Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)

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1 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
7 9 10 6 8 J I H GF E D CB A 2 5 4 3 1 125 MHz 13C NMR Spektrum 500 MHz 1H NMR Spektrum NMR -6_1

2 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
2 J 500 MHz 1H-13C HMBC Spektrum NMR -6_2

3 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
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 NMR -6_3

4 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
Abstände im Campher: Unterscheidung der CH3 Gruppen durch Detektion der dipolaren Wechselwirkung zu den CH2 Protonen ~4.0 Å ~2.8 Å ~4.0 Å ~2.8 Å NMR -6_4

5 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
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 NMR -6_5

6 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
bb A ab W1S ba W1I W0 aa W1S W1I 2-Spin-System IS MzI/ M0I = 1+(W2-W0) (2W1I+W2+W0)-1 (gS/gI) MzI/ M0I = 1+ (gS/2gI) Gleichgewichtszustand (symbolische Besetzungszahlen) Sättigung der S-Linie B W2 W2 W0 NMR -6_6

7 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
MzI/ M0I = 1+(W2-W0) (2W1I+W2+W0)-1 (gS/gI) 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 tc beschrieben. Nach Neuhaus/Williamson („The Nuclear Overhauser Effect“, VCH 1989) gilt dann: W0 = 1/10·D2 · tc/(1+(wI-wS)2 · tc2) W2 = 3/5·D2 · tc/(1+(wI+wS)2 · tc2) W1I = 3/20·D2 · tc/(1+wI2 · tc2) mit D = (m0/4p)gIgSrIS-3 (dipolare Kopplungskonstante) Kleine Moleküle: W2 > W0 => positiver NOE Macromoleküle, viskose Flüssigkeiten, Festkörper: W0> W2 => negativer NOE NMR -6_7

8 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
NOE Differenz-Spektroskopie Messung des konventionellen 1H NMR Spektrums Messung mit Sättigung der S-Resonanz Differenzbildung b-a 1H Sättigung der S-Resonanz Sättigung der 1H Resonanz ~2.7 Å 1H NMR NOE Differenz-Spektrum 1H NMR Spektrum NMR -6_8

9 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
NOE Differenz-Spektroskopie ~2.8 Å c b a 1 10 9 NMR -6_9

10 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
NOE Differenz-Spektroskopie ~2.8 Å 9 8 3 1H NMR Spektrum 1H NMR NOE Differenz-Spektrum (aus Neuhaus/Williamson, „The Nuclear Overhauser Effect“) NMR -6_10

11 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy Die Molekülgröße bestimmt tm: a) bei kleinen Molekülen 500 ms…1s b) Peptide 100…400 ms c) Proteine 50…200 ms NOESY Spektrum: symmetrische Kreuzpeaks mit pos. Intensität Diagonalpekas mit neg. Intensität NMR -6_11

12 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy C3 A1 ~2.8 Å NMR -6_12

13 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy C3 A1 ~2.8 Å NMR -6_13

14 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy In Abhängigkeit vom Magnetfeld und der Korrelationszeit der Bewegung beobachtet man einen positiven NOE keinen NOE oder einen negativen NOE (aus Neuhaus/Williamson, „The Nuclear Overhauser Effect“) A B C NMR -6_14

15 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
2D NOESY: Nuclear Overhauser Spectroscopy 2.7Å CH2 Pamoasäure positiver NOE negativer NOE NMR -6_15

16 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
Beispiel: Peptid (6 Aminosäuren) NMR -6_16

17 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
Beispiel: Peptid (6 Aminosäuren) NMR -6_17

18 Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV)
Bestimmung der Sekundärstruktur Eichung der NOESY Peak-Intensitäten Die Bestimmung der Struktur großer Biomoleküle ( Peptide, Proteine, DANN etc.) bedarf der Kombination aller verfügbaren mehrdimensionalen NMR Methoden zur Ermittlung von Konnektivitäten Abständen und Winkeln NMR -6_18