Диссертация (Новые подходы к извлечению структурной информации из одномерных и двумерных спектров ЯМР высокого разрешения), страница 10

Поэтому была разработана схема, по которой регистрируются двадвумерных спектра с помощью модифицированной “количественной” последовательности HMBC [102] (рис. 22). Первый спектр (опорный) записывается с параметрами,обеспечивающими корреляцию по, второй (целевой) – по. Величины дальнихконстант рассчитываются из отношения интенсивностей кросс-пиков в целевом (опорном (Оп )спектрах с учетом числа сканов (sinЦелиЦел )иОп ):Цел ОпОп Цел.(38)Рис. 22. Схема импульсной последовательности “количественного” экспериментаHMBC [102].

Δ, ϕx ,xx, x , ϕ, ϕОпорный спектр записывается с задержкой δΔ2x,, целевой – δx ,x .0.Следует отметить, что количественные методы измерения КССВ не отличаютсявысокой точностью, особенно в случае, когда величиныблизки к задержке Δ, так каксинус-функция в этой области становится пологой. Интенсивность кросс-пиков также может несколько искажаться из-за коротких времен релаксации, присутствия динамическихэффектов (конформационные равновесия, межмолекулярный и внутримолекулярный обмен) и других причин.Методы измерения гетероядерных КССВОсновными трудностями при измерении КССВ между спинами с низким естественным содержанием (например) являются низкая чувствительность метода и необходи-мость выделения сигнала молекул, содержащих одновременно два магнитноактивныхгетероядра. Впервые эта задача была решена Баксом и Фриманом – они предложили49использовать спиновое эхо с двухквантовым фильтром – импульсная последовательностьINADEQUATE (от англ.

incredible natural-abundance double-quantum transfer experiment,рис. 23) [103].Рис. 23. Схема импульсной последовательности INADEQUATE [103], Δx , y ,Фазовый цикл: ϕx , y ,x ,x , y ,ϕx ,y ,x ,,x ,y , x , yyx ,yx, y, x, y, x, y, x, y ,, ϕy , x , y. ,ϕ,x, y, x, y , ϕx, y, x, y, x, y, x, y.Для формирования многоквантовой когерентности фазы первого и третьего импульсов должны совпадать (либо отличаться на π), в противном случае будет происходитьперенос поляризации между спинами.

Перед действием третьего импульсаcos 2Δsin 22импульсаΔ 2. При Δ2, после действия третьего и четвертого2. Состояние2приводит кпоявлению в спектре антифазного дублета на частоте ядра A с расщеплением.Предложенный фазовый цикл подавляет сигналы одноквантовых когерентностей, присутствующих между третьим и четвертым импульсами (соответствующих молекулам с одниммагнитноактивным гетероядром), однако, из-за неполного их элиминирования, в спектрахмогут присутствовать малоинтенсивные синглетные сигналы в фазе дисперсии, затрудняющие измерение малых КССВ. Если в молекуле атомы углерода связаны с протонаминепосредственно, чувствительность INADEQUATE можно повысить, используя переносполяризации 1H → 13C, что реализовано в эксперименте INEPT-INADEQUATE [104].В последнее время для установления структуры малых молекул разработаны протондетектируемыеэксперименты1,n-ADEQUATE (использующий1,1-ADEQUATEи(использующийилии)и), а также их J-модулированные версии [105].Кросс-пики в таких спектрах характеризуются расщеплением по осиным, пропорциональ-, с масштабирующим коэффициентом, устанавливаемым спектроскопи-стом, для преодоления низкого цифрового разрешения в непрямом измерении.50Эксперимент INADEQUATE позволяет измерять абсолютные величины КССВ, но неих знаки.

Знакможно измерить только относительно некоторой опорной КССВ.Соренсен и Эрнст предложили одномерный эксперимент SLAP (от англ. sign-labeledpolarization transfer, рис. 24) [106], позволяющий соотносить знаки,ивспиновых системах вида “H-C···C” (AMX) и “H-C···C-H” (AMPX).Рис. 24. Схема импульсной последовательности SLAP [106]. Фазовый цикл:x ,ϕx ,x , x,ϕϕx ,xxx ,,ϕxx, x,ϕ,ϕx ,,.Рассмотрим действие последовательности на примере спиновой системы “H-C···C”(AMX). К наблюдаемому сигналу приводит часть намагниченности спина A (протона),претерпевшая действие импульсов и фильтрацию фазовым циклом. После протонногоимпульса начинается эволюция спин-спиновых взаимодействий и химического сдвига,который рефокусируется действием спинового эха. Задержку Δ подбирают таким образом, чтобы после действия эха вклад дважды антифазного состояния 4отношениюкспинамM ( 1) и.

