วิธีใช้ LR-HSQMBC: การสังเกตข้อต่อขนาดเล็กมาก

การทดลอง HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation) เป็นเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับการสังเกตสหสัมพันธ์ระยะไกลของเฮเทอรอนนิวเคลียร์ HMBC สังเกตความสัมพันธ์ระหว่าง 2- และ 3-bond เป็นหลัก อย่างไรก็ตามบางครั้งสามารถสังเกตความสัมพันธ์ 4-bond ได้เช่นกัน ความสัมพันธ์ที่สังเกตพบในสเปกตรัม HMBC นั้นขึ้นอยู่กับการจับคู่ของความล่าช้าในการถ่ายโอนที่ใช้ในการทดลองกับเฮเทอโรนิวเคลียร์ระยะยาว J-คัปปลิ้งที่มีอยู่ในโมเลกุล
สัญญาณสหสัมพันธ์ของ HMBC เป็นสัญญาณต้านเฟสดังแสดงในรูปที่ 1a) อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้มักจะไม่สังเกตพบในสเปกตรัมของ HMBC เนื่องจากข้อมูล HMBC มักจะถูกประมวลผลในโหมดค่าสัมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ลักษณะแอนติ-เฟสของสัญญาณ HMBC อาจนำไปสู่การยกเลิกบางส่วนและการลดสัญญาณสำหรับคัปปลิ้งระยะไกลที่มีขนาดเล็กมาก ดังแสดงในรูปที่ 1b)
เพื่อแก้ปัญหานี้ D-HMBC (Decoupled HMBC) ^{※ 1} และ LR-HSQMBC (Long-Range Heteronuclear Single Quantum Multiple Bond Correlation) ได้รับการพัฒนา ใน D-HMBC และ LR-HSQMBC สัญญาณจะปรากฏเป็นดับเบิ้ลเฟสในเฟสโดยตรง (F₂) มิติดังแสดงในรูปที่ 2a ดังนั้นจึงไม่มีการยกเลิกสัญญาณในกรณีของคัปปลิ้งขนาดเล็กมาก และสามารถใช้เฮเทอรอนนิวเคลียร์ดีคัปปลิ้งเพื่อเพิ่มความไว ด้วยเหตุผลเหล่านี้ การทดลองจึงมีความไวสูงกว่าการทดลอง HMBC แบบเดิม
ในทางกลับกัน การทดลอง D-HMBC ได้รับผลกระทบจากการแยกสัญญาณโดย J_HH ในมิติทางอ้อมซึ่งลดความละเอียดของสเปกตรัม เราจะแนะนำการทดลอง LR-HSQMBC อย่างละเอียดในที่นี้ เนื่องจากความละเอียดที่เหนือชั้น

รูปที่ 1: รูปแบบสัญญาณของ HMBC
ก) คัปปลิ้งขนาดใหญ่ ข) คัปปลิ้งเล็ก

รูปที่ 2: รูปแบบสัญญาณของ LR-HSQMBC
ก) คัปปลิ้งขนาดใหญ่ ข) คัปปลิ้งเล็ก

รูปที่ 3 แสดงแผนภาพลำดับพัลส์ของการทดลอง LR-HSQMBC ในการสังเกตสหสัมพันธ์พิสัยไกลของเฮเทอโรนิวเคลียร์ที่สังเกตได้ยากด้วย HMBC ⁿJ_XH ควรตั้งค่าเป็นค่าเล็กน้อย เช่น 2 Hz เป็นการทดลองมาตรฐานจากซอฟต์แวร์ NMR Delta V.5.2.0 ชื่อของโปรแกรมพัลส์คือ lrhsqlbc.jxp.

รูปที่ 3: ลำดับพัลส์ของ LR-HSQMBC

ข้อมูลอ้างอิงของ LR-HSQMBC

R. Thomas Williamson, Alexei V. Buevich, Gary E. Martin, Teodor Parella, J. Org. เคมี.2014, 79, 3887-3894.
อาร์. โธมัส วิลเลียมสัน, อเล็กเซ วี. บูวิช, แกรี อี. มาร์ติน, Tetrahedron Letters 55 (2014) 3365-3366.

ที่นี่เราเปรียบเทียบบริเวณที่มีกลิ่นหอมของ ¹H-¹³C HMBC และ ¹H-¹³สเปกตรัม C LR-HSQMBC ที่บันทึกบนตัวอย่างของวินโคลโซลิน โดยทั่วไปแล้ว ³J_CH คัปปลิ้งมีขนาดใหญ่บนวงแหวนอะโรมาติก และด้วยเหตุนี้สัญญาณสหสัมพันธ์ที่เกิดจากคัปปลิ้ง 3 พันธะจึงมีความเข้มสูง

¹H-¹³C เอชเอ็มบีซี

รูปที่ 4 แสดงผลสองผลลัพธ์ที่ได้รับจากการทดลอง HMBC แม้ว่าการหน่วงเวลาระยะไกลจะปรับให้เหมาะสมเป็น 8 Hz (a) และ 2 Hz (b) ตามลำดับ ข้อมูลโครงสร้างที่ได้รับจากสเปกตรัมจะเหมือนกัน ในทั้งสองกรณี สังเกตความสัมพันธ์ระหว่าง 2 พันธะและ 3 พันธะของโปรตอน H4 และ H5

รูปที่ 4: การขยาย HMBC: a) การสแกน 8 ครั้ง, long_range_j: 8 Hz , b) การสแกน 32 ครั้ง, long_range_j: 2 Hz

