Boros Sándor Semmelweis Egyetem, Szerves Vegytani Intézet ViChem Kft Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók mérése és az ezekből nyert szerkezeti információk Boros Sándor Semmelweis Egyetem, Szerves Vegytani Intézet ViChem Kft

Egykötéses heteronukleáris csatolási állandók 1JCH 120-250 Hz hibridizáció sp (~250 Hz) > sp2 (155-175 Hz) > sp3 (~125 Hz) szubsztituens A szubsztituens növekvő elektronegativitásával növekszik a csatolási állandó. Többszörösen klórozott vegyületek, cukor anomerek, aldehidek geometria Feszülő gyűrű (epoxid, ciklopropán) növeli a csatolási állandót (~175 Hz) Piranóz cukrok anomereinek csatolási állandói 1J(Hax,C-1) = 160-165 Hz 1J(Heq,C-1) = 170-175 Hz Irodalom: I. Tvaroska, F. R. Taravel: Adv. Carbohydr. Chem. Biochem., 51, 15-61 (1995) CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 1J (Hz) 125 151 178 209 NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók Egykötéses heteronukleáris csatolási állandók mérése 13C csatolt HSQC vagy HMQC 1J(C,H) = 250 Hz NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók Egykötéses heteronukleáris csatolási állandók mérése 13C csatolt HSQC vagy HMQC 1J(C,H) = 163 Hz 1J(C,H) = 155 Hz 1J(C,H) = 161 Hz NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Távolható heteronukleáris csatolási állandók nJ(CH) ~ 0-20 Hz torziós szög Karplus összefüggés Fedő és anti állás esetén nagyobb, 90° torziós szög esetén 0 Hz közeli csatolási állandó várható kötéshossz kötésszög szubsztituens Aldehid H és a pillér szénatom közötti csatolási állandó 2J ~ 20 Hz Aromás és olefin vegyületek esetén általában 3J(H,C) > 2J(H,C) Irodalom: U. Vogeli, W. v. Philipsborn: Org. Magn. Reson., 7, 617-625 (1975) NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Távolható heteronukleáris csatolási állandók mérése 13C detektált Szelektív csatolásfelbontott INEPT 1H detektált HETLOC HSQC-HECADE J-HMBC változatok Szelektív csatolásfelbontott HMBC EXSIDE HSQMBC változatok Szelektív 1D HSQMBC NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Szelektív csatolásfelbontott INEPT d1 d0 d0 Irodalom: A. Bax: J. Magn. Reson., 75, 314-318 (1984) (szelektív INEPT) M. Hricovíni, T. Liptaj: Magn. Reson. Chem., 27, 1052-1056 (1989) (szelektív J-INEPT) NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Szelektív csatolásfelbontott INEPT Borrelidin szelektív pulzus: H-6 (6.96 ppm) C-8 C-7 7-CN 8.4 Hz 2.3 Hz 8.0 Hz 8 6 7 NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Szelektív csatolásfelbontott INEPT egyszerű rövid pulzusszekvencia szelektív 1H pulzusokkal a spektrumból a csatolási állandó könnyen leolvasható függetlenül az 1H jel multiplicitástól akkor célszerű alkalmazni, ha egyetlen 1H atom csatolási állandóinak meghatározására van szükség a 13C-detektálás miatt gyenge érzékenység A magnitudó mód miatt széles jelek elkülönült 1H jelet igényel       NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

HETLOC X(1) fél-szűrt TOCSY Irodalom: M. Kurz, P. Schmieder, H. Kessler: Angew. Chem. Int. Ed., 30, 1329-1331 (1991) P. Schmieder, M. Kurz, H. Kessler: J. Biomol. NMR 1, 403-420 (1991) D. Uhrín, Gy. Batta, V. Hruby, P. N. Barlow, K. E. Kövér: J. Magn. Reson., 130, 155-161 (1998) pulzusprogram a Bruker könyvtárban (XWin-NMR 3.5-től) adiabatikus 13C invertáló pulzusokkal NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

HETLOC X(1) fél-szűrt TOCSY Borrelidin tmix = 70 msec nincs J skálázás F1-ben H-9 H-8 3J(H-9/C-8) -4.0 Hz 1J(H-8/C-8) NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

