Ядерный магнитный химический обмен

Магнитный резонанс признан уникальным методом для изучения диссипативных динамических процессов, таких, как химический обмен или кросс-релаксация [1.69—1.71]. Двумерная спектроскопия дала новый импульс в этой области и оказалась особенно успешной для наглядного отображения пути кросс-релаксации, ядерных эффектов Оверхаузера, спиновой диффузии и медленного химического обмена [1.102—1.104]. [c.28]

Ядерный магнитный резонанс оказался мощным и гибким методом изучения процессов химического обмена. Большая часть имеющихся у нас современных данных о динамических процессах в химии и биологии получена благодаря исследованиям с помощью ЯМР [9.32, 9.33]. В зависимости от диапазона скоростей могут быть использованы различные методики, начиная с изучения времен релаксации и кончая анализом формы линии и экспериментами по переносу намагниченности. Обменная 2М-спектроскопия имеет много общего с одномерными экспериментами по переносу поляризации (см. разд. 4.6.1.4), и она наиболее подходит для изучения медленно- [c.621]

Спектроскопия динамического ядерного магнитного резонанса применяется для исследования кинетики так называемых обменных процессов — равновесных химических превраш ений, в ходе которых периодически меняется электронное окружение рассматриваемого магнитного ядра (группы ядер). К ним относятся такие мономолекулярные процессы, как некоторые виды изомеризации (в том числе валентная таутомерия), конформационные превращения (заторможенное внутреннее вращение, инверсия циклов), а также реакции химического обмена более высокого порядка (обмен атомов, молекул, электронов). [c.229]

Влияние химического обмена между координационной сферой и массой раствора на времена релаксации. Измеряемые на опыте времена релаксации. При обсуждении процессов релаксации мы всегда принимали, что магнитное поле парамагнитного иона сильнее влияет на ядра координированных молекул лигандов и релаксация происходит в основном в первых координационных сферах ионов. Влияние парамагнитного иона на все другие молекулы лиганда (или растворителя) распространяется вследствие быстрого химического обмена лигандами между внутренней сферой иона и остальной массой растворителя, так что за время релаксации все ядра успеют побывать вблизи парамагнитного иона. Однако возможны ситуации, когда магнитная релаксация вблизи парамагнитного иена происходит быстро, но ядра живут в окружении иона слишком долго, в результате чего катализирующее ядерную релаксацию действие парамагнитных ионов уменьшается. Эти случаи возможны при исследовании водных растворов никеля (П), хрома (П1), ванадила, аминных комплексов меди (И) и др. Молекулы лигандов в этих растворах разделяются на две категории молекулы в первой координационной сфере и молекулы лигандов в объеме растворителя. Происходящий между ними химический обмен определяет измеряемые на опыте времена релаксации. Подобная ситуация наблюдалась Герцем 76], исследовавшим методом ЯМР химическую реакцию типа [c.24]

При растворении простых пептидов или белков в окиси дейтерия атомы водорода, соединенные с азотом, кислородом или серой, замещаются на дейтерий. При контакте дейтерированного продукта с обычной водой дейтериевые атомы снова замещаются на атомы водорода. У простых пептидов этот обмен протекает наиболее полно и быстро, практически мгновенно. Однако у разных белков и полипептидов скорости обмена сравнительно малы, а степень обмена при установлении равновесия значительно менее 100%. Количественные исследования этой реакции, проведенные с использованием разнообразных химических и физических методов, в том числе инфракрасной спектроскопии и ядерного магнитного резонанса, внесли важный вклад в дело выяснения вторичной структуры белков. Действительно, из полученных результатов были сделаны принципиальные выводы, так как было найдено, что атомы водорода и дейтерия, соединенные с атомами азота пептидных групп, образующих водородные связи, обмениваются гораздо медленней, чем подобные атомы, не участвующие в образовании водородных связей (и, следовательно, более доступные растворителю), или атомы, входящие в состав функциональных групп боковой цепи. В молекуле белка, как оказалось, могут содержаться и другие медленно обменивающиеся атомы водорода в их число входят атомы, экранированные гидрофобными участками молекулы, а также атомы пептидных связей, отличающихся большими пространственными [c.391]

В методе ядерного магнитного резонанса минимальная естественная ширина пинии составляет 0,1 с (Гц). Следовательно, уширение снеггральных пиний, регистрируемое этим методом, позволяет, согласно (12.5), фиксировать обменные процессы с временами ХИ31Ш ниже 2 с или со скоростями, превышающими 0,5 с . Для слияния одиночных пиков сигналов, принадлежащих двум вза-имопревращающимся изомерам или топомерам и разделенных, например, на 200 Гц (обычный диапазон химических сдвигов в спектрах ЯМР- С), скорость процесса химического обмена должна быть равна 10 с Поскольку скорость реакции является функцией температуры (8.104), для одного и того же процесса при разных температурах можно выполнить условия как очень быстрого (г >Та), [c.462]