¹H-¹³C LR-HSQMBC

รูปที่ 5 แสดงผลสองผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลอง LR-HSQMBC สเปกตรัมใน a) แสดงผลเช่นเดียวกับ HMBC ในรูปที่ 4a) อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์ระหว่าง H5/C6 ในวงรีสีน้ำเงินที่เกิดจาก ⁴J_CH ไม่ถูกสังเกตด้วย HMBC ในรูปที่ 4b) ค่าคงที่ของคัปปลิ้งระหว่าง H5 และ C6 คือ 2.2 Hz ในขณะที่ HMBC เป็นการทดสอบค่าสัมบูรณ์ LR-HSQMBC เป็นการทดลองที่ไวต่อเฟส และด้วยเหตุนี้ จำนวนการสแกนใน LR-HSQMBC จึงถูกตั้งค่าเป็นครึ่งหนึ่งของการสแกนใน HMBC เพื่อตั้งเวลาทดลองเดียวกันในการทดลองทั้งสอง

รูปที่ 5: การขยายตัวของ LR-HSQMBC: a) สแกน 4 ครั้ง, long_range_j: 8 Hz, b) สแกน 16 ครั้ง, long_range_j: 2 Hz

ตัวอย่าง： วินโคลโซลิน 5 มก. ใน DMSO-d6
ตราสาร： JNM-ECZ500R, ROYALPROBE™ HFX

ตั้งแต่ ¹H-¹⁵N ข้อต่อระยะยาวมีขนาดใกล้เคียงกับ ¹H-¹³C ข้อต่อระยะยาว การทดลอง LR-HSQMBC ยังมีศักยภาพในการปรับปรุงการตรวจจับของ ¹H-¹⁵N ความสัมพันธ์ระยะยาว เนื่องจาก ³J_NH ข้อต่อมีรูปแบบที่มากกว่า ³J_CH, ช่วงทั้งหมดของ ³J_NH ข้อต่อไม่สามารถครอบคลุมด้วยการทดลอง HMBC เดียวได้อย่างสมบูรณ์ เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าการอธิบายโครงสร้างของสารประกอบที่มีไนโตรเจนอาศัยอย่างมากใน2D ¹H-¹⁵N การทดลองสหสัมพันธ์เพราะการตรวจจับโดยตรงของ ¹⁵N เป็นสิ่งที่ท้าทายมากที่ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ

¹H-¹⁵N HMBC และ ¹H-¹⁵N LR-HSQMBC

รูปที่ 6 แสดงผลสองผลลัพธ์ที่ได้รับจากการทดลอง HMBC และ LR-HSQMBC สามารถสังเกตสหสัมพันธ์ H4/N เพียงอย่างเดียวใน ¹H-¹⁵N สเปกตรัม HMBC ก) ในทางกลับกัน H4/N และ H1/N (⁴J_NH) สามารถสังเกตได้ในสเปกตรัม LR-HSQMBC b) ขนาดของคัปปลิ้ง H4/N คือ 4.2 Hz และขนาดของคัปปลิ้ง H1/N คือ 1.5 Hz

รูปที่ 6: ก) ¹H-¹⁵N HMBC, สแกน 32 ครั้ง, long_range_j: 2 Hz , b) ¹H-¹⁵N LR-HSQMBC, สแกน 16 ครั้ง, long_range_j: 2 Hz

ตัวอย่าง： วินโคลโซลิน 5 มก. ใน DMSO-d6
ตราสาร： JNM-ECZ500R, ROYALPROBE™ HFX

คุณสมบัติและการใช้งานหลักของการทดลองแต่ละครั้ง

ลักษณะสำคัญของการทดลองสหสัมพันธ์ระยะไกลเฮเทอรอนนิวเคลียร์สามารถสรุปได้ดังนี้
ในตอนแรก ควรใช้ความสัมพันธ์ของ HMBC สำหรับการวิเคราะห์ หากคุณไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่าง ²J_CH และ ³J_CH ความสัมพันธ์ของ HMBC พิจารณา H2BC หรือ 1,1-ADEQUATE H2BC เหมาะสำหรับตัวอย่างที่มีโปรตอนสูง ในขณะที่ 1,1-ADEQUATE สามารถใช้กับตัวอย่างที่มีโปรตอนได้
หากข้อมูลโครงสร้างที่ได้รับจาก HMBC ไม่เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์เนื่องจากมีคาร์บอนควอเทอร์นารีและเฮเทอโรอะตอมจำนวนมากในโมเลกุล ให้พิจารณา LR-HSQMBC

เอชเอ็มบีซี--- สังเกตเป็นหลัก ²J_CH และ ³J_CH ความสัมพันธ์
เอชทูบีซี^{※ 2}--- คัดเลือกสังเกต ²J_CH ความสัมพันธ์ ไม่สามารถสังเกตความสัมพันธ์ของอะตอมของคาร์บอนควอเทอร์นารี
1,1-เพียงพอ^{※ 3}--- สังเกต ¹J_CH และ ²J_CH ความสัมพันธ์ สามารถสังเกตความสัมพันธ์ของคาร์บอนควอเทอร์นารี ความไวต่ำมาก
LR-HSQMBC--- สังเกตความสัมพันธ์ที่ใกล้เคียงกับค่า J ที่ตั้งไว้ อย่างไรก็ตาม เป็นการยากที่จะกำหนดจำนวนพันธะเคมีระหว่างคู่ที่มีปฏิสัมพันธ์

อ้างอิง

※1 คาซุย ฟุริฮาตะ, ฮารุโอะ เซโตะ, Tetrahedron Letters 1995, 36, 2817-2820
※2 บันทึกการใช้งาน JEOL NM070003E
※3 บันทึกการใช้งาน JEOL NM160002E