פענוח דו-מימדי של כולסטרול אצטט

כאן אנו מפענחים את ספקטרומי תמ"ג ¹H ו-¹³C של מולקולה לדוגמה: כולסטריל אצטט (C₂₉H₄₈O₂, תרשים 1.) ב-CDCl₃. המולקולה הנבחרה נותן ספקטרה מורכבים ¹H ו-¹³C-NMR וטכניקות 2D הם מתאיומות עבור הפענוח שלה. הספקטרום ¹H מכיל מולטיפלטים סדר השני רבים חופפים כולל כמה מסוג ABCDEF. זה הופך את הטיפול האנליטי של צימוד לבלתי אפשרי. עם זאת, היסטים כימיים מסוימים של קבועי הפיצול יכולים להיקבע על ידי תמ"ג דו-מימדי.

תרשים 1. מבנה מולקולרי של כולסטריל אצטט

פענוח חלקי אפשרי בלי להזדקק לשיטות דו-מימדיות. ספקטרום הפרוטון (תרשים 2) מראה מולטיפלט ב-5.37 חל"מ, הסיגנל היחיד באזור הוינילי המתאים לפרוטון הוינילי היחיד במולקולה, H6. המולטיפלט (AX₂Y₂) ב-4.60 הוא הסיגנל היחיד באזור שבו יחידות HCO צפויות ורק HCO אחד נמצא במולקולה, H3. ישנם שלושה מתילים צפויים להיות מצומדים לפרוטן נוסף: H21, 26 ו-27. H26 ו-H27 הם איזופרופילים בטבעם לכן צפוי שיש להם היסט כימי דומה מאוד, נניח 0.860 ו-0.863 חל"מ. כמו כן נניח ש-H2 נמצא ב- 0.91 חל"מ. שלושה המתילים הנותרים הם סינגלטים. אחד נופל ב- 2.03 חל"מ האופייני למתיל אצטיל H29 כאשר שני האחרים (H18 ו-H19 לא בהכרח בסר הזה) נופלים בהיסט 0.68 ו-1.02 חל"מ. 28 הפרוטונים הנותרים נמצאים באזור 0.9-2.4 חל"מ זהו ככל שסביר שפענוח פרוטון חד-מימדי יכול ללכת.

תרשים 2. ספקרטום פרוטון של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃

בספקטרום ה-COSY (תרשימים 3, 4) אנו יכולים להתחיל מארבע מקומות אפשריים, H3, H6, H21 ו-H26-27 שכבר פענחו. H3 מותאם עם H2 ו-H4. H4 לא מותאם עם נופים באמצעות שלושה קשרים וניתן להגיד שהוא ב-2.32 חל"מ (או ליתר דיוק H4A ב-2.33 חל"מ ו-H4B ב-2.30 חל"מ) עם אינטגרל 2. H2 מופיע ב-1.5 (H2A) ו-1.85 (H2B). ישנם שני מולטיפלטים מפני שהמבנה הטבעת מחזיקה את שני הפרוטנים בתנוחות שונות. H2 קשור לH1 ב-1ץ12 ו-1.34 חל"מ.

תרשים 3. ספקרטום COSY של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃

תרשים 4. ספקרטום COSY מורחב של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃

ספקטרום הפחמן (תרשים 5) מראה 29 אותות (לא כולל את הממס). יש סיגנל אחד ב-170.60 חל"מ באזור קרבוניל/קרבוקסיל המתאים ל-C28. ישנם שני פחמנים ויניליים במולקולה, אחד מהם מחובר לפרוטון לכן הוא צפוי להופיע בהיסט כימי נמוך. שני הסיגנלים שנמצאים באזור הוינילי ולכן שייכים ל-C6 ב-122.64 חל"מ ו-C5 139.64 חל"מב-. C3 מצורף חמצן וצפוי להיות באזור 60 עד 80 חל"מ. הסיגנל היחיד באזור הוא ב-74.01 חל"מ. מהפחמנים שנותרו רק שלושה הם בהחלט באזור המתילים (11.84, 18.70 ו-19.29 חל"מ). שלושת המתילים האחרים הם באזור שחופף את אזור הפחמנים האליפטיים אחרים בין 21 ו-57 חל"מ. C29 שניתן היה לצפות על בין 20 ל 25 חל"מ אז זה לא אחד משלושת ששויכו. זמני הרלקסציה הקצרים יחסית של פחמנים אליפטיים מונע שיוך מיידי של הפחמנים הרביעון, C5, 10 ו-13. זהו ככל שפענוך פחמן חד-מימדי סביר להתקדם. APT ו-DEPT היו מבדילים בין סוגים שונים ((C, CH, CH₂, ו-CH₃) אבל שיטות דו-מימדיות רגישים יותר, מהר יותר להריץ בריכוזים נמוכים וכן מספק יותר מידע.

