Спектроскопия ядерного магнитного резонанса на азоте-15. Nitrogen-15 nuclear magnetic resonance spectroscopy
Азот-15 спектроскопия ядерного магнитного резонанса ( азот-15 ЯМР - спектроскопии , или просто 15 Н - ЯМР ) представляет собой версию спектроскопии ядерного магнитного резонанса , который исследует образцы , содержащие 15 ядро N. 15 N ЯМР несколько отличается от более распространенных 13 C и 1 H ЯМР. Чтобы снять ограничение спина 1, обнаруженного в 14 N, в образцах для обнаружения используется 15 N ЯМР, поскольку он имеет спин в основном состоянии 1/2. Поскольку содержание 14 N составляет 99,64%, включение 15 N в образцы часто требует новых синтетических методов.
Азот-15 часто используется в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), потому что в отличие от более распространенного азота-14, который имеет целочисленный ядерный спин и, следовательно, квадрупольный момент, 15 Н имеет дробный ядерный спин, равный половине, что дает преимущества для ЯМР, такие как более узкая ширина линии. Белки могут быть помечены изотопами, выращивая 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
15 N ЯМР имеет осложнения, не встречающиеся в спектроскопии ЯМР 1 H и 13 C. Естественное содержание 15 N в 0,36% приводит к значительному снижению чувствительности. Чувствительность усугубляется его низка гиромагнитного отношения (γ = -27,126 × 10 6 Т -1 с -1 ), который является 10,14% , что на 1 Н. отношение сигнал-шум для 1 H составляет около 300 раз больше , чем 15 N в том же магнитном поле.
Физические свойства
Физические свойства 15 N сильно отличаются от других ядер. Его свойства вместе с несколькими распространенными ядрами приведены в таблице ниже.
Изотоп | Магнитный дипольный момент ( μ Н ) |
Число ядерных спинов |
Естественное изобилие (%) |
Гиромагнитное отношение (10 6 рад с −1 T −1 ) |
Частота ЯМР при 11,7 Тл (МГц) |
---|---|---|---|---|---|
1 ч | 2,79284734 (3) | 1/2 | ~ 100 | 267,522 | -500 |
2 ч | 0,857438228 (9) | 1 | 0,015 | 41,066 | -76,753 |
3 ч | 2,97896244 (4) | 1/2 | 0 | 285,349 | -533,32 |
10 млрд | 1,80064478 (6) | 3 | 19,9 | 28,747 | -53,718 |
11 млрд | 2,6886489 | 3/2 | 80,1 | 85,847 | -160,42 |
13 С | 0,7024118 (14) | 1/2 | 1.1 | 67 238 | -125,725 |
14 с.ш. | 0,40376100 (6) | 1 | 99,6 | 19,338 | -36,132 |
15 с.ш. | -0,28318884 (5) | 1/2 | 0,37 | -27,126 | 50,782 |
17 O | -1,89379 (9) | 5/2 | 0,04 | -36,281 | 67,782 |
19 F | 2,628868 (8) | 1/2 | ~ 100 | 251,815 | -470,47 |
31 P | 1,13160 (3) | 1/2 | ~ 100 | 108,394 | -202.606 |
Тенденции химического сдвига
Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) 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, относящиеся к NH 3 (l), составляют 380,5 частей на миллион в более сильном поле по сравнению с CH 3 NO 2 (δ NH3 = δ CH3NO2 + 380,5 частей на миллион). Химические сдвиги для 15 N несколько непостоянны, но обычно они находятся в диапазоне от -400 до 1100 частей на миллион по отношению к CH 3 NO 2 . Ниже приводится сводка химических сдвигов 15 N для обычных органических групп, относящихся к NH 3 , химическому сдвигу которого присвоено значение 0 ppm.
Гиромагнитное соотношение
В отличие от большинства ядер, гиромагнитное отношение для 15 Н отрицательно. В случае явления прецессии спина знак γ определяет направление прецессии (по часовой стрелке или против часовой стрелки). Наиболее распространенные ядра имеют положительные гиромагнитные отношения, такие как 1 H и 13 C.
Приложения
Таутомеризация
15 N ЯМР используется в широком спектре областей 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 сдвигов 15 N между таутомерами.
ЯМР белков
15 N ЯМР также чрезвычайно ценен в исследованиях ЯМР белков. В частности, введение трехмерных экспериментов с 15 N снимает двусмысленность в двумерных экспериментах с 13 C – 13 C. В твердотельном ядерном магнитном резонансе (SSNMR), например, 15 Н наиболее часто используются в импульсных последовательностях NCACX, NCOCX и CANcoCX.
Исследование азотсодержащих гетероциклов.
15 N ЯМР - наиболее эффективный метод исследования структуры гетероциклов с высоким содержанием атомов азота (тетразолов, триазинов и их аннелированных аналогов). Мечение 15 N с последующим анализом сочетаний 13 C– 15 N и 1 H– 15 N может быть использовано для установления структур и химических превращений азотных гетероциклов.
INEPT
Нечувствительные ядра, усиленные передачей поляризации (INEPT), представляют собой метод повышения разрешения сигнала. Поскольку 15 Н имеет гиромагнитное отношение, которое мало по величине, разрешение довольно низкое. Обычной последовательностью импульсов, которая значительно улучшает разрешение для 15 Н, является INEPT. INEPT - это элегантное решение в большинстве случаев, поскольку оно увеличивает поляризацию Больцмана и снижает значения T 1 (таким образом, сканирование короче). Кроме того, INEPT может учитывать отрицательные гиромагнитные отношения, тогда как обычный ядерный эффект Оверхаузера (NOE) не может.
Смотрите также
- Гетероядерная одноквантовая когерентная спектроскопия (HSQC)
- Двумерная спектроскопия ядерного магнитного резонанса
- Спектроскопия ядерного магнитного резонанса тройного резонанса