Спектроскопия ядерного магнитного резонанса азота-15
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса азота-15 ( ЯМР-спектроскопия азота-15 , или просто 15 N NMR ) — вариант спектроскопии ядерного магнитного резонанса , который исследует образцы, содержащие 15 Ядро Н. [1] [2] 15 N-ЯМР во многом отличается от более распространенного 13 С и 1 Н ЯМР. Чтобы обойти трудности, связанные с измерением квадруполярного спина-1 14 нуклид N, 15 N-ЯМР используется в образцах для обнаружения, поскольку он имеет спин в основном состоянии ½. С 14 Содержание N составляет 99,64%, включение 15 Преобразование N в образцы часто требует новых синтетических методов. [3]
Азот-15 часто используется в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), поскольку в отличие от более распространенного азота-14, который имеет целочисленный ядерный спин и, следовательно, квадрупольный момент, 15 N имеет дробный ядерный спин, равный половине, что дает преимущества для ЯМР, такие как более узкая ширина линии. Белки можно пометить изотопами, культивируя их в среде, содержащей азот-15 в качестве единственного источника азота. Кроме того, азот-15 используется для мечения белков в количественной протеомике (например, SILAC ).
Выполнение
[ редактировать ]15 N-ЯМР имеет осложнения, не встречающиеся при 1 Рука 13 Спектроскопия ЯМР 1С. 0,36% естественной численности 15 N приводит к значительному снижению чувствительности. Чувствительность ухудшается из-за низкого гиромагнитного отношения (γ = −27,126 × 10 6 Т −1 с −1 ), что составляет 10,14% от 1 H. Отношение сигнал/шум для 1 H примерно в 300 раз больше, чем 15 N при той же напряженности магнитного поля. [4]
Физические свойства
[ редактировать ]Физические свойства 15 N сильно отличаются от других ядер. Его свойства вместе с несколькими общими ядрами суммированы в таблице ниже.
| Изотоп [5] | Магнитный диполь момент ( мкм Н ) [4] | Ядерный спин число [4] | Естественный избыток (%) [4] | Гиромагнитное соотношение (10 6 колесо с −1 Т −1 ) [4] | Частота ЯМР на частоте 11,7T (МГц) [4] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 ЧАС | 2.79284734(3) | 1/2 | ~100 | 267.522 | -500 |
| 2 ЧАС | 0.857438228(9) | 1 | 0.015 | 41.066 | -76.753 |
| 3 ЧАС | 2.97896244(4) | 1/2 | 0 | 285.349 | -533.32 |
| 10 Б | 1.80064478(6) | 3 | 19.9 | 28.747 | -53.718 |
| 11 Б | 2.6886489 | 3/2 | 80.1 | 85.847 | -160.42 |
| 13 С | 0.7024118(14) | 1/2 | 1.1 | 67.238 | -125.725 |
| 14 Н | 0.40376100(6) | 1 | 99.6 | 19.338 | -36.132 |
| 15 Н | -0.28318884(5) | 1/2 | 0.37 | -27.126 | 50.782 |
| 17 ТО | -1.89379(9) | 5/2 | 0.04 | -36.281 | 67.782 |
| 19 Ф | 2.628868(8) | 1/2 | ~100 | 251.815 | -470.47 |
| 31 П | 1.13160(3) | 1/2 | ~100 | 108.394 | -202.606 |
Из этих данных видно, что при полном обогащении 15 N составляет примерно одну десятую (-27,126/267,522) чувствительности, 1 ЧАС.
Тенденции химических сдвигов
[ редактировать ]
Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) рекомендует использовать CH 3 NO 2 в качестве экспериментального стандарта; однако на практике многие спектроскописты вместо этого используют сжатый NH 3 (l). Для 15 N, химические сдвиги, отнесенные к NH 3 (l), составляют 380,5 м.д. в сильном поле от CH 3 NO 2 (δ NH 3 = δ CH 3 NO 2 + 380,5 м.д.). Химические сдвиги для 15 Содержание N несколько нестабильно, но обычно оно находится в диапазоне от -400 ppm до 1100 ppm по отношению к CH 3 NO 2 . Ниже приводится краткое изложение 15 Химические сдвиги N для обычных органических групп относятся к NH 3 , чей химический сдвиг равен 0 ppm. [6] [2]
Гиромагнитное соотношение
[ редактировать ]
В отличие от большинства ядер, гиромагнитное отношение для 15 Н отрицательный. В явлении прецессии спина знак γ определяет направление прецессии (по часовой стрелке или против часовой стрелки). Большинство распространенных ядер имеют положительные гиромагнитные отношения, такие как 1 Рука 13 С. [3] [4]
Приложения
[ редактировать ]Таутомеризация
[ редактировать ]
15 N-ЯМР используется в самых разных областях: от биологических до неорганических методов. Известным применением в органическом синтезе является использование 15 N для мониторинга равновесия таутомеризации в гетероароматических соединениях из-за резкого изменения 15 N перемещается между таутомерами. [1]
ЯМР белков
[ редактировать ]
15 N-ЯМР также чрезвычайно ценен при исследованиях ЯМР белков. В частности, введение трехмерных экспериментов с 15 N устраняет двусмысленность в 13 С– 13 C двумерные эксперименты. в твердотельном ядерном магнитном резонансе (оссЯМР) Например, 15 N чаще всего используется в импульсных последовательностях NCACX, NCOCX и CANcoCX.
