ЯМР в одном и двух измерениях - Эрнст Р.
ISBN 5-03-001394-6
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку 2М-спектры NOE симметричны относительно диагонали, удобно сопоставить одну половину спектра (например, верхний левый треугольник на рис. 9.7.8) с корреляционным 2М-спект-ром (см. разд. 8.1), который тоже симметричен (нижний правый треугольник на рис. 9.7.8). Такое представление упрощает иденти- 9.8. Химический обмен
621
2S
20
F45NH
F22 NH
F33 NH
'отн
IS
10
S
Т32СтН(4,5А)
F33 C2,6H(2.4/5JOA)
¦I19C'H(S,6A)
R20NH(2,9A)
0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300
Рис. 9.7.7. Зависимость интенсивностей нескольких выбранных диагональных пиков (штриховые линии) и кросс-пиков (сплошные линии) двумерного спектра NOE ОПИТ от Tm (см. рнс. 9.7.5). Обозначения: F — фенилаланин, I — нзолейцин, N — ас-паргин, R — аргинин, T — треонин, Q — глутамин, Y — тирозин. Кривые на левой, центральной н правой диаграммах соответствуют кросс-релаксации между протонами NH в F45, F22 н F33 соответственно и протонами других остатков, обозначенных на рисунке. В скобках приведены протон-протонные расстояния, определенные из рентгеновских исследований. Два примера эффекта Оверхаузера второго порядка с нулевыми начальными скоростями приведены на правой диаграмме. (Из работы
фикацию сигналов — сразу видны сигналы, взаимодействующие через разрешенное спин-спиновое взаимодействие, и состояния, взаимодействующие посредством кросс-релаксации."
9.8. Химический обмен
Ядерный магнитный резонанс оказался мощным и гибким методом изучения процессов химического обмена. Большая часть имеющихся у нас современных данных о динамических процессах в химии и биологии получена благодаря исследованиям с помощью ЯМР [9.32, 9.33]. В зависимости от диапазона скоростей могут быть использованы различные методики, начиная с изучения времен релаксации и кончая анализом формы линии и экспериментами по переносу намагниченности. Обменная 2М-спектроскопия имеет много общего с одномерными экспериментами по переносу поляризации (см. разд. 4.6.1.4), и она наиболее подходит для изучения медленно-
[9.15].) 622
Гл. 9. Изучение динамических процессов
9 8 7
Рис. 9.7.8. Комбинация 2М-спектра NOE н корреляционного 2М-спектра (NOESY — верхний треугольник, COSY — нижний треугольник) основного панкреатического ингибитора трипсина (ОПИТ). Спектры были получены раздельно, симметризованы и представлены в форме абсолютных значений интенсивностей сигналов. Обратим внимание на последовательную идентификацию сигналов, обозначенных с помощью спиралевидной последовательности стрелок («улитка») для сегментов 46 к 45, 41 к 39 и 16 к 14. Начальные точкв обозначены стрелками на COSY-спектре. (Из работы [9.30].)
го обмена, когда динамические процессы не влияют на форму линии. Обменные 2М-спектры дают наиболее полную картину сложных схем обмена.
Медленный химический обмен в системах с двумя положениями описывается выражениями (9.3.18) — (9.3.22), из которых надо исключить члены, соответствующие кросс-релаксации:
Ц-К BA-Rf Ka X (981)
v лва ~л.ав — к,/ 9.8. Химический обмен
623
Амплитуды кросс- и диагональных пиков определяются скоростями утечки намагниченности и кросс-релаксации:
Rl = O-D = UKab + Kba + Rf + Rf) - RJ2 ,
Rc = 2D = 2[i(KBA - Kab + Rt- Rf) + KabKba)112. ' ' }
Для симметричных систем с двумя положениями мы имеем Rl = Ri a Rc = 2к, а интенсивности кросс- и диагональных пиков находятся из выражений (9.1.4) и (9.1.5).
Если химический обмен достаточно быстрый, так что он уже заметно влияет на форму линий, то 2М-спектры в соответствии с (9.3.12) уширяются за счет обмена, коллапсируют, а затем, по мере увеличения скорости обмена, усредненные благодаря обмену сигналы сужаются. На рис. 9.8.1 показано такое изменение экспериментальных спектров. Форма линий в двумерном спектре меняется так же, как и в одномерном спектре.
Показательным примером могут служить динамические перегруппировки гемдиметильных групп в гептаметилбензониевом ионе [9.34, 9.35], которые при достаточно высоких температурах делают эквивалентными все семь метильных групп. Долгое время обсуждался вопрос, является ли этот процесс внутримолекулярным, А А
D
происходящим либо по механизму 1—2-сдвига, либо по механизму случайных перескоков между всеми возможными позициями, либо это молекулярный процесс. Анализ формы линии ЯМР [9.36] показал, что обмен происходит так же, как и во многих соединениях подобной структуры по внутримолекулярному механизму 1—2-метильного сдвига. Хотя подгонка по методу наименьших квадратов дает однозначный результат, визуальное подтверждение этого заключения основано всего лишь на небольшом искривлении формы линии в области промежуточных скоростей обмена. Данный механизм обмена был подтвержден также при изучении переноса намагниченности [9.35].
На рис. 9.8.2 показан обменный 2М-спектр гептаметилбензоние-вого иона. Кросс-пики указывают на то, что происходит обмен между состояниями А <=* С ^ В <=* D. Наблюдаемые пути переходов соответствуют механизму 1—2-алкильного сдвига и исключают переходы по механизму случайных перескоков [9.2]. 9.8. Химический обмен
