Анализ HSQC-TOCSY│Понимание применения 2D ЯМР в сравнении с TOCSY
Поскольку методы COSY и TOCSY позволяют визуализировать спиновые корреляции между протонами, они широко используются в анализе молекулярной структуры. Однако в случае молекул, где сигналы протонов сильно перекрываются, хотя спиновая сеть может быть зафиксирована, присвоение отдельных сигналов было непростой задачей. В такой ситуации метод HSQC-TOCSY, использующий... 13Информация о C может быть полезным методом. В этой статье, сравнивая каждый спектр, мы наглядно демонстрируем особенности HSQC-TOCSY и объясняем его преимущества на примере цедрола.
Данная статья представлена в рамках базового понимания COSY/TOCSY. Пожалуйста, ознакомьтесь с основными понятиями COSY/TOCSY здесь.
Анализ COSY/TOCSY│Интерпретация спиновых корреляций с использованием 2D ЯМР
Что такое HSQC-TOCSY?
HSQC-TOCSY — это двухмерный ЯМР-эксперимент, позволяющий одновременно получать данные, непосредственно связанные с... 1H-13Корреляция C, определяемая методом HSQC, и информация о спиновой сети, определяемая методом TOCSY. В результате наблюдаются корреляции типа TOCSY с 13Разрешение по химическому сдвигу атома углерода.
HSQC-TOCSY представляет собой комбинацию двух механизмов:
- Часть HSQC: для обнаружения 1H, которая непосредственно связана с любым заданным 13C
- Часть TOCSY: для передачи намагниченности на 1H в той же спиновой сети, начиная с 1H.
В результате, для любого заданного 13C,
- 1H, который напрямую связан с 13C (корреляция HSQC)
- Прочее 1H-острова соединены через ту же спиновую сеть, что и 1Сигналы H (корреляция TOCSY) появляются в спектре HSQC-TOCSY.
Сравнение спектров TOCSY и HSQC-TOCSY
Рис. 1. Схема TOCSY (слева), схема HSQC-TOCSY (справа)
Как показано на рис. 1, при сильном перекрытии сигналов протонов соответствующие кросс-пики TOCSY также перекрываются, что затрудняет спектральный анализ. Однако в HSQC-TOCSY ось Y представляет собой 13Химический сдвиг атома углерода, обладающий большей дисперсией химических сдвигов между сигналами. Эта дополнительная дисперсия обеспечивает более эффективное разделение корреляционных сигналов, что облегчает спектральный анализ.
Рис. 2. Схема спектров HSQC-TOCSY.
Кроме того, подобно TOCSY, HSQC-TOCSY обеспечивает расширенную передачу сигнала внутри спиновой системы за счет увеличения времени смешивания. При этом следует обращать внимание на корреляционный сигнал. 13CA На рис. 2 видно, что при коротком времени перемешивания результат совпадает со спектром HSQC. Однако при увеличении времени перемешивания намагниченность передается в 1HB, 1HCи корреляционный сигнал с 1HB, 1HC появляется.
Пример анализа цедрола с помощью HSQC-TOCSY.
Цедрол — это терпеноидное соединение, известное как ароматическое вещество, содержащееся в кедре и кипарисе. На рис. 3 показано... 1Спектр протонов цедрола. Сигнал протона ОН наблюдается при 2.9 ppm, но другие сигналы отсутствуют. 1Сигналы H наблюдаются в узком диапазоне примерно 1 ppm. Этот диапазон подробно рассмотрен на рис. 4.
Рис 3 1H-спектр цедрола
Рис 4 1H-спектр цедрола
В высокопольном диапазоне протоны четырех метильных групп (-CH)3) обнаружены.
В области, обведенной розовым кругом, находятся протоны пяти метиленовых групп (-CH).2Сигналы -) и трех метиновых групп (-CH-) перекрываются. Причина сильного перекрытия сигналов в области, обведенной розовым кругом, заключается в большом количестве «неэквивалентных метиленовых групп», присутствующих в молекуле.
Метиленовые группы в свободно вращающейся алкильной цепи считаются находящимися в ЯМР-эквивалентных средах, и химические сдвиги протонов таких метиленовых групп равны.
