобы перейти к PROCNO 1.
    6. В типа EFP командной строки и процесса FID # = 2 ( "вне резонанса" спектра) в PROCNO = 3 (рисунок 12).
    7. В командной строке типа .md , а затем представитель 2 , чтобы показать несколько окно дисплея с обеих обработанных спектров: 2 (один с сигналом в середине насыщенными) и 3 (тот , в котором насыщающего импульсов наносили на 40 частей на миллион ) (рисунок 13).
    8. Нажмите кнопку со знаком дельта (рисунок 13) для вычисления разности спектров и сохранить его в PROCNO 4. Выход из окна множественного отображения.
    9. Выберите диапазон интегрирования для сигнала на левом (сигнал, в котором будет наблюдаться перенос насыщения из-за химического процесса обмена). Всегда интегрировать ту же область в PROCNO 3 и PROCNO 4.
      Примечание: Диапазон интегрирования, используемый в этом эксперименте был 2,55 - 2,67 частей на миллион.
    10. После того, как интегрированы, перейдите на вкладку "Интегралы" в каждом из экспериментов и скопировать значение "Интеграл [абс]" (рисунок 14).
    11. Разделите интеграл в PROCNO 4 интегралом в PROCNO 3. То есть значение п SSTD в течение времени насыщения 40 сек (η SSTD = Spin Насыщенность передачи параметров Разница). 21
    12. Повторите процедуру для остальных экспериментов с различными временами насыщения.

4. Анализ данных 30

  1. Анализ данных, чтобы получить кинетические параметры
    1. Изобразите полученные значения п SSTD в зависимости от времени насыщения. 21
    2. Выполните экспоненциальный подгонку для регулировки полученные кривые уравнения
      figure-protocol-11402
      figure-protocol-11476
      figure-protocol-11561 знак равно figure-protocol-11641 на очень долгое время насыщения
      T =
    3. Вычислить значения η SSTD MAX и δ и использовать их для вычисления значения констант скорости (к) и времени релаксации (T 1A) в соответствии со следующими уравнениями:
      figure-protocol-11979
      T 1A = продольная постоянная времени релаксации спина А
      к = взаимными сайт постоянная кинетическая скорость обмена
      1. Получить постоянную кинетической скорости по: figure-protocol-12242
  2. Эйринг Участок для получения термодинамических параметров
    1. Участок п (к / т) по сравнению с 1 / T (T = абсолютная температура), используя значения коровьим ческие показатели при различных температурах.
    2. Выполните линейную аппроксимацию, чтобы скорректировать данные, полученные к уравнению Айрингов:
      figure-protocol-12678
      figure-protocol-12752
      figure-protocol-12826
      figure-protocol-12900
      R = газовая постоянная
      K B = постоянная Больцмана
      T = абсолютная температура
    3. Расчет термодинамических параметров и ≠ ; H & Dgr ; S ≠.
    4. Вычислить значения Е А (298) и ΔG ≠ (298) с использованием следующих уравнений:
      figure-protocol-13351
      figure-protocol-13427
      s / ftp_upload / 54499 / 54499eq13.jpg "/>
      figure-protocol-13552

Результаты

Методика SSTD ЯМР был применен для расчета кинетических параметров при вращении амидной связи из N, N - диметилацетамида. 21 Это простой пример , для которого обширные данные для сравнения можно найти в литературе. 31

Заторможенное вращение вокруг амидной связи, из - за частичного характера двойной связи в резонансной форме, дифференцирует обе метильные группы на два сигнала в Н-ЯМР - спектров 1 (2,61 и 2,17 частей на миллион при 22,5 ° C). Насыщение Спин сигнала метильной группы при 2,17 частей на миллион (Me В) приводит к исчезновению его сигнала в 1 Н ЯМР. После насыщения Me B, передача насыщения в другой метильной группы (Me A) в связи с процессом внутреннего вращения можно наблюдать уменьшением интенсивности 1 H в сигнале при 2,61 частей на миллион. magnituде этого снижения будет зависеть от времени насыщения. На рисунке 15 показано 1 Н - ЯМР - спектры N, N - диметилацетамида при 22,5 ° C, а также разложения показаны спектры без (а) и при наличии (б) насыщения метилового эфира группа в 2,17 промилле, а также разница спектра (с), используемый для расчета значений п SSTD. Коэффициент η SSTD рассчитывается делением значения интеграла от меня в спектре ЯМР SSTD (с) значением интеграла от меня в спектрах (а), как описано в протоколе. Полученные значения п SSTD для каждого времени насыщения при различных температурах собраны в таблице 1. Сюжет полученных значений п SSTD в зависимости от времени насыщения дали экспонент , в котором было достигнуто плато при более высоких время насыщения. При определенной температуре, экспоненциальная подгонка кривой позволяет вычислить скоростьконстанта (к) и время релаксации 1 H измеряемого сигнала (T 1A) (рисунок 16). На рисунке 17 показаны все полученные кривые наряду с к и значений Т - 1А , полученные в припадках.

И, наконец, участок п (к / т) по сравнению с 1 / T и подгонка к уравнению Айрингов (рисунок 18) были использованы для расчета энтальпии и энтропии активации. Определенные параметры активации приведены в таблице 2, вместе с ранее представленными параметрами , рассчитанными с использованием различных методик.

