J-csatolás
A skaláris, spin-spin vagy J-csatolást, az elektronfelhő közvetíti a szomszédos magok között, ezért indirekt dipól-dipól csatolásnak is hívják. Egy atommag NMR átmenetének frekvenciája a mag által érzett mágneses tér erősségével arányos. Ez a tér azonban nem egyezik meg a külső mágnes térrel, hiszen azt az atommagot körülvevő elektronok gyengítik (ld. kémiai árnyékolás). Ugyanakkor, ha a jelet adó A atom közelében egy másik B, I = 1/2 spinű atommag is található, akkor az is a külső térrel megegyező (
A csatolási állandó lehet egy-, két-, háromkötéses homonukleáris, jelölése pld.: 1JCC, 2JHH, 2JCC, 3JHH, 3JFF; vagy heteronukleáris: 1JHC, 1JCF, 2JHC, 2JCN, stb.
Multiplicitás
[szerkesztés]Az A és B magok kölcsönhatása szimmetrikus, azaz a felhasadás mértéke ugyanakkora az B magon is, jelen esetben dublettet detektálunk.[1]
Ha a molekulában két olyan B atom is van (CHA-CH2B fragmens), melyek A maghoz tökéletesen megegyező elektronszerkezettel kapcsolódnak - azaz a B környezetek szimmetrikusak - akkor A mag felhasadása még összetettebb lesz, és a két környezetnek megfelelő
Három szimmetrikus B mag esetén (CH-CH3) a spin-izomer molekulák száma már kilenc (
Az eddig tárgyalt 1, 1:1, 1:2:1 és 1:3:3:1 intenzitásarányok tükrözik a matematikából ismert Pascal-háromszög binomiális együtthatóit; és ennek segítségével írhatjuk le az ½-es spinű multiplettek intenzitásarányát.
Ha A maghoz két különböző árnyékoltságú B és C magok csatolódnak (CCl2HB-CClHA-CHCBr2), akkor azok eltérő JAB, és JAC csatolási állandókkal jellemezhetők. Ilyenkor A jele egyszer JAB távolságú dublettre hasad, melynek minkét vonala további JAC távolságú dublettre hasad. Összesen négy, 1:1:1:1 intenzitásarányú jelet kapunk. Ez a ”multiplettek multiplettje” elv bonyolultabb csatolások esetén is ugyanígy használható.
A skaláris csatolás nagyon fontos az NMR-ben, mert az atomi szomszédságokról és kötésviszonyokról is információt tud nyújtani. Egy felhasadás megjelenése adott kémiai kötés kialakulását igazolja. A csatolás gyengül, minél távolabbi kötésről beszélünk, négy kötésnél távolabbi csatolások elvétve fordulnak csak elő, kitüntetett molekuláris szimmetria esetében.
Csatolási állandó értékek
[szerkesztés]H-H csatolás
Környezet | Csatolás | Érték (Hz) |
---|---|---|
Alifás, H-C-H, geminális | 2JHH | -15 - -10 |
Alifás, H-C-C-H | 3JHH | 6-8 |
Aldehid, H-C-CO-H | 3JHH | 2-3 |
Alkén, H-C-H, geminális | 2JHH | 0-3 |
Alkén, H-C=C-H, transz | 3JHH | 12-18 |
Alkén, H-C=C-H, cisz | 3JHH | 6-12 |
Aromás, H-C~C-H | 3JHH | 6-10 |
Aromás, H-C~C~C-H | 4JHH | 1-3 |
C-H csatolás
Környezet | Csatolás | Érték (Hz) |
Alifás, C-H | 1JCH | 125-135 |
Alifás, CX-H (X=N,O,S) | 1JCH | 135-155 |
Alkén, =C-H | 1JCH | 155-170 |
Alkin, ≡C-H | 1JCH | 240-250 |
Aromás, ~C-H | 1JCH | 155-165 |
Peptidek esetében
Környezet | Csatolás | Érték (Hz) |
C-H | 1JHC | 140 |
C-C | 1JCC | 35 |
C-CO | 1JCC | 55 |
N-H | 1JNH | -92 |
N-Ca | 1JNC | -11 |
N-CO | 1JNC | -15 |
H-N-Ca | 2JHC | 2 |
H-N-CO | 2JHC | 4 |
Ha-Ca-N | 2JHN | 1 |
Ha-Ca-CO | 2JHC | -4 |
Ha-Ca-Cb | 2JHC | -6 |
Ca-N-CO | 2JCC | -0.7 |
Ca-CO-N | 2JCN | 7 |
Cb-Ca-N | 2JCN | -0.7 |
Cb-Ca-CO | 2JCC | 0.3 |
CO-Ca-N | 2JCN | -0.2 |
H-N-Ca-Ha | 3JHH | 8 |
H-N-Ca-Cb | 3JHC | 1 |
H-N-Ca-CO | 3JHC | 1 |
Ha-Ca-N-CO | 3JHC | 3 |
CO-N-Ca-Cb | 3JCC | 1.7 |
CO-N-Ca-CO | 3JCC | 0.8 |
A csatolási állandó nemcsak a kötések számától, de a kötésben részt vevő elektronok térbeli elrendeződésétől is erősen függ. A háromkötéses csatolásokban akkor a legnagyobb a csatolási állandó, ha a három kötés egy síkban és transz-pozícióban található. Kisebb a csatolás a síkbeli cisz-pozíció esetén. Végezetül erősen lecsökken a csatolás, ha a négy atom nincs egy síkban (gauche-pozíció).
