Cara menggunakan LR-HSQMBC: Pemerhatian gandingan yang sangat kecil

Percubaan HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation) ialah teknik yang paling banyak digunakan untuk memerhati korelasi jarak jauh heteronuklear. HMBC terutamanya memerhatikan korelasi 2- dan 3-ikatan; walau bagaimanapun, korelasi 4-ikatan kadangkala boleh diperhatikan juga. Korelasi yang diperhatikan dalam spektrum HMBC sangat bergantung pada pemadanan kelewatan pemindahan yang digunakan dalam eksperimen dengan heteronuklear jarak jauh. J-gandingan yang wujud dalam molekul.
Isyarat korelasi HMBC adalah anti-fasa seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1a), namun, ini biasanya tidak diperhatikan dalam spektrum HMBC, kerana data HMBC biasanya diproses dalam mod nilai mutlak. Walau bagaimanapun, sifat anti-fasa isyarat HMBC ini boleh menyebabkan pembatalan separa dan pengurangan isyarat untuk gandingan jarak jauh yang sangat kecil, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1b).
Untuk mengatasi masalah ini, D-HMBC (Decoupled HMBC) ^{※ 1} dan eksperimen LR-HSQMBC (Korelasi Ikatan Berbilang Kuantum Tunggal Heteronuklear Jarak Jauh) telah dibangunkan. Dalam D-HMBC dan LR-HSQMBC, isyarat muncul sebagai penggandaan dalam fasa secara langsung (F₂) dimensi, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2a. Oleh itu, tiada pembatalan isyarat dalam kes gandingan yang sangat kecil, dan penyahgandingan heteronuklear juga boleh digunakan untuk meningkatkan sensitiviti. Atas sebab ini, eksperimen menawarkan sensitiviti yang lebih tinggi daripada eksperimen HMBC tradisional.
Sebaliknya, percubaan D-HMBC mengalami pemisahan isyarat oleh J_HH dalam dimensi tidak langsung, yang mengurangkan resolusi spektrum. Di sini kami akan memperkenalkan eksperimen LR-HSQMBC secara terperinci kerana resolusinya yang unggul.

Rajah 1: Corak isyarat HMBC
a) Gandingan besar, b) Gandingan kecil

Rajah 2: Corak isyarat LR-HSQMBC
a) Gandingan besar, b) Gandingan kecil

Rajah 3 menunjukkan rajah jujukan nadi bagi eksperimen LR-HSQMBC. Untuk melihat korelasi jarak jauh heteronuklear yang sukar untuk diperhatikan dengan HMBC, ⁿJ_XH hendaklah ditetapkan kepada nilai yang kecil, seperti 2 Hz. Ia adalah percubaan standard daripada perisian NMR Delta V.5.2.0. Nama program nadi ialah lrhsqmbc.jxp.

Rajah 3: Jujukan nadi LR-HSQMBC

Rujukan LR-HSQMBC

R. Thomas Williamson, Alexei V. Buevich, Gary E. Martin, Teodor Parella, J. Org. Chem.2014, 79, 3887-3894.
R. Thomas Williamson, Alexei V. Buevich, Gary E. Martin, Tetrahedron Letters 55 (2014) 3365-3366.

Di sini kita membandingkan kawasan aromatik ¹H-¹³C HMBC dan ¹H-¹³Spektrum C LR-HSQMBC direkodkan pada sampel vinclozolin. Secara umum, ³J_CH gandingan adalah besar pada cincin aromatik, dan oleh itu isyarat korelasi yang timbul daripada gandingan 3-ikatan adalah berkeamatan tinggi.

¹H-¹³C HMBC

Rajah 4 menunjukkan dua keputusan yang diperoleh dengan eksperimen HMBC. Walaupun, kelewatan jarak jauh telah dioptimumkan kepada 8 Hz (a) dan 2 Hz (b), masing-masing, maklumat struktur yang diperoleh daripada spektrum adalah sama. Dalam kedua-dua kes, semua korelasi 2-ikatan dan 3-ikatan proton H4 dan H5 telah diperhatikan.

