Spektroskopie nukleární magnetické rezonance dusíkem-15 - Nitrogen-15 nuclear magnetic resonance spectroscopy - Wikipedia

Spektroskopie nukleární magnetické rezonance dusíkem-15 (dusíková-15 NMR spektroskopie, nebo jednoduše 15N NMR) je verze spektroskopie nukleární magnetické rezonance který zkoumá vzorky obsahující 15N jádro.[1] 15N NMR se liší několika způsoby od běžnějších 13C a 11H NMR. Chcete-li zvednout zábranu otáčení 1 nalezenou v 14N, 15Ve vzorcích pro detekci se používá N NMR, protože má spin základního stavu ½. Od té doby14N je 99,64% hojný, začlenění 15N do vzorků často vyžaduje nové syntetické techniky.[2]

Dusík-15 se často používá v spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR), protože na rozdíl od hojnějšího dusíku-14 má toto celé číslo jaderná rotace a tedy kvadrupólový okamžik, 15N má zlomek jaderné rotace polovinu, což nabízí výhody pro NMR, jako je užší šířka čáry. Proteiny mohou být izotopově značeny jejich kultivací v médiu obsahujícím dusík-15 jako jediný zdroj dusíku. Kromě toho se dusík-15 používá k kvantitativnímu značení proteinů proteomika (např. SILAC ).

Implementace

15N NMR má komplikace, se kterými se nesetkala 1Ruka 13C NMR spektroskopie. 0,36% přirozená hojnost 15N má za následek velký trest citlivosti. Citlivost se zhoršuje díky nízkému gyromagnetickému poměru (γ = -27,126 × 106 T−1s−1), což je 10,14% oproti 1H. Poměr signálu k šumu pro 1H je asi 300krát větší než 15N ve stejném magnetickém poli.[3]

Fyzikální vlastnosti

Fyzikální vlastnosti 15N se zcela liší od ostatních jader. Jeho vlastnosti spolu s několika běžnými jádry jsou shrnuty v následující tabulce.

Izotop[4]Mag Moment (μ, nm)[3]Nuclear Spin[3]Přirozená hojnost (%)[3]Gyromagnetický poměr (γ 10 ^ 6 rad s ^ −1 T ^ −1)[3]Kmitočet NMR při 11,7 T (MHz) [3]
1H2.79284734(3)1/2~100267.522-500
2H0.857438228(9)10.01541.066-76.753
3H2.97896244(4)1/20285.349-533.32
10B1.80064478(6)319.928.747-53.718
11B2.68864893/280.185.847-160.42
13C0.7024118(14)1/21.167.238-125.725
14N0.40376100(6)199.619.338-36.132
15N-0.28318884(5)1/20.37-27.12650.782
17Ó-1.89379(9)5/20.04-36.28167.782
19F2.628868(8)1/2~100251.815-470.47
31P1.13160(3)1/2~100108.394-202.606

Trendy chemických posunů

Typický 15Hodnoty N chemického posunu (δ) pro běžné organické skupiny, kde je standardem tlakový kapalný amoniak, a je jim přiřazen chemický posun 0 ppm.[5]

The Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii (IUPAC) doporučuje používat CH3NE2 jako experimentální standard; v praxi však mnoho spektroskopů používá natlakovaný NH3(l) místo toho. Pro 15N, chemické posuny vztažené na NH3(l) jsou 380,5 ppm směrem nahoru od CH3NE2 (5NH3 = 8CH3NO2 + 380,5 ppm). Chemické posuny pro 15N jsou poněkud nepravidelné, ale obvykle se pohybují v rozmezí -400 ppm až 1100 ppm vzhledem k CH3NE2. Níže je uveden souhrn 15N chemické posuny pro běžné organické skupiny vztažené k NH3, jehož chemický posun je přiřazen 0 ppm.[5]

Gyromagnetický poměr

Znaménko gyromagnetického poměru, γ, určuje smysl precese. Jádra jako např 1Ruka 13C se říká, že mají ve směru hodinových ručiček precesi, zatímco 15N má precesi proti směru hodinových ručiček.[2][3]

Na rozdíl od většiny jader je gyromagnetický poměr pro 15N je záporné. S fenoménem precese rotace určuje znaménko γ smysl precese (ve směru hodinových ručiček proti směru hodinových ručiček). Nejběžnější jádra mají pozitivní gyromagnetické poměry jako např 1Ruka 13C. [2][3]

Aplikace

Tautomerizace

Příklad 15N chemických posunů pro tautomery podstupující tautomerizaci.[5]

15N NMR se používá v celé řadě oblastí od biologických po anorganické techniky. Slavnou aplikací v organické syntéze je využití 15N sledovat tautomerizační rovnováhy v heteroaromatice kvůli dramatické změně v 15N posunů mezi tautomery.[1]

Proteinová NMR

Polarizační dráhy ssNMR pro experimenty NCACX, NCOCX a CANcoCX. V každém případě jsou všechny atomy uhlíku a dusíku označeny jednotně nebo částečně izotopově 13C a 15N.