Спектр Н ядерного магнитного резонанса соединения часто одновременно указывает как на наличие, так и на положение гидроксильной группы. За счет образования межмолекулярных водородных связей и быстрого обмена гидроксильный протон обычно дает широкий синглет, химический сдвиг которого (0,5— 4,5 млн- в сторону слабых полей относительно протонов тетраме-тилсилана) сильно зависит от растворителя, концентрации и температуры. Его распознавание облегчается тем, что он сдвигается в сторону сильных полей при разбавлении раствора несвязываю-щимся растворителем, в сторону слабых полей при прибавлении кислоты и исчезает в результате дейтериевого обмена с НгО. Ожидаемую мультиплетность сигнала для первичных и вторичных спиртов можно наблюдать в условиях, препятствующих обмену протона, например при исключительно высокой степени очистки спирта, существовании внутримолекулярного водородного связывания и в разбавленных растворах в сильно связывающемся растворителе, таком как диметилсульфоксид (ДМСО). В случае растворов алициклических спиртов в ДМСО значения химического сдвига и константы расщепления можно использовать для установления конфигурации [14]. [c.21]

Как указывалось выше, спектр ЯМР многих парамагнитных веществ не удается получить из-за того, что наличие неспаренного электрона приводит к уширению сигнала вследствие взаимодействия по дипольному механизму и взаимодействия электронного и ядерного спинов. Поскольку магнитный момент электрона примерно в 10 раз больше магнитного момента ядра, добавление парамагнитных ионов приводит к появлению сильных магнитных полей, очень эффективно вызывающих диполь-ную спин-решеточную релаксацию, так что понижается (см. раздел, посвященный химическому обмену и другим факторам, влияюшим на ширину линий). Если волновая функция, описывающая неспаренный электрон, имеет конечное значение у ядра, то возникает взаимодействие электронного спина со спином ядра. Оно также приводит к появлению у ядра флуктуирующего магнитного поля, укорачивающего Т1. Если электронная релаксация очень медленная, время жизни иона в данном спиновом состоянии будет большим и должны наблюдаться два резонанса, соответствующих 5= /2- Такое положение осуществляется не особенно часто. Если время жизни парамагнитного состояния очень мало, магнитное ядро будет реагировать только на усредненное по времени магнитное поле двух спиновых состояний электрона и в спектре должен наблюдаться лишь один пик. Часто электронная спиновая релаксация имеет скорость, промежуточную между этими двумя предельными случаями, что в результате приводит к укорочению и очень большому уширению сигналов. Если электронная релаксация очень быстрая, уширение минимально и главным результатом присутствия неспаренных электронов явится изменение магнитного поля, влияющего на магнитное ядро. Это приводит к очень большому химическому сдвигу (достигающему иногда 3000—5000 гц) резонанса в ЯМР-спектре. Такой сдвиг называется контактным ЯМР-сдвигом. [c.323]

Химический, сдвиг протонов, непосредственно соединенных с атомом азота, меняется в широких пределах 0,5—5 м. д. в зависимости от свойств амина и кислотности среды. Поэтому при идентификации аминосоединений используется обычно не собственно химический сдвиг протонов, а определяется характер изменения химического сдвига и изменение формы сигнала аминных протонов при изменении кислотности, а также сигналы протонов у соседнего и более удаленных углеродных атомов. С точки зрения ядерного магнитного резонанса, по способности аминного протона к обмену можно различить амины с быстрым и с медленным обменом. Если обмен происходит достаточно быстро, протон NH-гpyппы появляется в виде узкого синглета и сигналы протонов у соседнего углеродного атома не расщепляются КН-протоном. К этой группе относится большинство первичных и вторичных жирных аминов. В другом крайнем случае [c.253]

Известны многочисленные данные, свидетельствующие о подвижности групп в белковых молекулах и многообразии конформационных состояний белков в целом (см. обзоры [1375-1379]. Во многих случаях изменение конформации происходит при изменении внешних условий (pH, температура и т.п.) или же при присоединении лигандов. Однако и при фиксированных условиях белки, по-видимому, существуют в нескольких или многих состояниях, взаимопревращения между которыми происходят достаточно быстро. Это следует, во-первых, из экспериментов по изотопному обмену протонов в белках, выявляющему наряду с быстрой стадией обмена также и более медленную стадию, которую относят к обмену протонов внутри глобулы, скорость которой лимитируется скоростью конформационного изменения белка [138О]. Во-вторых, такие изменения можно проследить, используя "репортерные группы , введенные в белок, и исследуя спектральные или иные физико-химические изменения, происходящие с белком. Например, в случае модифицированной карбоксипептидазы удалось обнаружить рН-не-зависимый конформационный переход с кажущейся константой скорости около Б с [1381]. Далее конформационная подвижность в белках прослеживается методами ядерного магнитного резонанса высокого разрешения [1382] по положению и форме сигналов от отдельных атомов и групп. Существует много других способов констатации конформационных изменений в белках [1383-1385], рассматривать которые здесь не представляется возможным. Единственно хотелось бы упомянуть о принципиальной возможности априорного расчета относительно небольших белковых молекул, дающего сразу сведения об энергиях большого набора состояний белка и, следовательно, о его конформационных возможностях [153,1386], а также о возможности компьютерного моделирования подвижности белков методами молекулярной динамики [1387,1388]. [c.96]