Hochauflösende Probenköpfe für 19F NMR Anwendungen · Innovation with Integrity), lat. Aitor Moreno Vierzigste Bruker NMR Benutzertagung 2016, Karlsruhe . 09. November 2016 . Hochauflösende

Innovation with Integrity

Aitor Moreno Vierzigste Bruker NMR Benutzertagung 2016, Karlsruhe 09. November 2016

Hochauflösende Probenköpfe für 19F NMR Anwendungen

Fluorit (CaF2), lat. fluores

Wieso 19F NMR?

• I=1/2, 100% nat. Häufigkeit

• 𝛾 19𝐹𝛾 1𝐻

= 94.09%

• Grosser chemischer Verschiebungsbereich (+440 bis -450 ppm) • Hohe Empfindlichkeit von 19F gegenüber der chemischen Umgebung • Referenzsubstanz: CCl3F (δF =0ppm)

• Verwendung von 19F in Pharmazeutika:

• Höhere metabolische Stabilität • Erhöhte Membran Permeabilität • Erhöhte Affinität zum Ziel-Enzym

• 19F enthaltende Insektizide / Herbizide / Fungizide

• 19F enthaltende synthetische Polymere

2

3 3

19F NMR Anwendungen

• Probenkopf Aufbau (Innere/Äussere Spule)

• Doppel Resonanz Anwendungen • BBO H&F • BBFO SmartProbe

• Tripel Resonanz Anwendungen

• TXO Probe • TBO Probe

• CryoProben für höchste 19F Empfindlichkeit • TCI H&F Cryoprobe • QCIF Cryoprobe

RF Design & RF Effizienz: B1 / ISpule

Wie lässt sich die RF Effizienz verbessern?

S

N

UI

UN

ω . Mo . V . η . (B1 / ISpule)

4 . k . ∆f . R . T α α

• Optimiere RF Spulen Design & RF Spulen Material

• Verkleinere RF Spulen Durchmesser

4

Probenkopf Aufbau

X-Kern innere Spule: “OBSERVE” Proton innere Spule: “INVERSE”

1H (Proton) X-Kern

Breitband

Doppelresonanz Breitband Inverse BBI

Doppelresonanz Breitband Observe BBO

{109Ag – 31P}

5

Probenkopf Aufbau

X-Kern innere Spule: “OBSERVE” Proton innere Spule: “INVERSE”

1H (Proton) X-Kern

Breitband

1H (Proton) X-Kern Breitband

Doppelresonanz Breitband Inverse BBI

Doppelresonanz Breitband Observe BBO

6

7.07.27.47.67.88.08.28.48.68.8 ppm 7.07.27.47.67.88.08.28.48.68.8 ppm

BBI BBO

7.07.27.47.67.88.08.28.48.68.8 ppm 7.07.27.47.67.88.08.28.48.68.8 ppm

BBI BBO

BBI

(Proton innere Spule) BBO

(Proton äussere Spule)

1H Empfindlichkeit von BBI und BBO

1H NMR, Cyclosporin 7

BBI (13C äussere Spule)

BBO (13C innere Spule)