Rajah 4: Pengembangan HMBC: a) 8 imbasan, long_range_j: 8 Hz , b) 32 scan, long_range_j: 2 Hz

¹H-¹³C LR-HSQMBC

Rajah 5 menunjukkan dua keputusan yang diperoleh dengan eksperimen LR-HSQMBC. Spektrum dalam a) menunjukkan keputusan yang sama seperti HMBC dalam Rajah 4a). Walau bagaimanapun, korelasi H5/C6 dalam bujur biru yang timbul daripada ⁴J_CH tidak diperhatikan dengan HMBC dalam Rajah 4b). Pemalar gandingan antara H5 dan C6 ialah 2.2 Hz. Walaupun HMBC ialah percubaan nilai mutlak, LR-HSQMBC ialah percubaan sensitif fasa, dan oleh itu bilangan imbasan dalam LR-HSQMBC ditetapkan kepada separuh daripada imbasan dalam HMBC untuk menetapkan masa percubaan yang sama dalam kedua-dua eksperimen.

Rajah 5: Pengembangan LR-HSQMBC: a) 4 imbasan, long_range_j: 8 Hz, b) 16 scan, long_range_j: 2 Hz

Contoh： 5mg Vinclozolin dalam DMSO-d6
Alat： JNM-ECZ500R, ROYALPROBE™ HFX

Sejak ¹H-¹⁵N gandingan jarak jauh adalah serupa dengan magnitud ¹H-¹³C gandingan jarak jauh, eksperimen LR-HSQMBC juga berpotensi untuk meningkatkan pengesanan ¹H-¹⁵N korelasi jarak jauh. Sebagai ³J_NH gandingan mempunyai variasi yang lebih besar daripada ³J_CH, keseluruhan julat ³J_NH gandingan tidak boleh ditutup sepenuhnya dengan satu eksperimen HMBC. Perlu dinyatakan bahawa penjelasan struktur sebatian yang mengandungi nitrogen sangat bergantung pada 2D ¹H-¹⁵N eksperimen korelasi, kerana pengesanan langsung ¹⁵N sangat mencabar pada kelimpahan semula jadi.

¹H-¹⁵N HMBC dan ¹H-¹⁵N LR-HSQMBC

Rajah 6 menunjukkan dua keputusan yang diperoleh dengan eksperimen HMBC dan LR-HSQMBC. Satu-satunya korelasi H4/N boleh diperhatikan dalam ¹H-¹⁵N spektrum HMBC a). Sebaliknya, H4/N dan H1/N (⁴J_NH) boleh diperhatikan dalam spektrum LR-HSQMBC b). Saiz gandingan H4/N ialah 4.2 Hz dan saiz gandingan H1/N ialah 1.5 Hz.

Rajah 6: a) ¹H-¹⁵N HMBC, 32 imbasan, jarak_jauh_j: 2 Hz , b) ¹H-¹⁵N LR-HSQMBC, 16 imbasan, jarak_jauh_j: 2 Hz

Contoh： 5mg Vinclozolin dalam DMSO-d6
Alat： JNM-ECZ500R, ROYALPROBE™ HFX

Ciri dan aplikasi utama setiap eksperimen

Ciri-ciri utama eksperimen korelasi jarak jauh heteronuklear boleh diringkaskan seperti berikut:
Pada mulanya, korelasi HMBC harus digunakan untuk analisis. Jika anda tidak dapat membezakan antara ²J_CH and ³J_CH Korelasi HMBC, pertimbangkan H2BC atau 1,1-ADEQUATE. H2BC sesuai untuk sampel yang kaya dengan proton, manakala 1,1-ADEQUATE juga boleh digunakan untuk sampel kekurangan proton.
Jika maklumat struktur yang diperoleh daripada HMBC tidak mencukupi untuk dianalisis kerana banyak karbon kuaternari dan atom hetero dalam molekul, maka pertimbangkan LR-HSQMBC.

HMBC--- Perhatikan terutamanya ²J_CH and ³J_CH korelasi.
H2BC^{※ 2}--- Memerhati secara terpilih ²J_CH korelasi. Korelasi atom karbon kuaternari tidak dapat diperhatikan.
1,1-MENCUKUPI^{※ 3}--- Memerhati ¹J_CH and ²J_CH korelasi. Korelasi karbon kuaternari boleh diperhatikan. Sensitiviti yang sangat rendah.
LR-HSQMBC--- Perhatikan korelasi yang hampir dengan nilai J yang ditetapkan. Walau bagaimanapun, adalah sukar untuk menentukan bilangan ikatan kimia antara rakan kongsi yang berinteraksi.

Rujukan

※1 Kazui Furihata, Haruo Seto, Surat Tetrahedron 1995, 36, 2817-2820.
※2 JEOL Nota permohonan NM070003E.
※3 JEOL Nota permohonan NM160002E.