Одновременные 1H и→413X () вбылбыспина A помаксимальным,C импульсы производят перенос поляризации сформированием многоквантовой когерентности MX, антифазной по отношению к спину A(4 ̂ ̂ ̂ ). Для широкополосной развязки от протонов в период накопления антифазноесостояние рефокусируют вторым спиновым эхом. Задержку Δ подбирают так, чтобы рефокусировать только взаимодействия через одну связь ΔПоследний13C, 4→2.импульс (импульс считывания) в зависимости от фазы переводитмногоквантовую когерентность MX в наблюдаемую антифазную 2или 2результате действия последовательности регистрируемая намагниченность 2.Впри-обретает три сомножителя:Πsin 2Δsin 251Δsin 2Δ .(39)Модуль произведения |Π| определяет чувствительность эксперимента, а его знакsgn Π – фазу сигнала относительно 2.

Если sgn Π sgn0, в спектре будетприсутствовать антифазный дублетный сигнал с положительной интенсивностью услабопольной компоненты, при sgn Π sgn0, интенсивность слабопольной компо-ненты будет отрицательной. Обработку спектра следует проводить с такой же фазовойкоррекцией, что и обыкновенный спектр13С{1H} (состояниеперед началом регистра-ции должно приводить к положительному сигналу в спектре). Для достижения максимальной чувствительности эксперимента устанавливают задержки: ΔПодставив их в выражение 39 и учитывая, чтоsgn ΠΔsgn..Таким образом, с помощью эксперимента SLAP можно измерятьзнаки относительно, Δ0, получаем:sgn sin 2(40)и устанавливать их.Для определения относительных знаков КССВ с помощью последовательностиSLAP, также как и E.COSY, необходима система трех спинов с ненулевыми значениямивсех констант. Блехта и сотр.

показали [107, 108], что для соотнесения знаков КССВдостаточно только двух ненулевых констант в системе трех спинов (например,“1H···29Si···29Si”, AMX). Он предложил ряд импульсных последовательностей семействаHCSE (от англ. Homonuclear Coupling Sign Edited) [107], позволяющих измерять величиныи знаки(X –13изучения константC,29,Si, …) относительно. Изначально метод разрабатывался дляв силоксанах и силанах. С помощью двух последовательностей(рис. 25) записывают два спектра – опорный и с редактированием sgnВзвешенная сумма (разность) этих спектров содержит сигналы, для которых знаксовпадает c (противоположен)..Редактирующая последовательность начинается с переноса поляризации от протонов→2к гетероядру(Δ, блок INEPT с z-градиентным фильтром дляэлиминирования поперечной намагниченности от протонов молекул, не содержащихмагнитноактивных гетероядер).

Затем происходит перенос поляризации между гетерояд→4рами 2→ sgnровке 4sgn→ sgn21(Δ222), редактирование константой4, обратныйпереноспри ее рефокуси-поляризации, и редактирование константойsgn4→ sgnsgn4протоныс формированиеммногоквантовой когерентности MX, антифазной по отношению к A sgnsgnна2→.

Для широкополосной раз-вязки от протонов (спина A) при детектировании сигнала антифазное состояние ре52sgnфокусируют: sgn4→ sgnsgn2( Δ устанавливаюттак же, как в эксперименте INEPT с рефокусировкой – исходя из величиныи числаспинов A), после чего включают протонный декаплер. Период свободной эволюции неявляется необходимым и позволяет использовать последовательность для записи двумерного спектра. Импульс считывания переводит многоквантовую когерентность MXsgnsgnsgn2sgnв наблюдаемую антифазную 2или 2со знаком.а24422б22Рис. 25. Схемы редактирующей (а) и опорной (б) импульсных последовательностейy ,HCSE [107]. Фазовый цикл: ϕϕy, ϕx, y, x, y, ϕyy, ϕx, y,,x, y , x, y .Опорная последовательность содержит перенос поляризации от протонов к гетероядру→2, перенос поляризации между гетероядрами с одновременной рефоку-сировкой взаимодействия с протонами и формирование многоквантовой когерентностиспинов M и X (2→2); сумму ΔΔ устанавливают равной Δ .

Импульс счи-тывания, также как и в редактирующей последовательности, переводит многоквантовуюкогерентность 2в наблюдаемую антифазную 253или 2. Таким образом, спомощью эксперимента HCSE можно измерятьтельнои устанавливать их знаки относи-.--В заключение следует указать на основные направления развития импульснойспектроскопии ЯМР в наши дни – это ускорение получения многомерных спектров приреконструкции из проекций (APSY) [109-112], регистрации за одно прохождение (Singlescan multidimensional NMR) [113-116], что особенно привлекательно при использовании втандеме с методами динамической поляризации ядер [117-119]. Перспективнымпредставляется развитие методов неравномерной выборки данных [120-123] и линейногопредсказания [124-126] для повышения разрешения многомерных спектров.Несмотря на то, что для измерения параметров спиновых систем уже создан рядимпульсных экспериментов ЯМР, разработка более универсальных экспериментальныхметодов исследования спиновых систем остается актуальной целью.