15N NMR je také mimořádně cenná při vyšetřování proteinových NMR. Nejpozoruhodnější je zavedení trojrozměrných experimentů s 15N zvedne nejednoznačnost dovnitř 13C-13C dvourozměrné experimenty. v polovodičová nukleární magnetická rezonance (ssNMR), například 15N se nejčastěji používá v pulzních sekvencích NCACX, NCOCX a CANcoCX.

Výzkum heterocyklů obsahujících dusík

15N NMR je nejúčinnější metoda pro zkoumání struktury heterocyklů s vysokým obsahem atomů dusíku (tetrazoly, triaziny a jejich anlované analogy) [6][7]. 15Označení N následované analýzou 13C-15N a 1H–15N-vazby lze použít pro vytvoření struktur a chemických transformací dusíkatých heterocyklů[8].

NEŠIKOVNÝ

Grafické znázornění sekvence impulzů INEPT NMR. INEPT se často používá ke zlepšení 15N rozlišení, protože dokáže pojmout negativní gyromagnetické poměry, zvyšuje Boltzmannovu polarizaci a snižuje T1 relaxace.[2]

Necitlivá jádra vylepšená přenosem polarizace (INEPT) je metoda vylepšení rozlišení signálu. Protože 15N má gyromagnetický poměr, který je malý, rozlišení je docela špatné. Běžná sekvence pulzů, která dramaticky zlepšuje rozlišení pro 15N je INEPT. INEPT je ve většině případů elegantním řešením, protože zvyšuje Boltzmannovu polarizaci a snižuje T1 hodnoty (tedy skeny jsou kratší). Navíc může INEPT vyhovět negativním gyromagnetickým poměrům, zatímco běžné jaderný Overhauserův efekt (NOE) nemůže.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Witanowski, M (1974). „Dusík N.M.R. Spektroskopie “. Čistá a aplikovaná chemie. 37, s. 225-233. doi:10.1351 / pac197437010225
  2. ^ A b C d M H Levitt (2008). Dynamika odstřeďování. John Wiley & Sons Ltd. ISBN  978-0470511176.
  3. ^ A b C d E F G h Arthur G Palmer (2007). Proteinová NMR spektroskopie. Elsevier Academic Press. ISBN  978-0121644918.
  4. ^ Kámen, Nicholas J (2005). "Tabulka nukleárních magnetických dipólů a elektrických kvadrupólových momentů". Tabulky atomových dat a jaderných dat. 90 (1), s. 75-176. doi:10.1016 / j.adt.2005.04.001
  5. ^ A b C Mooney, EF; Winson, PH (1969). „Spektroskopie dusíkové magnetické rezonance“. Výroční zprávy o NMR spektroskopii (2), str. 125-152. doi:10.1016 / S0066-4103 (08) 60321-X
  6. ^ Shestakova, Tatyana S .; Shenkarev, Zakhar O .; Deev, Sergey L .; Chupakhin, Oleg N .; Khalymbadzha, Igor A .; Rusinov, Vladimir L .; Arseniev, Alexander S. (2013-06-27). „Spojky s dlouhým dosahem 1H – 15N J poskytující metodu pro přímé studium struktury a rovnováhy azid-tetrazol v sérii azido-1,2,4-triazinů a azidopyrimidinů“ (PDF). The Journal of Organic Chemistry. 78 (14): 6975–6982. doi:10.1021 / jo4008207. hdl:10995/27205. ISSN  0022-3263. PMID  23751069.
  7. ^ Deev, Sergey L; Paramonov, Alexander S; Shestakova, Tatyana S; Khalymbadzha, Igor A; Chupakhin, Oleg N; Subbotina, Julia O; Eltsov, Oleg S; Slepukhin, Pavel A; Rusinov, Vladimir L (2017-11-29). „Označení 15N a stanovení struktury adamantylovaných azoloazinů v roztoku“. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 13 (1): 2535–2548. doi:10,3762 / bjoc.13.250. ISSN  1860-5397. PMC  5727827. PMID  29259663.
  8. ^ Deev, Sergey L .; Khalymbadzha, Igor A .; Shestakova, Tatyana S .; Charushin, Valery N .; Chupakhin, Oleg N. (2019-08-23). „Značení 15 N a analýza vazeb 13C – 15N a 1H – 15N ve studiích struktur a chemických transformací dusíkatých heterocyklů“. RSC zálohy. 9 (46): 26856–26879. doi:10.1039 / C9RA04825A. ISSN  2046-2069.