התאמה בין-גרעינית לטווח ארוך
צימוד בין-גרעיני (כגון מ -1H ל-13C) משמש כדי לפענח את הספקטרום של גרעין אחר לאחר לפוענך הספקטרום של גרעין השני. זה יכול לעזור גם לפענוח של הספקטרום של שני גרעינים גם כאשר הפענוך חלקית של אחד או שניהם מהם. ניסוי כזה עשויה גם לספק מידע כימי שספקטרום הגרעין אחד לא יכול לספק לבד.
עם זאת, לא כל הגרעינים של גרעין הצמוד בהכרח קשור ישירות לפרוטון ולכן לא ניתן לראותם באמצעות התאמה בין-גרעינית לטווח קצר. התאמה בין-גרעינית לטווח ארוך יכול להניב סיגנלים עבור גרעינים אלה תוך דיכוי התאמות חד-קשריות. היישום הנפוץ ביותר של הטכניקה הזו היא עבור 1H-13C. Δ1 ו-Δ2 מוגדרים ל-1/(2Jחד-קשרי ו-Δ3 ל-1/(2Jטווח-ארוך). קבועי צימוד לטווח ארוך שונים אך ערך של 10 הרץ ל-1H-13C ו-8 הרץ ל-1H-15 הוא בדרך כלל פשרה טובה (טבלה 1). למרות שזה נעשה לעיתים רחוקות, כדי להיות בטוח כי כל ההתאמות יופיעו, מומלץ להפעיל את הניסוי עבור כמה ערכים שונים של Δ3. המופע תלוי בקבועי צמוד לטווח ארוך והומוגרעיני של פרוטון לכן לכל מולטיפלט יש מופע אחר עם מרכיב סדר הראשון קיצוני. לכן נוהג להשתמש חישוב גודל ב-f2 ולתקן את הפופע רק ב-f1.
התאמה לטווח ארוך מחייבת רוחב קו פרוטון של פחות מ-5 הרץ ל-1H-13C ופחות מ-4 הרץ ל-1H-15N. בדרך כלל סדרת פולסים HMBC (תרשים 1) נמצא בשימוש עם אפשרות לדיכויהתאמות חד-קשריות. ניתן לדלג על זה על מנת להגביר את רגישות מעט. ההפרדה ב-f1 של הניסוי HMBC מופעת לרע על ידי תופעות צימוד 1H-1H (תרשים 2) כך שאם ההפרדה דיגיטלית ב-f1 הוא טוב יותר מ-8 הרץ ללא מילוי אפסים הפרדת ה-1H היא גבוהה ואז סדרת HSQCsp ארוך טווח (תרשים 3) היא רגישה יותר ונותנת הפרדה טובות יותר ב-f1 (תרשים 4).
תרשים 1. סדרת פולסים עבור HMBC להתאמה לטווח ארוך
תרשים 2. HMBC שמראה הפרדה פחותה ב-f1 כתוצאה מתופעות צימוד 1H-1H
תרשים 3. סדרת פולסים עבור HSQCsp להתאמה לטווח ארוך
תרשים 4. HSQCsp שמראה הפרדה טובה יותר ב-f1
טבלה 1. יחסי עוצמת גרדיאנטים וקבועי צימוד עבור התאמה לטווח ארוך
| גרעין ה-X | nHSQC | JAXלטווח קסר | JAXלטווח-ארוך |
|---|---|---|---|
| 13C | 1.99 | 125 החרץ sp3, 160 הרץ sp2 | 10 הרץ |
| 15N | 4.93 | 80 חרץ | 8 הרץ |
| 29N | 2.52 | 6.6 הרץ | |
| 31P | 1.24 | 7 הרץ |
כאן נדון את הסוג של הניסוי עבור צימוד בין-גרעיני קצר-טווח גדול אשר בדרך כלל נובעים מאינטראקציות חד-קשריות, למשל, 1H-13C או 1H-15N. התאמה בין גרעינית ארוכת טווח נדון במקום אחר. ישנם שבעה סדרות פולסים המתאימות לצורך הניסוי הזה כי הם המתאימים ביותר עבור תנאים שונים: HSQC (עקביות חד-קוונטית ביון-גרעינית), HSQCSI (עקביות חד-קוונטית ביון-גרעינית עם רגישות משופרת), HSQCSIsp (HSQCSI עם פולס אחד בצורת נוספת), HSQCSIsp2 (HSQCSI עם שני פולסים בצורת), HMQC (עקביות רב-קוונטית ביון-גרעינית), HMQCSIsp (עקביות רב-קוונטית ביון-גרעינית עם רגישות משופרת ופולס בצורה) ו- HMBC לטווח קצר (התאמה רב-קשרי ביון גרעיני מותאם לטווח קצר).