HETLOC X(1) fél-szűrt TOCSY  alkalmas kis csatolási állandók mérésére is, alsó korlát a digitális felbontás megadja a csatolási állandó előjelét is 0.5 vagy 0.33 szörös J-skálázás az F1 dimenzióban csökkenti a jelátfedéseket bonyolult adatfeldolgozás; az F1 csatorna fizikailag 13C, logikailag 1H nem használható kvaterner szánatomok csatolási állandóinak meghatározására TOCSY átmenet szükséges a két 1H jel között, így a mi esetünkben nem használható a 3J(H-6,C-8) és a 3J(H-8,C-6) csatolási állandók megmérésére     6 7 8  NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

HSQC-HECADE X(1) fél-szűrt HSQC-TOCSY Irodalom: W. Koźmiński, D. Nanz: J. Magn. Reson., 124, 383–392 (1997) W. Koźmiński, D. Nanz: J. Magn. Reson., 142, 294-299 (2000) pulzusprogram a Bruker könyvtárban (XWin-NMR 3.5-től) adiabatikus 13C invertáló és refókuszáló pulzusokkal NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQC-HECADE H-4 3J(H-4/C-6) 7.8 Hz 1J(H-6/C-6) C-6 NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQC-HECADE HSQC-TOCSY alapú spektrumkép alkalmas kis csatolási állandók mérésére is, alsó korlát a digitális felbontás a csatolási állandó – előjelével együtt - egyszerűen leolvasható a spektrumból kevesebb a jelátfedés, mint a HETLOC spektrumban, nem igényel J-skálázást nem használható kvaterner szánatomok csatolási állandóinak meghatározására TOCSY átmenet szükséges a két 1H jel között, így a mi esetünkben nem használható a 3J(H-6,C-8) és a 3J(H-8,C-6) csatolási állandók megmérésére      6 7 8 NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók J-HMBC Irodalom: W. Willker, D. Leibfritz: Magn. Reson. Chem., 33, 632-68 (1995) (3D version) K. Furihata, H. Seto: Terahedron Lett., 40, 6271-6275 (1999) A. Meissner, O. Sörensen: Magn. Reson. Chem., 39, 49-52 (2001) pulzusprogram (Meissner-Sörensen) a Bruker könyvtárban (XWin-NMR 3.5-től) adiabatikus 13C invertáló és refókuszáló pulzusokkal NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók J-HMBC izo-borrelidin skálafaktor: 25 9-Me C-8 25 * 3J(9-Me/C-8) = 120 Hz 3J(9-Me/C-8) = 4.8 Hz NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók J-HMBC inverz detektált módszer A spektrumból a csatolási állandó egyszerű számítással meghatározható 20-25-szörös J-skálázás szükséges a Meissner-Sörensen féle változat esetén a skálafaktor a szén dimenzió szélességéből és felbontásából kiadódó érték, nagyobb térerő esetén nagyobb skálafaktor adódik a Furihata-Seto féle változatban a skálafaktor szabad paraméter a hosszú pulzusprogram alatt a mágnesezettség elrelaxálhat a magnitudó mód miatt széles jelek állandó kifejlődési idő         NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Szelektív csatolásfelbontott HMBC Irodalom: M. Findeisen, S. Berger: Magn. Reson. Chem., 41, 431-434 (2003) K. Furihata, M. Tashiro, H. Seto: Magn, Reson, Chem., 47, 814-818 (2009) K. Furihata, M. Tashiro, H. Seto: Magn, Reson, Chem., 49, 53-58 (2011) K. Furihata, M. Tashiro: Magn, Reson, Chem., 50, 409-414 (2012) NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Szelektív csatolásfelbontott HMBC izo-Borrelidin szelektív pulzus: 7-CN (116.7 ppm) 13.9 Hz H-6 H-8 6.5 Hz NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Szelektív csatolásfelbontott HMBC a spektrumból a csatolási állandó könnyen leolvasható függetlenül az 1H jel multiplicitástól nem alkalmaz J-skálázást ez a pulzusszekvencia rövidebb, mint a J-HMBC, ezért kevesebb relaxációs probléma lép fel akkor célszerű alkalmazni, ha egyetlen 13C atom csatolási állandóinak meghatározására van szükség a magnitudó mód miatt széles jelek állandó kifejlődési idő elkülönült 13C jelet igényel        NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

EXSIDE excitation-sculptured indirect-detection experiment Irodalom: V.V. Krishnamurthy: J. Magn. Reson., Series A 121, 33-41 (1996) NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók EXSIDE 5.0 Hz 3.8 Hz 5.0 Hz NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók EXSIDE A szelektív pulzusok miatt kicsit szöszmörgős, olyan jelek vehetők be egy szelektív pulzus alá, amelyek nem tartoznak közös spinrendszerbe A J-skálázás következtében kis csatolási állandók is leolvashatók Egy molekula teljes feltérképezése több mérést igényel Akkor célszerű alkalmazni, ha csak néhány elkülönült hidrogén jel távolható heteronukleáris csatolásait keressük     NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók 24

