Азот-15 спектроскопия ядерного магнитного резонанса ( азот-15 ЯМР - спектроскопии , или просто 15 Н - ЯМР ) представляет собой версию спектроскопии ядерного магнитного резонанса , который исследует образцы , содержащие 15 ядро N. [1] 15 N ЯМР несколько отличается от более распространенных 13 C и 1 H ЯМР. Чтобы снять ограничение спина 1, обнаруженного в 14 N, в образцах для обнаружения используется 15 N ЯМР, поскольку он имеет спин в основном состоянии 1/2. Поскольку содержание 14 N составляет 99,64%, включение 15 N в образцы часто требует новых синтетических методов.[2]
Азот-15 часто используется в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), потому что в отличие от более распространенного азота-14, который имеет целочисленный ядерный спин и, следовательно, квадрупольный момент, 15 Н имеет дробный ядерный спин, равный половине, что дает преимущества для ЯМР, такие как более узкая ширина линии. Белки могут быть помечены изотопами, выращивая их в среде, содержащей азот-15 в качестве единственного источника азота. Кроме того, азот-15 используется для мечения белков в количественной протеомике (например, SILAC ).
Реализация [ править ]
15 N ЯМР имеет осложнения, не встречающиеся в спектроскопии ЯМР 1 H и 13 C. Естественное содержание 15 N в 0,36% приводит к значительному снижению чувствительности. Чувствительность усугубляется его низка гиромагнитного отношения (γ = -27,126 × 10 6 Т -1 с -1 ), который является 10,14% , что на 1 Н. отношение сигнал-шум для 1 H составляет около 300 раз больше , чем 15 N в том же магнитном поле. [3]
Физические свойства [ править ]
Физические свойства 15 N сильно отличаются от других ядер. Его свойства вместе с несколькими распространенными ядрами приведены в таблице ниже.
| Изотоп [4] | Магнитный дипольный момент ( μ N ) [3] | Число ядерного спина [3] | Естественное изобилие (%) [3] | Гиромагнитный коэффициент (10 6 рад с -1 Т -1 ) [3] | Частота ЯМР при 11,7 Тл (МГц) [3] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 ч | 2,79284734 (3) | 1/2 | ~ 100 | 267,522 | -500 |
| 2 ч | 0,857438228 (9) | 1 | 0,015 | 41,066 | -76,753 |
| 3 ч | 2,97896244 (4) | 1/2 | 0 | 285,349 | -533,32 |
| 10 млрд | 1,80064478 (6) | 3 | 19,9 | 28,747 | -53,718 |
| 11 млрд | 2,6886489 | 3/2 | 80,1 | 85,847 | -160,42 |
| 13 С | 0,7024118 (14) | 1/2 | 1.1 | 67 238 | -125,725 |
| 14 с.ш. | 0,40376100 (6) | 1 | 99,6 | 19,338 | -36,132 |
| 15 с.ш. | -0,28318884 (5) | 1/2 | 0,37 | -27,126 | 50,782 |
| 17 O | -1,89379 (9) | 5/2 | 0,04 | -36,281 | 67,782 |
| 19 F | 2,628868 (8) | 1/2 | ~ 100 | 251,815 | -470,47 |
| 31 P | 1,13160 (3) | 1/2 | ~ 100 | 108,394 | -202.606 |
Тенденции химических сдвигов [ править ]
Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) рекомендует использовать CH 3 NO 2 в качестве экспериментального стандарта; однако на практике многие спектроскописты вместо этого используют сжатый NH 3 (l). Для 15 N химические сдвиги, указанные для NH 3 (l), составляют 380,5 частей на миллион в более сильном поле по сравнению с CH 3 NO 2 (δ NH3 = δ CH3NO2 + 380,5 частей на миллион). Химические сдвиги для 15 N несколько непостоянны, но обычно они находятся в диапазоне от -400 до 1100 частей на миллион по отношению к CH 3 NO 2 . Ниже приводится краткое изложение 15Химические сдвиги N для обычных органических групп, относящиеся к NH 3 , химическому сдвигу которого присвоено значение 0 ppm. [5]
Гиромагнитное соотношение [ править ]
В отличие от большинства ядер, гиромагнитное отношение для 15 Н отрицательно. В случае явления прецессии спина знак γ определяет направление прецессии (по часовой стрелке или против часовой стрелки). Наиболее распространенные ядра имеют положительные гиромагнитные отношения, такие как 1 H и 13 C. [2] [3]
Приложения [ править ]
Таутомеризация [ править ]
15 N ЯМР используется в широком спектре областей от биологических до неорганических методов. Известным применением в органическом синтезе является использование 15 N для мониторинга равновесия таутомеризации в гетероароматических соединениях из-за резкого изменения сдвигов 15 N между таутомерами. [1]
ЯМР белков [ править ]
15 N ЯМР также чрезвычайно ценен в исследованиях ЯМР белков. В частности, введение трехмерных экспериментов с 15 N снимает двусмысленность в двумерных экспериментах с 13 C – 13 C. В твердотельном ядерном магнитном резонансе (SSNMR), например, 15 Н наиболее часто используются в импульсных последовательностях NCACX, NCOCX и CANcoCX.
