Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_1

125 MHz 13C NMR Spektrum 500 MHz 1H NMR Spektrum

13245

6

79

108ACBE DI H GFJ

CH3O

H3C CH3

9F

7

10

4

8 5

6J

G D

E

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_2

CH3O

H3C CH3

9F

7

10

4

8 5

6J

G D

E

2B

ppm

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 ppm

220

ppm

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 ppm

50

40

30

20

10

500 MHz 1H-13C HMBC Spektrum

2

J

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_3

Bislang basierten alle Zuordnungen auf der J-Kopplung nJIS zwischen zwei Spins I und S,

d.h. darauf, dass die beiden Spin tragenden Kerne über n Bindungen miteinander verbunden sind.

nJIS

I

S

Für die Strukturaufklärung muss/kann darüber hinaus eine weitere Wechselwirkung genutzt werden,

die im Raum wirkt, d.h. vom Abstand rIS abhängt : die dipolare Wechselwirkung.

Auf ihr beruht der „Nuclear Overhauser Effect (NOE) mit I (NOE) ~ rIS-6

Wegen der starken Abhängigkeit dieses Effekts von rIS können nur Abstände bis zu 4 Å, in seltenen

Fällen bis 5 Å gemessen werden.

rIS

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_4

CH3O

H3C CH3

9F

7

10

4

8 5

6J

G D

E

2B

~2.8 Å

~2.8 Å

CH3O

H3C CH3

9F

7

10

4

8 5

6J

G D

E

2B

~4.0 Å

~4.0 Å

Abstände im Campher: Unterscheidung der CH3 Gruppen durch Detektion der dipolaren Wechselwirkung zu den CH2 Protonen

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_5

7. Mehrdimensionale NMR Spektroskopie

7.1 Messprinzip der mehrdimensionalen NMR

7.2 Klassifikation der zwei -und mehrdimensionalen Experimente

7.3 Homonukleare Experimente- J-aufgelöste Spektroskopie - COSY- NOESY

7.4 Heteronukleare 2D-Experimente- HMQC - HMBC

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_6

2-Spin-System IS

Gleichgewichtszustand (symbolische Besetzungszahlen)

Sät

tigun

g d e

r S

-Lin

i e

W2

W0

W0

W2

W1I

W1S

W1S

W1I

MzI/ M0I = 1+(W2-W0) (2W1I+W2+W0)-1 (S/I)

MzI/ M0I = 1+ (S/2I)

A

B

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_7

MzI/ M0I = 1+(W2-W0) (2W1I+W2+W0)-1 (S/I)

Kreuzrelaxationsrate (der Dipol-Dipol-Wechselwirkung)

Dipolare longitudinale Relaxationsrate (T1DD)

Die Relaxationsraten sind abhängig von der Dynamik des Moleküls; die Korrelationszeit der Umorientierung eines Moleküls sei mit c beschrieben. Nach Neuhaus/Williamson („The Nuclear Overhauser Effect“, VCH 1989) gilt dann:

W0 = 1/10·D2 · c/(1+(I-S)2 · c2)

W2 = 3/5·D2 · c/(1+(I+S)2 ·c)

W1I = 3/20·D2 · c/(1+I2 · c

2)

mit

D = (0/4)ISrIS-3 (dipolare Kopplungskonstante)

Kleine Moleküle: W2 > W0 => positiver NOEMacromoleküle, viskose Flüssigkeiten, Festkörper: W0> W2 => negativer NOE

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_8

1H

NOE Differenz-Spektroskopie

Sättigung der S-Resonanz

Sättigung der 1H Resonanz

1H NMR Spektrum

1H NMR NOE Differenz-Spektrum

~2.7 Å

a) Messung des konventionellen 1H NMR Spektrums b) Messung mit Sättigung der S-Resonanzc) Differenzbildung b-a

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_9

NOE Differenz-Spektroskopie

CH3O

H3C CH3

9F

7

10

4

8 5

6J

G D

E

2B

~2.8 Å

~2.8 Å

a

b

c

2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 ppm

10 9

1

A1 C3

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_10

NOE Differenz-Spektroskopie

CH3O

H3C CH3

9F

7

10

4

8 5

6J

G D

E

2B

~2.8 Å

~2.8 Å

A1 C3

2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 ppm

9 8 3

1H NMR Spektrum

1H NMR NOE Differenz-Spektrum

(aus Neuhaus/Williamson,„The Nuclear Overhauser Effect“)

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_11

2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy

Die Molekülgröße bestimmt m:a) bei kleinen Molekülen 500 ms…1sb) Peptide 100…400 msc) Proteine 50…200 ms

NOESY Spektrum:a)symmetrische Kreuzpeaks mit pos. Intensitätb)Diagonalpekas mit neg. Intensität

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_12

2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy

CH3O

H3C CH3

9F

7

10

4

8 5

6J

G D

E

2B

~2.8 Å

~2.8 Å

A1 C3

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_13

2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy

CH3O

H3C CH3

9F

7

10

4

8 5

6J

G D

E

2B

~2.8 Å

~2.8 Å

A1 C3

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_14

2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy

In Abhängigkeit vom Magnetfeld und der Korrelationszeit der Bewegungbeobachtet man A)einen positiven NOEB)keinen NOE oderC)einen negativen NOE

(aus Neuhaus/Williamson,„The Nuclear Overhauser Effect“) A

B

C

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_15

2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy

CH2

OH

COOH

OH

COOH

CH2

Pamoasäure

2.7Å

positiver NOE

negativer NOE

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_16

Beispiel: Peptid (6 Aminosäuren)

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_17

Beispiel: Peptid (6 Aminosäuren)

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

NMR -6_18

Bestimmung der Sekundärstruktur Eichung der NOESY Peak-Intensitäten

Die Bestimmung der Struktur großer Biomoleküle ( Peptide, Proteine, DANN etc.) bedarf der Kombinationaller verfügbaren mehrdimensionalen NMR Methoden zur Ermittlung vonA)KonnektivitätenB)Abständen undC)Winkeln