תרשים 5. ספקרטום פחמן של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃

הספקטרום להתאמת ¹H-¹³C לטווח קצר (חד-קשרי) (HSQCSI) (תרשים 6) מאשרת את פענול של C3 ו-C6 ומספק שיוך ישיר של C1 ב-23.81 חל"מ, C2 ב- 27.27 חל"מ, C4 ב-38.10 חל"מ,, C7 ב-31ץ88 חל"מ, C20 ב-35ץ78 חל"מ, C21 ב-18ץ70 חל"מ, C25 ב-28.00 חל"מ ו-C26 ו-C27 ב-22.54 ו-22.80 חל"מ.

תרשים 6. ספקטרום התאמת ¹H-¹³C לטווח קצר (חד-קשרי) (HSQCSI) של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃

עם זאת, אנו יכולים לנצל את היתרון של "סיגנלי שוְא שימושיים" של HSQCSI (,תדשים 7), כי הוא נותן סיגנלים בין פרוטונים מופרדים בציר הפחמן ומתגבר על בעיות חפיפה בספקטרום COSY. את הסיגנלים החלשים מייצגים התאמות בין הפרוטון המחובר לפחמן השכן.

תרשים 7. חלק מספקטרום ה-HSQCSI של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃ שמראה "סיגנלי שוְא שימושיים"

אפשר מכן לצייר תרשים קישוריות (תרשים 8) ולשייך את כל הסיגנלים למעט שני פחמנים רביעוניים ואת המתילים 18 ו-19. לדוגמה, אנו יודעים מן COSY כי H21 מתואם עם H20. מה-HSQCSI, אנו יודעים כי C20 היא ב-35.78 חל"מ. מסיגנלי שוְא שימושיים אנחנו רואים את פרוטונים שכנים, אחד H17 (1.09 ppm) ושני של H22 (1.00, 1.33 חל"מ). C17 (56.12 חל"מ) מתואם בתורו עם H16 (1.25, 1.83- חל"מ) ו-C16 (28.21 חל"מ) עם H15 (1.07, 1.57 חל"מ). כמו כן, C22 (36.17 חל"מ) בקורלציה עם H23 (1.12 חל"מ). עם זאת, חופפת במידה רבה עם H23 H24 כך הקצאה של C24 הוא עשוי המתאם ל-H25.

תרשים 8. חלק מספקטרום ה-HSQCSI של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃ שמראה התאמה בעזרת "סיגנלי שוְא שימושיים"

עכשיו יש לנו את רוב הפענוח, אנחנו יכולים לחזור לספקטרום ה-NOESY (תרשים 9) על מנת לשייך את המתילים (H18 ו-19). את סיגנל 0.68 חל"מ מותאם באופן בירור עם H12A (2.01 חל"מ) ו-H21 (0.91 חל"מ) הצפוי לתאם עם H18. מתאמים עם אחרים לא ברורים בשל חפיפה כל כך שהפענוח (מסומן באדום בתרשים 9) הוא עבור H18 ב-0.68 חל"מ ו-H19 ב-1.02 חל"מ. מה-HSQCSI יש לנו C18 ו-C19 ב-11.84 ו-19.29 חל"מ .

תרשים 9. חלק מספקטרום ה- NOESY של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃ שמראה התאמות למתילים 18 ו-19

כל שנותר הוא לשייך שני פחמנים הרביעון, C10 ו-C13 בעזרת ספקטרום התאמה ¹H-¹³C לארוך טווח (HMBC) (תרשים 10). התאמה דרך שני קשרים של פרוטוני מתיל בכל מקרה נותן שיוך של C10 ב-36.58 חל"מ ו-C13 ב-42.30 חל"מ. ההתאמות האחרות לאשר את השיוכים האחרים.

תרשים 10. חלק של ספקטרום ¹H-¹³C לארוך טווח (HMBC) של כולסטריל אצטט ב-CDCl₃ שמראה את ההתאמות בין H18 ו-H19 ל-C13 ו-C10

עכשיו יש לנו את הפענוך המלא של כולסטריל אצטט.