13C DEPT135, Cyclosporin

13C Empfindlichkeit von BBI und BBO

8

9 9

19F NMR Anwendungen






BBO Aufbau Erweiterung auf 19F

BBO H&F

BBF {109Ag – 31P, 19F}

1H 1H / 19F

BB {109Ag – 31P}

BBFO SmartProbe

10

1H oder 19F

BBO H&F Abgestimmt auf H

BBO H&F

1H / 19F

BB {109Ag – 31P} F O

F3C FF

H

2JH,F

Abgestimmt auf 1H

1H NMR

11 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl-ethyl-ether in CDCl3

2JH,F

2JH,F

BBO H&F Abgestimmt auf F

BBO H&F

1H / 19F

BB {109Ag – 31P}

F O

F3C FF

H

Abgestimmt auf 19F

19F NMR

12

2JH,F

1H{19F}

1H

1H

BBF: 19F

BBFO SmartProbe

BBFO SmartProbe

BBF: Abgestimmt auf 19F

2JH,F

1H NMR

13

19F

19F{1H}

F O

F3C FF

H

1D 19F NMR mit 1H Entkopplung

BBFO SmartProbe

14

3700:1

8060:1

19F Empfindlichkeit - mit und ohne 1H Entkopplung

15

TFT Hexafluoropropylethyl-ether

F O

F3C FF

H

Fluoro-uracil

400MHz, lb=0.5Hz, 1ppm noise range

SNR ratio (decoupled/coupled) 2.2 5.6

19F

19F{1H}

2.7

BBFO SmartProbe

19F - 1H Korrelationen 2D HOESY

16

-8.5

-8.3

Log(m2/s) F O

F3C FF

H

1H DOSY

ohne und mit 19F Entkopplung

BBFO SmartProbe

17

Standard Probe Mit 19F Grundsignal Minderungsmassnahmen

• SmartProbe Versatiler Probenkopf für verschiedene Anwendungen

SmartProbe 19F Grundsignal

18

• 19F Grundsignal Minderungsmassnahmen sind Standard bei folgenden Probenkopf Typen:

19F Grundsignal Optimierung

19

Inverse Observe SEF

TXI (HFC) TXO (CFH) TBO (BB-H/F)

QXI QXO QCI

Für alle anderen Probenköpfe sind 19F Grundsignal Minderungsmassnahmen optional, insbesondere auch alle «H&F» Köpfe

• Cryoproben Version des SmartProbe Designs

• Alle 19F{1H} und 1H{19F} Experimente möglich

1H

BBF {15N - 31P, 19F}

CP BBFO

BBFO CryoProbe

20

DNA/RNA NMR: Fokus auf 19F

• 1H/19F COSY, HOESY, NOESY, HSQC und HMBC Experimente

2’-Fluoro-ribose: 1H/19F COSY (oben) HOESY (unten)

H1’ H2’ H3’

Courtesy Clemens Anklin 21

1’

22 22

19F NMR Anwendungen






Tripel Resonanz Anwendungen – simultane BB Entkopplung auf zwei Kernen

BB Entkopplung 1H

13C

19F BB Entkopplung

BB Entkopplung 1H

19F

19F{1H}, 1H{19F} 13C{1H,19F}, 19F{1H,13C}, 1H{19F,13C}

Doppel Resonanz:

Tripel Resonanz:

SmartProbe 2 RF channels 1 Proton amplifier (QNP switch)

TXO or TBO probe 3 RF channels 2 Proton amplifiers

23

24 24

Tripel Resonanz 19F Anwendungen mit TXO Proben (13C, 19F, 1H)

• 19F{1H}, 1H{19F} sowie 13C{1H,19F}, 19F{1H,13C}, 1H{19F,13C}

• TXO Proben verfügbar in zwei Versionen: • Priorität auf 19F (F/C/H) • Priorität auf 13C (C/F/H)

• VT Bereich: -150 bis +180° C

• 19F Grundsignal Minderungsmassnahmen

• Volle Automation für alle Experimente with C, F & H

1H & 19F

13C

Priorität auf 13C: TXO C/F/H

19F Sensitivity: 0.05% Trifluorotoluol in CDCl3

19F Empfindlichkeit mit 1H Entkopplung SiNo: 827:1 (lb=0.5 Hz; 1 ppm noise region)

400MHz TXO Probe mit Priorität auf 19F

25

1D 1H NMR

F O

F3C FF

H


26

1H

1H{19F}

1H{19F,13C}

* Verunreinigung

* * * *

1D 1H NMR mit 19F und 13C Entkopplung


27

19F

19F{1H}

F O

F3C FF

H



28

19F

19F{1H}

F O

F3C FF

H



29

19F{13C}

19F

19F{13C,1H} F O

F3C FF

H

1D 19F NMR mit 1H und 13C Entkopplung


30

F O

F3C FF

H

1H, 13C HMBC


31

F O

F3C FF

H

1H, 13C HMBC mit 19F Entkopplung in F1


32

33 33

Tripel Resonanz 19F Anwendungen mit TXO Proben

• 19F{1H}, 1H{19F} sowie 13C{1H,19F}, 19F{1H,13C}, 1H{19F,13C}

• TXO Proben verfügbar in zwei Versionen: • Priorität auf 19F (F/C/H) • Priorität auf 13C (C/F/H)