Исследование азотсодержащих гетероциклов [ править ]
15 N ЯМР - наиболее эффективный метод исследования структуры гетероциклов с высоким содержанием атомов азота (тетразолов, триазинов и их аннелированных аналогов). [6] [7] Мечение 15 N с последующим анализом сочетаний 13 C– 15 N и 1 H– 15 N может быть использовано для установления структур и химических превращений азотных гетероциклов. [8]
INEPT [ править ]
Нечувствительные ядра, усиленные передачей поляризации (INEPT), представляют собой метод повышения разрешения сигнала. Поскольку 15 Н имеет гиромагнитное отношение, которое мало по величине, разрешение довольно низкое. Обычной последовательностью импульсов, которая значительно улучшает разрешение для 15 Н, является INEPT. INEPT - это элегантное решение в большинстве случаев, поскольку оно увеличивает поляризацию Больцмана и снижает значения T 1 (таким образом, сканирование короче). Кроме того, INEPT может учитывать отрицательные гиромагнитные отношения, тогда как обычный ядерный эффект Оверхаузера (NOE) не может.
См. Также [ править ]
- Гетероядерная одноквантовая когерентная спектроскопия (HSQC)
- Двумерная спектроскопия ядерного магнитного резонанса
- Спектроскопия ядерного магнитного резонанса тройного резонанса
Ссылки [ править ]
- ^ a b Витановски, М (1974). «Спектроскопия ЯМР азота». Чистая и прикладная химия. 37, стр. 225-233. DOI : 10,1351 / pac197437010225
- ^ а б в г М. Х. Левитт (2008). Спиновая динамика . ISBN компании John Wiley & Sons Ltd. 978-0470511176.
- ^ Б с д е е г ч Arthur G Palmer (2007). ЯМР-спектроскопия белков . Elsevier Academic Press. ISBN 978-0121644918.
- Перейти ↑ Stone, Nicholas J (2005). «Таблица ядерных магнитных дипольных и электрических квадрупольных моментов». Атомные данные и таблицы ядерных данных. 90 (1), стр. 75-176. DOI : 10.1016 / j.adt.2005.04.001
- ^ a b c Муни, EF; Уинсон, PH (1969). «Азотная магнитно-резонансная спектроскопия». Годовые отчеты по ЯМР-спектроскопии (2), стр 125-152. DOI : 10.1016 / S0066-4103 (08) 60321-X
- ^ Шестакова, Татьяна С .; Шенкарев, Захар О .; Деев, Сергей Л .; Чупахин Олег Н .; Халымбаджа, Игорь А .; Русинов, Владимир Л .; Арсеньев, Александр С. (27.06.2013). «Дальнодействующие связи 1H – 15N J, обеспечивающие метод прямого исследования структуры и азид-тетразольного равновесия в ряду азидо-1,2,4-триазинов и азидопиримидинов» (PDF) . Журнал органической химии . 78 (14): 6975–6982. DOI : 10.1021 / jo4008207 . ЛВП : 10995/27205 . ISSN 0022-3263 . PMID 23751069 .
- ^ Деев, Сергей Л; Парамонов, Александр С; Шестакова Татьяна С; Халымбаджа Игорь А; Чупахин Олег Н; Субботина Юлия О; Ельцов Олег С; Слепухин, Павел А; Русинов, Владимир Л (29.11.2017). «15N-Мечение и определение структуры адамантилированных азолоазинов в растворе» . Журнал органической химии Бейльштейна . 13 (1): 2535–2548. DOI : 10.3762 / bjoc.13.250 . ISSN 1860-5397 . PMC 5727827 . PMID 29259663 .
- ^ Деев, Сергей Л .; Халымбаджа, Игорь А .; Шестакова, Татьяна С .; Чарушин Валерий Н .; Чупахин Олег Н. (23.08.2019). «Мечение 15 N и анализ сочетаний 13C – 15N и 1H – 15N при изучении структуры и химических превращений азотных гетероциклов» . RSC Advances . 9 (46): 26856–26879. DOI : 10.1039 / C9RA04825A . ISSN 2046-2069 .