Однако в циклических соединениях, таких как цедрол, вращение ограничено. Поэтому протоны метиленовой группы находятся в неэквивалентном окружении, и эти сигналы имеют отдельные химические сдвиги.
Метиленовые группы такого типа называются «неэквивалентными метиленовыми группами».
Рис. 5. COSY-спектр (слева) и TOCSY-спектр (справа) цедрола.
На рис. 5 показаны спектры COSY и TOCSY (время перемешивания: 200 мс), полученные с помощью ЯМР-спектрометра с частотой 400 МГц. В обоих спектрах присутствуют области, где сигналы перекрываются, что затрудняет спектральный анализ.
Даже если попытаться провести анализ с использованием протонов метильных групп с удаленными химическими сдвигами, спиновая сеть прерывается, поскольку соседние атомы углерода этих метильных групп являются четвертичными атомами углерода, что затрудняет наблюдение за эстафетой.
Кроме того, при анализе TOCSY-спектра метильной группы, обнаруженной в области максимального магнитного поля (приблизительно 0.8 ppm), наблюдаются корреляционные сигналы, но они перекрываются, что затрудняет определение того, к какому именно сигналу они относятся. 1H — формы сети.
Иными словами, иногда определить спиновую сеть бывает сложно, даже при использовании TOCSY. В таких случаях HSQC-TOCSY становится эффективным экспериментом.
Fig.6 13С-спектр цедрола
Перед проведением анализа HSQC-TOCSY, 13Получены спектры C и HSQC цедрола.
На рис. 6 показано 13С-спектр цедрола.
Хотя сигнал D, исходящий от метильной группы, перекрывается с сигналом растворителя, все 15 сигналов
13С-элементы разделяются и наблюдаются.
Рис. 7. HSQC-спектр цедрола
Далее, на рис. 7 показан спектр HSQC цедрола. Горизонтальная ось соответствует 1Ось химического сдвига H, а вертикальная ось представляет собой 13Данные спектра C. Корреляция HSQC между каждым из них. 13С с его непосредственно связанным 1H. Следовательно, корреляция двух 1Сигнал протона появляется для одного атома углерода в случае метиленовой группы.
При фокусировке на «метиленовой группе в положении B» два 1Наблюдаются сигналы корреляции протонов, указывающие на то, что два протона метиленовой группы B имеют разные химические сдвиги.
Таким образом, HSQC позволяет легко подтвердить наличие неэквивалентных метиленовых групп. В цедроле четыре из пяти метиленовых групп (B, G, H, J) идентифицированы как неэквивалентные.
Рис. 8. HSQC-TOCSY спектры цедрола
На рис. 8 показан спектр HSQC-TOCSY цедрола. Крайний левый фрагмент показывает спектр HSQC. При анализе спектров HSQC-TOCSY сигнал, наблюдаемый в спектре HSQC (сигнал, возникающий от непосредственно связанных молекул),
1H-13Корреляция C рассматривается как отправная точка ретрансляции.
Затем, как и в традиционном методе TOCSY, путем сравнения со спектрами, в которых время смешивания варьировалось, можно подтвердить эстафету вдоль спиновой сети.
Например, сравнение областей, обведенных пунктирными линиями, показывает, что корреляционные сигналы усиливаются с увеличением ретранслятора. Теперь давайте увеличим эти области и рассмотрим их более подробно.
Рис. 9. HSQC-TOCSY спектры цедрола (корреляция M)
На рис. 9 представлено увеличенное сравнение корреляционных сигналов для меченого метинового атома углерода. M.
При времени смешивания 20 мс наблюдается корреляция с неэквивалентной метиленовой группой. B Появляется сигнал, указывающий на связь с MB. Кроме того, при времени смешивания 40 мс появляется корреляционный сигнал с неэквивалентной метиленовой группой. H появляется, указывая на то, что MBH соединены именно в таком порядке.
В методе HSQC-TOCSY сигналы неэквивалентной метиленовой группы обычно отображаются как два отдельных сигнала. 1Сигналы корреляции протонов для одного атома углерода. Это дает преимущество в том, что упрощается идентификация магнитно неэквивалентных метиленовых протонов.
Рис. 10. Корреляция цедрола HSQC-TOCSY.
