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