את הסדרה הטובה ביותר עבור העבודה במולקולות קטנות היא גם המסובך ביותר: HSQCSIsp2 (תרשים 2). זה מבוסס על סדרת HSQC עם תוספת של מסלול קוונטי שני לשיפור הרגישות (SI) ופולסים בצורה כדי לשפר את נקיון של המופע אבל לוקח זמן רב יותר ומאפשר אובדן הסיגנל בשל הרפיה ומדכא 'הפרעה השימושי'. לכן, צריך ליישם את שיפור הרגישות רק אם רוחב סיגנל ה-1H פחות מ 20 הרץ עבור 1H-13C ו-12 הרץ 1H-15N. שים לב כי רוחב סיגנל ה-14NH הוא בדרך כלל רחב יותר מאשר זה של 15NH שבו צורך להחליט איזה טכניקה להשתמש. ניתן למדוד את רוחב סיגנל ה-15NH מלווייני ה-15N של סיגנל ה-NH. אם את רוחב הספקטרום 13C הוא פחות מ-60 חל"מ או עבור 15N רוחב הספקטרום פחות מ-90 חל"מ או רוחב סיגנל ה-1H עולה על המתאים לשיפור רגישות, תוספת של פולסים בצורת אינו משפר את הספקטרום מספיק כדי להתגבר על הפסדים ברגישות. רק זוג אחד של קטניות בצורת יש להחיל אם 1H-רוחב הקו הוא גדול מ-10 הרץ.
טבלה 1. יחסי גרדיאנטים וקבועי צימוד עבור HSQC ו-HMQC
| גרעין X | nHSQC | nHMQC | JAX |
|---|---|---|---|
| 13C | 3.98 | 1.2515 | 145 הרץ |
| 15N | 9.86 | 1.1014 | 80 הרץ |
הספקטרום ההמתאמה אינו מכיל אלכסון. לכל סיגנל של פרוטון ייתכן התאמה עם אחד או יותר סיגנלים של פחמן. אלה סיגנלים בספקטרום ה-1D שאינם מותאמים עם פחמנים אינם מופיעים בספקטרום ה-2D. במקרה של אתיבנזן (תרשים 5), כל התאמות התלת-קשריות וכמה התאמות דו-קשריות מופיעים חזק (תרשים 6). סיגנלי ההתאמה מנותחות באמצעות טבלת קורלציה (טבלה 2). עבור אתיבנזן הפענוך הוא פשוט. דוגמה ליישום של הטבלה קורלציה למולקולה מסובכת יותר מוצג בהמשך.
תרשים 5. מבנה של אתילבנזן
תרשים 6. ספקטרום 2D HMBC של אתילבנזן
טבלה 2. טבלת התאמה של ספקטרום ה-HMBC של אתילבנזן שמראה את מספר הקרשים לכל התאמה
| C/H | 1' | 2' | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| '1 | 2 | ||||
| '2 | 2 | 2 | |||
| 1 | 2 | 3 | 3 | ||
| 2 | 3 | 3 | 3 | ||
| 3 | 3 | ||||
| 4 | 3 |
לפי הדוגמה של 12,14-דיטרטנוטילבנזו[g]כריסן (,תרשים 7), ניתן לפענח את ספקטרום הפרוטון על ידי NOESY או ROESY ואת הפחמנים המחוברים לפרוטונים ניתן לפענח על ידי HSQC or HMQC. זה משאיר את פחמנים שאינם מחוברים ישירות לפרוטונים שלא שויכו. לשם כך, משתמשים בההתאמה לטווח ארוך 1H-13C HMBC (תרשים 8).
