南開大學(xué)實(shí)用核磁技術(shù) lecture 7-NOESY課件

NuclearOverhauserOffect(NOE)NuclearOverhauserOffect(NOE)AlbertW.Overhauser順反構(gòu)型立體構(gòu)型芳香環(huán)的指定

當(dāng)兩個(gè)核在空間上很接近時(shí)，可以通過偶極－－偶極作用相互影響。NOE反應(yīng)原子核自旋之間通過空間的偶極－偶極相互作用;如果兩個(gè)1H核間的距離小于5?，那么在NMR譜中就可以觀察到NOE信號(hào)(在蛋白質(zhì)中也可觀察到小于或等于6?的NOE信號(hào))

I∝1/dij6I–兩個(gè)1H核間的NOE信號(hào)強(qiáng)度

dij

–兩個(gè)1H核間的空間距離NuclearOverhauserOffect(NOE)NuclearOverhauserOffect(NOE)aabbabbaX1X2A2A1W2W0單量子數(shù)馳豫W1不產(chǎn)生NOE效應(yīng)。雙量子數(shù)馳豫W2和零量子數(shù)馳豫W0產(chǎn)生NOE效應(yīng)。小分子運(yùn)動(dòng)速度快，采取W2方式：能級(jí)上的分布數(shù)量增加，給以足夠的時(shí)間，能級(jí)上的分布數(shù)量也會(huì)增加。正向NOE效應(yīng)大分子運(yùn)動(dòng)速度慢，采取W0方式：能級(jí)上的分布數(shù)量增加，給以足夠的時(shí)間，能級(jí)上的分布數(shù)量也會(huì)增加。反向NOE效應(yīng)NuclearOverhauserOffect(NOE)當(dāng)兩個(gè)核在空間上很接近時(shí)，可以通過偶極－－偶極作用相互影響。NOE有正負(fù),小分子一般有正向的NOE,大分子有反向的NOE.NuclearOverhauserOffect(NOE)影響NOE大小的因素：核共振頻率v0分子在溶劑中的移動(dòng)性能tc核間的空間距離，r－6{Me–cis}=>+19%{Me–trans}=>-2%{Ha}=>+45%1DNOE優(yōu)點(diǎn)：時(shí)間短，結(jié)果直接

可定量缺點(diǎn)：需要分別激發(fā)，無法一次得到全部結(jié)果

需要對(duì)NOE有估計(jì)1DNOE2DNOESY2DNOESY2DNOESY2DNOESY8-7,12

7-18,18'

3-5,10

5-11,16,18'

9-10,17,17'

10-16

11-18,16,14,18'

18-13,18'

16-14,17

13-14,17,17'

13'-17,17'

17-17'2DNOESY2DNOESYTOCSY(solidlines)andNOESY(dottedlines)NOE實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境變化非常敏感，為了得到高質(zhì)量的譜圖，有如下建議1）高質(zhì)量的樣品。樣品的分子量最好小于800或者大于2000。不然NOE信號(hào)會(huì)很小。在這種條件下，最好做ROE實(shí)驗(yàn)。2）樣品穩(wěn)定性好。3）高質(zhì)量的核磁管4）最好預(yù)先超聲或者通氬氣除氧5）NOE實(shí)驗(yàn)過程中最好做到恒溫。NuclearOverhauserOffect(NOE)RotatingFrameOverhauserEffectSpectroscopy（ROSEY）ROESY可以理解為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的NOE,由于實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中的交叉弛豫速率在小分子為正，在大分子為負(fù)，在中間大小的分子(分子量1000～3000)，如小肽接近零，因此中間大小的分子NOE交叉峰非常弱乃至消失,這時(shí)可以用ROESY得到距離信息.但是ROESY實(shí)驗(yàn)受頻偏等因素影響大，而且有一部分反映了耦合關(guān)系,難以定量，解析時(shí)需要小心。ROSEYROSEYTimeDependenceofNOE-MixingTimesNOEdynamicallybuildsupandthendecaysduetorelaxationduringthemixingtime1)smallmolecules0.5-1sec.Startwith0.5sec.2)mediumsizemolecules0.1-0.5sec.Startwith0.25sec.3)largemolecules0.05-0.2sec.Startwith0.1sec.同一分子中不同的NOE關(guān)系,其混合時(shí)間略有不同.如果要得到完美的NOE譜,需要采用不同的混合時(shí)間做一系列譜.一般情況下選擇0.3-0.5sec.關(guān)于NOE的幾點(diǎn)注意6、NOE最適合剛性分子。在這種情況下，核組之間具有確定的距離。7、若樣品為柔性分子，相對(duì)于核磁共振的時(shí)標(biāo)，分子在溶液中存在較快的構(gòu)象互變，NOE測(cè)定的是一個(gè)平均結(jié)果，因而無法得到具體的構(gòu)象信息。此時(shí)可以考慮下列方法：