Исследование азотсодержащих гетероциклов
[ редактировать ]15 N ЯМР — наиболее эффективный метод исследования структуры гетероциклов с высоким содержанием атомов азота (тетразолов, триазинов и их аннелированных аналогов). [7] [8] 15 Мечение N с последующим анализом 13 С– 15 Н и 1 ЧАС- 15 N-сочетания могут быть использованы для установления структуры и химических превращений азотистых гетероциклов. [9]
ИНЕПТ
[ редактировать ]
Нечувствительные ядра, улучшенные за счет переноса поляризации (INEPT), — это метод повышения разрешения сигнала. Потому что 15 N имеет небольшое по величине гиромагнитное отношение, разрешение довольно плохое. Общая последовательность импульсов, которая значительно улучшает разрешение 15 N – НЕПЕЧАТЛЕННЫЙ. INEPT в большинстве случаев является элегантным решением, поскольку он увеличивает поляризацию Больцмана и снижает значения T 1 (таким образом, сканирование становится короче). Кроме того, INEPT может учитывать отрицательные гиромагнитные отношения, тогда как обычный ядерный эффект Оверхаузера (NOE) не может.
См. также
[ редактировать ]- Гетероядерная одноквантовая когерентная спектроскопия (HSQC)
- Двумерная спектроскопия ядерного магнитного резонанса
- Тройная резонансная спектроскопия ядерного магнитного резонанса
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Витановски, М (1974). «Азотная ЯМР-спектроскопия». Чистая и прикладная химия. 37, стр. 225-233. дои : 10.1351/pac197437010225
- ^ Перейти обратно: а б Дж. Х. Нельсон (2003). Спектроскопия ядерного магнитного резонанса . Прентис-Холл. ISBN 978-0130334510 .
- ^ Перейти обратно: а б с д М. Х. Левитт (2008). Спиновая динамика . John Wiley & Sons Ltd. ISBN компании 978-0470511176 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Артур Дж. Палмер (2007). ЯМР-спектроскопия белков . Эльзевир Академик Пресс. ISBN 978-0121644918 .
- ^ Стоун, Николас Дж (2005). «Таблица ядерных магнитных дипольных и электрических квадрупольных моментов». Таблицы атомных и ядерных данных. 90 (1), стр. 75–176. дои : 10.1016/j.adt.2005.04.001
- ^ Перейти обратно: а б с Муни, EF; Уинсон, штат Пенсильвания (1969). «Азотная магнитно-резонансная спектроскопия». Годовые отчеты по ЯМР-спектроскопии (2), стр. 125–152. дои : 10.1016/S0066-4103(08)60321-X
- ^ Шестакова Татьяна С.; Шенкарев Захар О.; Деев, Сергей Л.; Чупахин Олег Н.; Халымбаджа Игорь А.; Русинов Владимир Леонидович; Арсеньев, Александр С. (27 июня 2013 г.). «Дальнодействующие связи 1H – 15N J, обеспечивающие метод прямого исследования структуры и равновесия азид-тетразол в ряду азидо-1,2,4-триазинов и азидопиримидинов» (PDF) . Журнал органической химии . 78 (14): 6975–6982. дои : 10.1021/jo4008207 . hdl : 10995/27205 . ISSN 0022-3263 . ПМИД 23751069 .
- ^ Деев, Сергей Л; Парамонов, Александр С; Шестакова Татьяна С; Халымбаджа Игорь А; Чупахин Олег Н; Субботина Юлия О; Ельцов Олег С; Слепухин Павел А; Русинов, Владимир Л. (29 ноября 2017 г.). «15N-Мечение и определение структуры адамантилированных азолоазинов в растворе» . Журнал органической химии Байльштейна . 13 (1): 2535–2548. дои : 10.3762/bjoc.13.250 . ISSN 1860-5397 . ПМЦ 5727827 . ПМИД 29259663 .
- ^ Деев, Сергей Л.; Халымбаджа Игорь А.; Шестакова Татьяна С.; Чарушин Валерий Н.; Чупахин, Олег Н. (23 августа 2019 г.). «Мечение 15 N и анализ связей 13C–15N и 1H–15N в исследованиях структуры и химических превращений азотистых гетероциклов» . РСК Прогресс . 9 (46): 26856–26879. Бибкод : 2019RSCAd...926856D . дои : 10.1039/C9RA04825A . ISSN 2046-2069 . ПМК 9070671 . ПМИД 35528595 .