• VT Bereich: -150 bis +180° C

• 19F Grundsignal Minderungsmassnahmen

• Volle Automation für alle Experimente with C, F & H

1H & 19F

13C

Priorität auf 13C: TXO C/F/H

19F Priorität (F/C/H)

1D 13C NMR mit 1H und 19F Entkopplung

400MHz TXO Probe mit Priorität auf 13C

13C Priorität (C/F/H)

34

19F decoupling at -76 ppm

19F decoupling at -212 ppm

No 19F decoupling

1D 13C NMR mit 1H und 19F Entkopplung


35

F O

F3C FF

H

1H, 13C HSQC


36

1H, 13C HSQC Ohne 19F Entkopplung 19F Entkopplung in F2 19F Entkopplung in F2 und F1


37

38 38

19F NMR Anwendungen






5mm TBO BB-F/H Probe

• Empfindlichkeit optimiert auf X Kern Detektion

• Tripel Resonanz: X-F-H mit X als Breitband

• BB Breitband (31P-15N) • Volle Automation für alle Experimente mit

X, F & H

1H & 19F

BB {15N – 31P}

TBO BB-F/H

39

10 mg Fluorouracil in 0.5 ml DMSO-d6 • 19F, 13C HSQC (mit 1H Entkopplung) • ns = 1 • 2k x 128 Datenpunkte

• 2.5 min. Aufnahmedauer

ppm

-170.0 -170.5 -171.0 -171.5 -172.0 -172.5 ppm

125

130

135

140

145

150

155

160

5mm TBO BB-F/H Probe

40

41 41

19F NMR Anwendungen






CryoProbe: RF Spulen Temperatur

S

N

UI

UN

ω . Mo . V . η . (B1/ISpule)

4 . k . ∆f . R . T α α

S/N versus Temperatur (K)

2

3

4

1 25K 293K

CryoProbe (He, ~20K)

CryoProbe Prodigy (N2, ~85K)

42

H&F CryoProben

• H&F CryoProben mit 1H Spule abstimmbar auf 19F

• Proben mit höchster 19F Empfindlichkeit

(ohne 1H Entkopplung)

• 19F{1H} und 1H{19F} Experimente nicht möglich

• Gut für 19F falls keine Alternative verfügbar ist

• Geeignet für 19F bei breiten Linien (PrOF NMR) 13C & 15N

1H / 19F

TCI H&F

43 PrOF NMR: Protein Observed Fluor NMR

• H/F/C/N Probe, fixe Frequenzen für Proton, Fluor, Carbon und

Nitrogen

• Proben mit höchster 19F Empfindlichkeit

(mit 1H Entkopplung)

• Alle 19F{1H} und 1H{19F} Experimente möglich

• Ermöglicht jede Kern Kombination

mit 4 Kanal Spectrometer

• Geeignet für 19F Ligand basiertes Screening

13C & 15N

1H & 19F

QCI HFCN

QCI HFCN CryoProbe

44

19F markierter Ligand in Protein Komplex

PROTEIN: 18kDa, < 1mM 19F LIGAND: 2-facher Überschuss

gebundener Ligand Linienbreite = 18Hz

1D 19F{1H} NMR

Spin Echo CPMG freier Ligand Linienbreite = 4Hz

QCIF CryoProbe 45

Acknowledgements

• Applikationskollegen Bruker Biospin Rainer Kümmerle, Helena Kovacs, Clemens Anklin

• R&D Bruker BioSpin

Danke!

© Copyright Bruker Corporation. All rights reserved.

Innovation with Integrity

Copyright © 2011 Bruker Corporation. All rights reserved. www.bruker.com

Hochauflösende Probenköpfe für 19F NMR Anwendungen · Innovation with Integrity), lat. Aitor Moreno Vierzigste Bruker NMR Benutzertagung 2016, Karlsruhe . 09. November 2016 . Hochauflösende

Documents