תרשים 7. המבנה של 12,14-דיטרטנוטילבנזו[g]כריסן
![12,14-ditbutylbenzo[g]chrysene](hmbc_files/dtbbgc.gif)
תרשים 8. ספקטרום ה-2D HMBC של 12,14-דיטרטנוטילבנזו[g]כריסן
![HMBC של 12,14-דיטרטנוטילבנזו[g]כריסן](hmbc_files/dtbbgchmbc.gif)
הספקטרום מראה התאמות בעיקר תלת-קשריות יחד עם התאמות דו- וארבע-קשריות שהם בעיקר החלשות. התאמות חד-קשריים מדוכאים בעיקר אבל עדיין ניתן לראות דובלטים על המתילים של הטרטבוטילים. המספר הצפוי של קשרים הוא אחד הפרמטרים המשמשים לפענוח הספקטרום. התאמות דו-קשריות משייכים את tbu12q ל-34.24 חל"מ ו-tbu14q ל-38.94 חל"מ בעוד ההתאמות התלת-קשריות משייכות את C12 ו-14 ל-149.20 ו-147.27 חל"מ, בהתאמה. שאר של התאמות (תרשים 9) מוצגים בטבלה 3 והפענוח נעשה כך שהכי הרבה מההתאמות הם תלת-קשריות והכי מעט התאמות תלת-קשריות חסרות.
תרשים 9. האזור הרומטי של ספקטרום 2D HMBC של 12,14-דיטרטנוטילבנזו[g]כריסן
טבלה 3. טבלת התאמות של ספקטרום ה-HMBC של 12,14-דיטרטנוטילבנזו[g]כריסן שמראה את מספר הקשרים לכל התאמה: שחור לחזק, כחול לחלש and אדום לבלתי נראה
| C/H | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | tbu12 | 13 | tbu14 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3 | |||||||||||||
| 2 | 3 | |||||||||||||
| 3 | 3 | |||||||||||||
| 4 | 3 | |||||||||||||
| 4a | 3 | 3 | 3 | |||||||||||
| 4b | 3 | 3 | 3 | |||||||||||
| 5 | 3 | |||||||||||||
| 6 | 3 | |||||||||||||
| 7 | 3 | |||||||||||||
| 8 | 3 | |||||||||||||
| 8a | 3 | 3 | 3 | |||||||||||
| 8b | 3 | 2 | 3 | |||||||||||
| 9 | ||||||||||||||
| 10 | 3 | |||||||||||||
| 10a | 3 | |||||||||||||
| 11 | 3 | 3 | 3 | |||||||||||
| 12 | 2 | |||||||||||||
| tbu12q | 3 | 3 | 3 | |||||||||||
| tbu12Me | ||||||||||||||
| 13 | 3 | |||||||||||||
| 14 | 3 | |||||||||||||
| tbu14q | 3 | 2 | ||||||||||||
| tbu14Me | 3 | |||||||||||||
| 14a | 3 | 3 | 3 | |||||||||||
| 14b | 3 | 3 | ||||||||||||
| 14c | 3 |
ניתן לראות התאמה לטווח ארוך 1H-15N כאשר סיגנלי הפרוטון מספיק צרים. תרשים 10 מציג את ההתאמה לטווח ארוך 1H-15N עבור ציקוספורין A (תרשים 11).
תרשים 10. ספקטרום 2D 1H-15N HMBC של ציקלוספורין A
תרשים 11. מבנה של ציקלוספורין A