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQMBC Irodalom: R. Marek, L. Králík, V. Sklenař: Tetrahedron Letters, 38, 665-668 (1997) R. T. Williamson, B. L. Márquez, W. H. Gerwick, K. E. Kövér: Magn. Reson. Chem., 38, 265-273 (2000) R. T. Williamson, A. Boulanger, A. Vulpanovici, M. A. Roberts, W. H. Gerwick: J. Org. Chem., 67, 7927-7936 (2002) H. Koskela, I Kilpeläinen, S. Heikkinen: J. Magn. Reson., 164, 228-232 (2003) H. Koskela, I Kilpeläinen, S. Heikkinen: J. Magn. Reson., 170, 121-126 (2004) V. Lacerda J., G. V. J. da Silva, M. G. Constantino, C. F. Tormena, R. T. Williamson, B. L. Márquez: Magn. Reson. Chem., 44, 95-98 (2006) K. E. Kövér, Gy. Batta, K. Fehér: J. Magn. Reson., 181, 89-97 (2006) K. Kobzar, B. Luy: J. Magn. Reson., 186, 131-141 (2007) S. Gil, J. F. Espinosa, T, Parella: J. Magn. Reson., 207, 312-321 (2010) S. Boros, K. E. Kövér: Magn. Reson. Chem., 49, 106-110, (2011) NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQMBC izo-borrelidin a spektrum egy részlete H-6 H-4 3J(H-6/7-CN) = 13.9 Hz 7-CN C-6 NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQMBC NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQMBC NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQMBC NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók 29

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQMBC 11.3 Hz 3.5 Hz -2.0 Hz 5.8 Hz 5.4 Hz 10.0 Hz -1.5 Hz 4.0 Hz -3.8 Hz 11.0 Hz NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók Szelektív 1D HSQMBC izo-Borrelidin szelektív pulzus: 7-CN (116.7 ppm) 3J(H-6,H-5) + 3J(H-6/7-CN) = 24.8 Hz 3J(H-6,H-5) = 11.2 Hz 3J(H-6/7-CN) = 13.6 Hz 3J(H-8,H-9) + 3J(H-8/7-CN) = 14.6 Hz 3J(H-8,H-9) = 8.2 Hz 3J(H-8/7-CN) = 6.4 Hz NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók 31

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQMBC  robosztus, gyors, inverz detektált módszer bonyolult multiplicitású 1H jeleken csak nehézkesen, spektrumszimulálással határozható meg a csatolási állandó széles irodalma van, folyamatosan jelennek meg változatai Az újabb változatok már jelentősen javították a bonyolultabb mintázatú jelek leolvashatóságát A szelektív 1D változat kvaterner szén jelekre és nem túl bonyolult 1H mintázat esetén működik különösen jól     NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók Összefoglalás 1J(C,H) Ritkán mérjük, néhány esetben van szerkezetbizonyító jelentősége Cukor anomerek konfigurációja Feszülő gyűrűk (epoxid, ciklopropán) acetilén Mérési módszer: 13C csatolt HSQC vagy HMQC Extrém értékű csatolási állandók fázisállítási nehézséget okoznak a HSQC és HMQC felvételekben NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók Összefoglalás nJ(C,H) Szerkezetbizonyító, izomermegkülönböztető jelentősége van Többféle mérési módszer, mindegyiknek vannak előnyei és korlátai, hátrányai Mindmáig nincs olyan megbízható módszer, ami a két és háromkötéses távolható csatolásokat teljes biztonsággal meg tudná különböztetni NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók 34

Köszönöm a figyelmet!

Kiegészítő ábrák Idő hiányában

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók Egykötéses heteronukleáris csatolási állandók mérése 13C csatolt HSQC vagy HMQC 1J(C,H) = 250 Hz 2J(C,H) = 40 Hz NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók 37

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HETLOC Ezeknek a csatolási állandóknak az előjele negatív NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók 38

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQC-HECADE Ezeknek a csatolási állandóknak az előjele negatív NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók 39

Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók HSQMBC NMR munkabizottsági ülés Pécs, 2013. május 10. Egykötéses és távolható heteronukleáris csatolási állandók 40