Page 36 - No30

NMR SPEKTROSZKÓPIA

SZERKEZETI PARAMÉTEREK egy a J-csatolástól eltérő spin kölcsönhatáson, az ún. dipoláris
A B tér alkalmazásával tehát átmenetet idéztünk elő a két csatoláson alapszik. A J-csatolással ellentétben a dipoláris
1
energiaállapot között miközben egy ѵ = γB /2π frekvenciájú csatolás nem az elektronok közvetítésével, hanem téren át hat, és
0
fotont az atommag elnyelt a rádiófrekvenciás térből. Mivel a mag fordítottan arányos a kölcsönható magok távolságának a köbével
körüli elektronfelhő nagymértékben befolyásolja a mag (~1/r ). Ezt kihasználva atom-atom távolságok állapíthatók meg
3
mágneses árnyékoltságát (és ezáltal a mag által érzékelt külső a molekula egyes szegmensei között. (Pontosabban fogalmazva
mágneses teret), attól függően, hogy az egyes H (vagy más felső becslést tudunk adni az atomtávolságokra, amelyek
1
vizsgált) magok milyen elektronegativitású atommal vannak felhasználásával távolságkényszereket állíthatunk fel a molekula
kémiai kötésben, illetve milyen funkciós csoportok (pl. aromás atomjai között.) Sőt, mivel a dipoláris kölcsönhatás nem kötések
gyűrű) vannak a közelükben, egy adott molekulán belül is több mentén hat, akár molekulák közötti (intermolekuláris)
(egy makromolekula esetén több száz vagy több ezer) távolságkényszereket is megállapíthatunk, ami rendkívül fontos
rezonanciajelet kaphatunk a spektrumban. A rezonanciajelek a molekuláris kölcsönhatások tanulmányozásánál. A távolság,
frekvenciája (ún. kémiai eltolódás) minden egyes H atomra a ameddig “ellátunk” a csatoló magok giromágneses hányadosától
1
kémiai környezet függvénye, ami a vizsgált molekula függ. Oldatfázisban tipikusan a hidrogén atomok közötti
szerkezetéről árulkodó egyik legfontosabb NMR paraméter. dipoláris csatolást használjuk ki és állítunk fel 6 Å-nál rövidebb
Értékét a vizsgált mag abszolút rezonanciafrekvenciájával 1 H- H távolság kényszerfeltételeket, amelyeket az effektus
1
normálva, ún. ppm (parts per million) skálán adjuk meg. Erre felfedezőjéről NOE (nukleáris Overhauser effektus)
azért van szükség, mert a ΔE energiakülönbség és így a Hz-ben kontaktusoknak nevez a szakirodalom.
mért rezonanciafrekvencia függ a B tértől, így normálás nélkül
o
különböző terű készülékeken más és más értékeket kapnánk egy JELHOZZÁRENDELÉS ÉS
adott molekula rezonanciajeleire, ami nem lenne praktikus. SZERKEZETMEGHATÁROZÁS
A kémiai eltolódáson kívül egy másik fontos NMR paraméter a Míg kismolekulák NMR spektroszkópia vizsgálata során
csatolási állandó. A rezonanciajel ugyanis a legtöbb esetben nem gyakran egydimenziós spektrumokból is elegendő
egyetlen vonal (szingulett) a spektrumban, hanem az egymással információhoz jutunk (2b. ábra), nagyobb molekulák vizsgálata
kémiai kötésben lévő magok között az elektronok közvetítésével esetén a felbontás növelése érdekében két- vagy többdimenziós
megvalósuló ún. skaláris (J)-csatolás eredményeképpen - a mérésekhez kell folyamodnunk. Ezek lehetnek homo- ( H- H)
1
1
csatoló magok számától függően - dublett, triplett, kvartett, vagy vagy heterokorrelációs (pl. H- C, H- N) mérések. Jelentős
1
15
1
13
összetettebb multiplett. A jelfelhasadás oka, hogy a csatoló részük a skaláris (J)-csatolás segítségével teremt korrelációt az
spinek a B térhez képesti orientációjuknak megfelelően egyes atomok között, és a jelhozzárendelésben van szerepe.
0
csökkentik vagy növelik a kiszemelt spin számára érzékelhető Erre látunk példát a 3a. ábrán két egymással kombinációban
mágneses teret. Egy feles spinkvantumszámmal (I=1/2) alkalmazott mérés segítségével a fehérjegerinc asszignációjára.
rendelkező, H spin energiáját például egy vele J-csatolásban Amint ez megvan, értelmezni tudjuk a fehérje ún. ujjlenyomat-
A
levő H spin a külső mágneses térhez viszonyított két lehetséges spektrumát (3b. ábra), amelyen minden egyes keresztcsúcs egy-
B
térállásának megfelelően 50%-ban csökkenti, 50%-ban növeli, egy aminosav amid NH-csoportjának felel meg. Ilyen típusú
aminek következtében a ν rezonanciajel ν +1/2J és ν -1/2J spektrumok felvételével nyomon követhetjük a hőmérséklet, a
AB
A
AB
A
A
frekvencia értékeknek megfelelő dublettre hasad, ahol J a H pH, vagy éppen egy kölcsönható partner (ligandum, másik
AB
A
és H magok közötti skaláris csatolási állandó. Hasonlóan a H fehérje) okozta szerkezeti változásokat. A fehérjegerinc
B
B
spin rezonanciajele is dublettre hasad, hacsak nincs más csatoló hozzárendelését követi az oldallánc atomok kémiai
partnere a H -n kívül. Amennyiben más magokkal is csatol, úgy eltolódásainak meghatározása. Ezek esetében gyakran
A
a H jele bonyolultabb multiplett szerkezetet ölt a spektrumban kihasználjuk, hogy az aminosavak H atomjai jellegzetes
1
B
(2b. ábra). A multiplett vonalainak távolságából korrelációs mintázatokat adnak (3c. ábra).
meghatározhatjuk a csatolási állandókat. A kémiai eltolódás és a Amint azonosítottuk, hogy melyik rezonanciajel melyik
csatolási állandók ismeretében a vizsgált molekulában funkciós atomhoz tartozik a vizsgált molekulában, a következő lépés a
csoportokat, spinrendszereket azonosíthatunk. Ezt a folyamatot szerkezetmeghatározásban a távolságkényszerek felállítása. Egy
hívjuk jelhozzárendelésnek, idegen szóval asszignációnak. A fehérje molekulában például gyakran többezer NOE-effektuson
J-csatolás másik fontos tulajdonsága, hogy információval szolgál alapuló H- H távolságkényszert határozunk meg, majd ezek
1
1
az illető funkciós csoportok geometriájáról (pl. cisz-transz birtokában matematikai algoritmusok felhasználásával számítjuk
izoméria) valamint, hogy segítségével mágnesezettséget vihetünk ki az atomok háromdimenziós koordinátáit. A feladat ahhoz
át egyik spinről a másikra. hasonló, mintha a települések közötti távolságok ismeretében
Az NMR kísérlet során a rádiófrekvenciás impulzusokkal szeretnénk felrajzolni egy ország térképét. Fontos megjegyezni,
gerjesztett magok relaxációs folyamatok révén „igyekeznek” hogy a távolságkényszerek mellett más paraméterek is segítik a
visszatérni az alapállapotba. A relaxációs mechanizmusok egyike szerkezetmeghatározást. Ilyenek maguk a kémiai eltolódás
36 KÉMIAI PANORÁMA 30. SZÁM, 2025. ÉVFOLYAM