Применив ту же аналитическую процедуру, мы получили три спиновые сети, как показано на рис. 10. Области, где дальнейший перенос намагниченности не наблюдается, соответствуют положениям, в которых
1H-1Передача спина водорода завершается промежуточными четвертичными атомами углерода.
Для перехода к следующему этапу структурного анализа необходимо будет проанализировать следующее: 1Рука 13Дальнодействующая корреляция C (спектр HMBC) и полное определение планарной структуры.
Краткое описание COSY, TOCSY и HSQC-TOCSY
В заключение мы обобщим характеристики COSY, TOCSY и HSQC-TOCSY.
Спектр COSY является фундаментальным и важным двумерным спектром ЯМР, поскольку его легко измерить с высокой чувствительностью.
Первый шаг в анализе молекулярной структуры, широко используемый как начинающими, так и экспертами.
С другой стороны, TOCSY и HSQC-TOCSY полезны в тех случаях, когда 1Сигналы протонов перекрываются, или когда необходимо проанализировать сложные спиновые сети. TOCSY позволяет подтвердить всю спиновую сеть, но иногда необходимо измерить несколько спектров с разным временем смешивания. Кроме того, HSQC-TOCSY имеет большое преимущество, заключающееся в возможности избежать перекрытия сигналов, поскольку корреляционный анализ TOCSY выполняется посредством 13C. Однако, поскольку чувствительность ниже, чем у COSY и TOCSY, время измерения больше, чем у COSY и TOCSY, что требует внимания.
Каждый метод измерения имеет свои преимущества и недостатки. Важно выбрать наиболее подходящий метод 2D ЯМР-измерения в зависимости от сложности целевой молекулы, степени перекрытия сигналов и диапазона анализируемой спиновой сети.
Родственное применение
Связаться с нами
Если вас интересуют подробности анализа спиновых сетей с использованием TOCSY и HSQC-TOCSY и ЯМР-спектрометра, пожалуйста, свяжитесь с JEOL. Мы окажем вам поддержку в анализе молекулярной структуры, предоставив множество примеров применения и техническую помощь.
Каталог
Спектрометры ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
ЯМР — это аббревиатура от ядерного магнитного резонанса. Это прибор, используемый для наблюдения явления резонанса ядерных спинов путем помещения атомных ядер в магнитное поле для анализа молекулярной структуры вещества на атомном уровне. В частности, он полезен при анализе органических соединений и полимерных материалов и используется в областях фармацевтики, биологии, пищевой промышленности и химии. Недавно область применения расширилась и теперь включает анализ структурных и физических свойств неорганических материалов, таких как керамика и батареи.
ЯМР-зонды
В ЯМР детектор (зонд) различается в зависимости от формы образца и метода измерения. JEOL предлагает растворные и твердые зонды для самых разных целей.
ЯМР магниты
Компактный дизайн с компактным сверхпроводящим магнитом.
Большая гибкость компоновки прибора возможна благодаря новым компактным магнитам, имеющим меньшее рассеянное магнитное поле.
Периферийные устройства ЯМР
Представляем периферийные устройства ЯМР, такие как устройство автоматической смены образцов и система пополнения азота.
Спектрометры электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)
Электронный спиновый резонанс (ЭСР) — это мощный аналитический метод обнаружения, анализа и определения характеристик неспаренных электронов в веществе. Очевидно, что состояние электронов в веществе оказывает сильное влияние на его характеристики и функциональность, поэтому оценка с помощью ЭСР становится все более важной. Многие типы веществ, от электронных материалов до катализаторов, биологических образцов, могут быть изучены независимо от того, являются ли они твердыми, жидкими или газообразными. Широкий спектр методов ЭСР возможен с использованием подходящих насадок вместе с базовым прибором.
JEOL Ltd.
С момента своего основания в 1949 году компания JEOL занимается разработкой передовых научных и метрологических приборов, промышленного и медицинского оборудования.
Сегодня многие наши продукты используются по всему миру, и нас высоко ценят как по-настоящему глобальную компанию.
Стремясь стать «ведущей нишевой компанией, поддерживающей науку и технологии по всему миру», мы будем и впредь точно реагировать на все более сложные и разнообразные потребности наших клиентов.