1）作變溫實(shí)驗(yàn)，使體系溫度降低，如果樣品在溶液中有優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，可能得到NOE結(jié)果。

2）加入使溶液變稠的物質(zhì)，如SDS(十二烷基磺酸鈉)，使得構(gòu)象轉(zhuǎn)換的速率降低。

3）將樣品分子作化學(xué)修飾，即將其結(jié)構(gòu)稍加變化以便測(cè)定NOE。其它種類的二維核磁HOHAHA（同核全相關(guān)譜）:測(cè)定樣品分子中所有偶合質(zhì)子關(guān)系的化學(xué)位移相關(guān)譜。GHSQC（檢測(cè)1H的梯度增益異核單量子相關(guān)譜）測(cè)定樣品分子中，碳?xì)涞闹苯酉噙B關(guān)系。COLOC（檢測(cè)1H的異核遠(yuǎn)程相關(guān)譜）測(cè)定樣品分子中，中遠(yuǎn)程碳?xì)湎嚓P(guān)關(guān)系。INADEQUATE（低豐度核雙量子躍遷實(shí)驗(yàn)）測(cè)定樣品分子中，低豐度核的相關(guān)關(guān)系。常見核磁原子核的化學(xué)位移范圍1HTMS0-1513CTMS0-22015NNH3（l）0-90017OH2O-50-170019FCFCl3-280-25029SiTMS-380-8031P85％H3PO4-480-27014Nand15NNMR15N能夠產(chǎn)生很尖銳的核磁信號(hào)，但靈敏度很低。14N靈敏度相對(duì)較高但核磁信號(hào)峰非常寬，以至于在很多情況下無法分析。14Nand15NNMR14NNMRI=1Naturalabundance99.63%ReferencecompoundNH3liquidReceptivityrel.to1Hatnaturalabundance1.01×10-3Receptivityrel.to13Catnaturalabundance5.7414NNMR14N的高對(duì)稱性小分子的信號(hào)寬度一般在幾十或幾十赫茲的范圍內(nèi)，而不對(duì)稱的大分子的峰寬可能達(dá)到1000赫茲上下。因此一般用來區(qū)分很小的分子和N2。15NNMR15N的靈敏度非常低，但可以得到尖銳的信號(hào)。一般使用很大濃度的溶液或同位素標(biāo)定的化合物進(jìn)行研究。馳豫時(shí)間一般很長(zhǎng)（幾十秒），需要長(zhǎng)的d1，或添加馳豫試劑

I=1/2Naturalabundance0.37%Referencecompound90%CH3NO2inCDCl3orliquidNH3Receptivityrel.to1Hatnaturalabundance3.85×10-6Receptivityrel.to13Catnaturalabundance0.021915NNMR15NNMRspectrumofsodiumazide(1M)inD2O15NNMRspectrumofenrichedHIV-1protease276.9N2–HN3243.1N1H–O245.3N3H231PNMRI=1/2Naturalabundance100%Referencecompound85%H3PO4inH2O=0ppmReceptivityrel.to1Hatnaturalabundance6.67×10-3Receptivityrel.to13Catnaturalabundance37.7化學(xué)位移值交叉，規(guī)律性不強(qiáng)，要多查閱文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。PBu3-32.5ppmPiBu3-45.3ppmPsBu37.9ppmPtBu363ppm31PNMR與質(zhì)子的耦合使峰變寬

一鍵耦合常數(shù)為200-700Hz，二鍵耦合常數(shù)為0.5-20Hz。29SiNMRI=1/2Naturalabundance4.68%Receptivityrel.to1Hatnaturalabundance3.68×10-4Receptivityrel.to13Catnaturalabundance2.1629SiNMRTMSSiHCl3

一鍵耦合常數(shù)一般在幾百赫茲的級(jí)別上。二鍵耦合常數(shù)為6.6Hz。29Si-NMRspectrumofTMSinCDCl319FNMRI=1/2Naturalabundance100%ReferencecompoundCFCl3=0ppm，CF3COOH=-78.5ppmReceptivityrel.to1Hatnaturalabundance0.83Receptivityrel.to13Catnaturalabundance471619FNMR金屬有機(jī)核磁Organolithium6Li:Q=8.0*10-4 a=7.4% I=16Li:Higherresolution7Li:Q=4.5*10-2 a=92.6% I=3/27Li:HighersensitivityRef:1Mor0.1MLiClinD2O金屬有機(jī)核磁Boron10B:Q=8.5*10-2 a=19.6% I=311B:Q=4.1*10-2 a=80.4% I=3/2