A 3JHH csatolási állandó értékek esetében a szerkezeti információ és a torziós szög mértéke az empirikus Karplus-összefüggés alapján számolható.
ahol J a 3J csatolási állandó, a diéderes szög, A, B, és C együtthatók pedig az adott vegyületcsaládra jellemzőek. Így lehetőség nyílik sztereoizomerek NMR-rel történő megkülönböztetésére, vagy fehérjék esetében másodlagos szerkezeti elemek meghatározására/igazolására.
J-csatolás mérése
[szerkesztés]Az izotópjelölés alkalmazásának elterjedésével a J-csatolások mérése fehérjék, RNS és DNS molekulák esetében is rutinná vált, és lehetővé tette olyan technikák kifejlesztését, melyek homo- és heteronukleáris csatolási állandók mérésére voltak alkalmasak. E fejlesztések eredményeként értékes szerkezeti információt nyerhetünk közepes méretű biomolekulákról viszonylag egyszerűen (Vuister et al., 1998,[3]). Az újonnan mért J csatolási állandók lehetővé tették a Karplus-görbék újraparaméterezését, melyek a 3J csatolási állandók értékének torziós szögektől való függését írják le (Hu and Bax, 1997[4]). Várható, hogy az új görbék pontosabbak lesznek, összehasonlítva azokkal, melyek csak kismolekulás modellvegyületek alapján lettek meghatározva, főként abban a torziós szög tartományban, amit a paraméterezéshez használtak. Ezek az új technikák csoportokba sorolhatók a J-csatolás mérésének elve szerint. In-fázisú-anti-fázisú (IPAP) módszerek jól alkalmazhatók nagy és egyforma J-csatolások mérésére. Az ún. E.COSY módszerrel (Griesinger et al., 1987[5]) két spin korrelál az energiaszintek változtatása nélkül egy harmadikkal, mely mindkét másik spinnel csatolásban van. A kapott E. COSY minta lehetőséget ad kis J-csatolás mérésére, amennyiben a második J-csatolás elég nagy ahhoz, hogy a multiplet alkotói elváljanak. E. COSY módszereket mostanában számos 2J és 3J csatolási állandó mérésére használják. (Löhr and Rüterjans, 1999[6]). Egy másik méréstípusnál a cél egy jel csatolás miatti változásának vagy kioltódásának számszerűsítése, ezt a típust alkotják a J-korrelációs mérések. (QJ) (Archer et al., 1991[7]). A J-csatolások meghatározására alternatív módszerek még az ún. P-FIDS vagy C’-FIDS módszerek (Schwalbe et al., 1994[8]) és a ZQ/DQ módszerek (Rexroth et al., 1995[9]).
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ http://olimpia.chem.elte.hu/evek/2009/aktual/nmr1.pdf
- ↑ Minch, Michael J. (1994. január 1.). „Orientational dependence of vicinal proton-proton NMR coupling constants: The Karplus relationship” (angol nyelven). Concepts in Magnetic Resonance 6 (1), 41–56. o. DOI:10.1002/cmr.1820060104. ISSN 1043-7347.
- ↑ Archivált másolat. [2018. június 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. június 25.)
- ↑ Hu, Jin-Shan, Ad (1997. február 1.). „Two-Dimensional NMR Methods for Determining
χ 1Angles of Aromatic Residues in Proteins from Three-BondJC‘Cγ andJNCγ Couplings” (angol nyelven). Journal of the American Chemical Society 119 (7), 1803–1804. o. DOI:10.1021/ja963625z. ISSN 0002-7863. - ↑ (1987. december 1.) „Practical aspects of the E.COSY technique. Measurement of scalar spin-spin coupling constants in peptides” (angol nyelven). Journal of Magnetic Resonance (1969) 75 (3), 474–492. o. DOI:10.1016/0022-2364(87)90102-8. ISSN 0022-2364.
- ↑ Löhr, Frank (1999. október 14.). „Alternative E.COSY techniques for the measurement of coupling constants in proteins” (angol nyelven). Journal of Biomolecular NMR 13 (3), 263–274. o. DOI:10.1023/a:1008378719908. ISSN 0925-2738.
- ↑ (1991. december 1.) „An alternative 3D NMR technique for correlating backbone 15N with side chain H
β resonances in larger proteins” (angol nyelven). Journal of Magnetic Resonance (1969) 95 (3), 636–641. o. DOI:10.1016/0022-2364(91)90182-S. ISSN 0022-2364. - ↑ Schwalbe, H., G. C. (1994. szeptember 1.). „Determination of a complete set of coupling constants in 13C-labeled oligonucleotides” (angol nyelven). Journal of Biomolecular NMR 4 (5), 631–644. o. DOI:10.1007/bf00404274. ISSN 0925-2738.
- ↑ Rexroth, A., S. (1995. október 1.). „New principle for the determination of coupling constants that largely suppresses differential relaxation effects” (angol nyelven). Journal of the American Chemical Society 117 (41), 10389–10390. o. DOI:10.1021/ja00146a027. ISSN 0002-7863.