A detailed protocol describing the SSTD NMR method is presented here to help new users apply this new method to obtain the kinetic parameters of their own systems undergoing chemical exchange.
Bu ayrıntılı bir protokol son zamanlarda geleneksel yöntemlerle analiz etmek zordur karşılıklı site kimyasal değişimi süreçlerini incelemek için grubumuza geliştirilen yeni Spin Doygunluk Transferi Farkı Nükleer Manyetik Rezonans protokolü (SSTD NMR), açıklanır. Adından da anlaşılacağı gibi, bu yöntem, (build doygunluk sürelerini artırarak boyunca geçici sıkma doygunluk transferini ölçerek Doygunluk Transferi Fark protein-ligand etkileşimleri çalışma için kullanılan (STD) NMR yöntemi ile küçük moleküller için kullanılan Spin Doygunluk Transferi yöntemi, birleştirir kimyasal değişimini geçiren küçük organik ve organometalik moleküllerde-up eğrileri).
Mevcut olanlar üzerinde Bu yöntemin avantajları şunlardır: alışverişi sinyallerin kaynaşmasını ulaşmak için bir ihtiyaç vardır; yöntem, izole edilir alışverişi sitelerin bir sinyal olduğu sürece uygulanabilir; T 1 ölçülmesi ya da kalıcı hal doygunluk ulaşmak için bir ihtiyaç vardır; hız sabiti vaFrengi doğrudan ölçülür, ve T, 1 değerleri deney yalnızca bir dizi kullanarak, aynı deneyde elde edilir.
Yöntemi test etmek için, çok veri karşılaştırması için uygun olan N, N -dimethylamides arasında engellenmiş rotasyon dinamiklerini inceledik. SSTD kullanılarak elde edilen termodinamik parametreler bildirilen olanlar (spin-doygunluk transfer teknikleri ve hat-şekil analizi) çok benzer. metot, önceki metotlarda incelenebilir değil daha zorlu substratlara uygulanabilir.
Biz basit deneysel kurmak öngören ve yüzeylerde çok çeşitli yöntem geniş uygulanabilirliği bu NMR geniş uzmanlık olmadan organik ve organometalik kimyacılar arasında ortak bir tekniktir yapacaktır.
Kimyasal değişim genellikle bir çekirdek kendi NMR parametreleri (kimyasal kayma, skaler birleştirme, iki kutuplu birleştirme, gevşeme oranı) farklı olan başka bir ortamdan hareket eden herhangi bir molekül arası ya da molekül için işleme değinmektedir. Orada organik ve organometalik moleküller (biariller örneğin, dönme engeller, halka saygısız engelleri ve yapısal denge, azot inversiyon, ligand bağlanma, dejenere ligand değişimi ve totomerizasyonu) kimyasal değişim sayısız örnekler 1-3. Olan kimyasal döviz kuru ile ilgilidir değişim sürecinin bariyer termodinamik ve bu nedenle çalışma önem taşımaktadır bu sistemlerin moleküler dinamiklerini anlamak.
NMR dinamik değişim klasik belirtisi sıcaklık değişimlerine NMR sinyallerinin hat-şeklinde dramatik bir değişimdir. Düşük sıcaklıklarda, işlemi yavaştır ve iki farklı kimyasal kaymalar glikozu olanved. Yüksek sıcaklıklarda, iki sinyal "birleşme" olarak bilinen bir sinyal, birleştirilir. ara sıcaklıklarda da, sinyallerin çok geniş hale gelir. Kimyasal değişimi NMR spektrumunun Bu hassasiyet NMR çözeltide molekül dinamiklerini incelemek için çok güçlü bir yöntem yapar. Iki yöntem esas çözelti içinde dinamik süreçlerin çalışmada kullanılmıştır. Line-şekil analizi, 4-7 ve spin doygunluk transfer deneyleri 8-9 yanında, aynı zamanda için inversiyon transfer yöntemi 10 ve Çıfıt programı 11 belirtmekte yarar var basit sistemlerde değişim ölçümleri için görece verimli bir yaklaşım olan oran sabitleri, doğrudan çıkarma. Bu yöntemler, genellikle çok iyi sonuçlar vermesine rağmen, bunların, ancak, bir takım mahsurları vardır. Line-şekil analizinde en büyük dezavantajı bazı örneklerde kaynaşmayı ulaşmak için gerekli olan yüksek sıcaklıkları. 12 ana konu ne zaman ca dikkatedışarı rrying sıkma doygunluk transferi deneyleri şunlardır: alışverişi siteler arasında kararlı durum doygunluk transferi ulaşmak için gerekli çok uzun doygunluk süreleri ve zor olabilir sabit uzunlamasına gevşeme zamanı, T 1 belirlemek için ihtiyaç farklı örtüşme varsa araştırmanın bölgedeki sinyaller. 13
Organometalik mekanizmalar araştırmalarının bir parçası olarak, 14-16 grubumuz çözümün platin-allene komplekslerinin değişen davranışlarını okuyor. Bu en az üç farklı süreçler, allen ekseninin biri etrafında metal π-yüz değişimi veya rotasyon olmak bunlardan biri içeren karmaşık bir iştir. Biz, 17-19 nedeniyle bir birleşme sıcaklığı yapılan bizim platin allen kompleksi içinde çok yavaş rotasyona, bizim çalışmamızda uygun değildi VT deneyleri ve benzeri sistemlerde daha önce istihdam edilmiştir çizgi şeklinde analiz teknikleri, normal olduğunu karşılaştı sigkompleksin ayrışma sıcaklığından daha yüksek ilgi Nals.
Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, biz geliştirdik ve son zamanlarda karşılıklı site kimyasal değişimi süreçlerini incelemek için yeni bir NMR protokolü (SSTD NMR) bildirdi. 20 isim bu yöntem, küçük moleküller için kullanılan Spin Doygunluk Transferi yöntemi birleştiren anlaşılacağı gibi doygunluk transferi Farkı NMR yöntemi kimyasal değişimini geçiren küçük moleküller doygunluk sürelerini (build-up eğrileri) artan boyunca geçici sıkma doygunluk transferini ölçerek, protein-ligand etkileşimleri çalışma, 21-24 için istihdam.
Bu yeni yöntem (SSTD NMR) ile biz geleneksel yaklaşımlardan bazı ek avantajlara sahip küçük organik ve organometalik moleküller molekül içi kimyasal değişim kinetik parametrelerini elde edebilirsiniz göstermiştir: sinyallerin birleşme gerekli değildir, bu yüzden daha esnek bir sıcaklık aralığı kullanılabilirçalışmada; değişimi rezonanslar en az bir izole edilmiş olmalıdır, ancak sinyal çakışması, müdahale etmeyen; T 1 ölçülmesi ya da kalıcı hal doygunluk ulaşmak için bir ihtiyaç vardır; hız sabiti değerleri doğrudan ölçülür ve T, 1 değerleri deney yalnızca bir dizi kullanarak, aynı deneyde elde edilir. SSTD NMR metodoloji başka önemli bir avantajdır analizi olarak doğrusal aksine, kinetik hız sabitlerinin belirlenmesi yüksek manyetik alanlar ile bağlantılı birleşme sıcaklık artışı ile sınırlı değildir, yani. Böylece, bizim metodoloji sonra çok iyi düşük ve yüksek manyetik alanlar hem ayrılır. Bu makalede, yeni kullanıcıların kimyasal değişimini geçiren kendi sistemlerine bu yeni yöntemi uygulamak yardımcı olmak için tasarlanmıştır ve numune hazırlama, deneysel set up, veri toplama ve basit bir organik molekülün veri işleme ve analiz bir örnek açıklar.
One of the more obvious advantages of this methodology is that the rate constants and the relaxation time for a given temperature can be obtained with a single set of experiments, with a robust pulse sequence (the same used for STD experiments to study protein-ligand interactions, which is typically found within the available set of experiments from the spectrometer manufacturer). This simplifies the experimental setup since there is no need to measure T1 or reach steady state saturation. Besides, it is remarkable that this method does not depend on the magnet strength, as coalescence methods. On the other hand, the main limitation is that this technique cannot be applied to chemical exchange processes too fast or too slow, which would depend on the temperature range of the NMR machine or the solvents used.
This new technique for the calculation of kinetic parameters can be applied to a great variety of substrates and its applicability has already been demonstrated with some interesting molecules.21 The kinetic parameters of the 4-N,N-dimethylamido[2.2]paracyclophane, a challenging substrate in which the signal of one of the methyl groups of interest is overlapped with other signals from the molecule, were successfully calculated using SSTD NMR. Interestingly, this methodology can be applied as long as one of the signals of study is isolated. SSTD NMR is also a useful protocol for the calculation of kinetic parameters in molecules in which the coalescence temperature is so high that the molecule decomposes before reaching it. This is the case with PtCl2(dimethylallene)(pyridine), in which the methodology was successfully applied without the need of reaching coalescence. The choice of solvents and temperatures is critical to obtain good results, since the chemical exchange rates can vary significantly with these parameters. Moreover, in addition to the criteria in a normal NMR experiment, key steps in a SSTD NMR experiment are the selectivity of the irradiation as well as the temperature control. Both factors have to be precise to guarantee the success of the experiment.
The representative results presented here are for the kinetics of intramolecular chemical exchange, but the technique can also be applied to study the kinetics of intermolecular chemical exchange and also ligand exchange, common processes in the dynamic behavior of transition metal complexes.
Finally, providing a proper modification of the equations is made,32 this method could be extended to deal with multi-site exchange and unequal populations, as it has been done in former double resonance experiments,8-9 increasing the usefulness of this technique for the study of chemical exchange processes in challenging compounds.
The authors have nothing to disclose.
Funding by the University of East Anglia, the EPSRC (EP/L012855/1) and the EU (H2020-MSCA-IF-2014-EF-ST-658172) is gratefully acknowledged (MTQ).
N,N-dimethylacetamide | Aldrich | 38840 | Acute toxicity |
Toluene-d8 | Fluorochem | D-005 | Flammable and toxic |
500MHz 7" Select Series NMR Tubes | GPE LTD | S-5-500-7 | |
TopSpin 2.1 | TopSpin program, Bruker Corp., http://www.bruker.com/products/mr/nmr/nmr-software/software/topspin/ (2015). | ||
Origin 6.0 | Origin 6.0 software, OriginLab Corp., http://originlab.com. | ||
Bruker Avance III 500 MHz fitted with 5mm broadband observed BBFOplus Z-gradient SmartProbeTM probe | Bruker Corp., http://www.bruker.com | ||
Bruker Avance I 500 MHz Inverse Triple Resonance NMR spectrometer fitted with a 5mm TXI Z-gradient probe | Bruker Corp., http://www.bruker.com | ||
Ceramic Spinner standardbore shimsystems (5 mm) | Bruker Corp., http://www.bruker.com | H00804 |