Как видно из таблицы 2, значения параметров активации , полученный с методом отжима Насыщенность Передача разности (SSTD ЯМР) хорошо согласуются с данными , ранее сообщалось , с использованием других методов, таких как SST ЯМР илианализ формы линии. Широкий диапазон значений , представленных за & Dgr ; S ‡ связано с трудностями при измерении этого параметра с техникой ЯМР. 31 Что касается остальных параметров активации, значения , полученные при помощи нашего метода не только очень похожи на те , которые уже сообщалось но и более точным, так как наши ошибки (SD) меньше, во всех случаях.

figure-results-3351
Рисунок 1: Список экспериментов после ввода RPAR. На рисунке показаны различные наборы параметров , среди которых STDDIFFESGP должны быть выбраны. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-4045
Рисунок 2:.. Параметры сбора данных Кнопка выделена в красном квадрате приводит к списку различных программ пульса Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-4679
Рисунок 3:.. Список программ импульсов На рисунке показана выбранная программа импульса в эксперименте (STDDIFF) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-5347
Рисунок 4: Всплывающее окно появилось после калибровки импульса 90 ° На рисунке приведены значения калиброванный 90 &. # 176; импульса на разных уровнях мощности. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-6054
Рисунок 5:.. Снимок экрана командной строки На рисунке показано , как ввести значение для калиброванного жесткого импульса Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть большую версию этой фигуры.

figure-results-6725
Рисунок 6:. Соотношение длины профилированного импульса На рисунке показано , как ввести значение для длины профилированного импульса. g6large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-7162
Рисунок 7:.. Параметры сбора данных На рисунке показаны параметры питания Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-7791
Рис . 8: Параметры профилированного импульса Значения профилированного импульса будут введены в строке 13. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

pload / 54499 / 54499fig9.jpg "/>
. Рисунок 9: Список частот облучения Цифра включает в себя следующие данные в 3 -х первых строк: строка 1. P (указывает на то, что следующие данные в миллионных долях); Строка 2 Частота сигнала , подлежащий облучению в частях на миллион, как измерено. 3.1.1; Ряд 3,40 частей на миллион (частота , которая далека от 1 H сигналов соединения таким образом, облучение в этой частоте не влияет на спектры). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-9398
Рис . 10: Обработка первого FID На рисунке показано всплывающее окно , которое появляется после ввода EFP. пк "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-9790
Рис . 11:. Фаза коррекции Снимок экрана показывает окно для коррекции фазы вручную Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-10433
Рис . 12: Обработка второго FID На рисунке показано всплывающее окно , которое появляется после ввода EFP. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 13 "SRC =" / файлы / ftp_upload / 54499 / 54499fig13.jpg "/>
Рисунок 13: Множественный отображение спектров 2 и 3. затененную кнопку в красном квадрате является вычислить разность спектров. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-11764
Рис . 14:. Вкладка Интегралы На рисунке приведены значения абсолютных и относительных интегралов Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-12404
Рисунок 15: Структура и 1 г> Н ЯМР - спектры N, N - диметилацетамида при 22,5 ° С в смеси толуол-D 8. (а) 1 Н ЯМР расширение области от 2,13 до 2,66 частей на миллион до облучения. (Б) расширение той же области после облучения метильной группы при 2,17 частей на миллион. (С) разница спектра [(а) - (б)]. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-13461
Рисунок 16: Пример сюжета п SSTD и его экспоненциальной подгонки при 278 К. воспроизведено из вспомогательной информации ссылки 21 с разрешения Королевского общества химии.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54499/54499fig16large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-14043
Рисунок 17: Графики η SSTD vs. время насыщения при различных температурах. На рисунке показан график для N, N - диметилацетамида и таблицы с полученными ставок констант и времен релаксации. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-14847
Рис . 18: Эйринг участок На рисунке показан график для N, N - диметилацетамида. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

т сидел (с) η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD η SSTD
(Т = 278 К) (Т = 283 К) (T = 285.5 K) (T = 288 K) (Т = 290,5 К) (Т = 293 К) (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

Таблица 1:. Значения п SSTD В таблице приведены значения , полученные в разное время насыщения для N, N - диметилацетамида в диапазоне температур 278-295.5 К.

& DgrH ‡ (KJ моль -1)
метод SSTD ЯМР SST ЯМР 31 TD> Анализ формы линий Анализ формы линий Анализ формы линий
параметр (Эта работа) (1 Н ЯМР) 4 (1 Н ЯМР) 5 (13 С ЯМР) 6
Е а 298 (KJ моль -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
Dgr ; S ‡ (Дж моль -1 К -1) 11,5 ± 0,4 -10,5 ± 5,0 -15,0 ± 5,1 13 ± 8 3 ± 4
ΔG ‡ 298 (KJ моль -1) 73,8 ± 0,1 73,7 ± 2,0 72.5 75,3 ± 0,4 75,7 ± 0,4
растворитель Толмена d 8 Толмена d 8 CCl 4 Acetone- d 6 аккуратный
21px; ширина: 145px; "> ;

Таблица 2:. Параметры активации В таблице приведены параметры для активации внутреннего вращения N, N - диметилацетамид , полученные методом ЯМР SSTD по сравнению с теми же параметрами , полученными с использованием различных методов ЯМР анализа 4,5,6 ошибок в этой таблице. относятся к стандартным ошибкам отклонение (SD). (Воспроизведено из работы 21 с разрешения Royal Society химии).

Обсуждение

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.

Раскрытие информации

The authors declare that they have no competing financial interests.

Благодарности

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).

Материалы

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

Ссылки

  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).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

117SSTD

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены