Nmr spectroscopie

[stefaniebroes]

hey,

Ik snap het algemeen principe wel van NMR (denk ik), maar ik vraag me af aangezien dit alleen met 1h of 13c kan omdat men een spingetal nodig heeft, hoe men dit praktisch doet???

13C komt maar 1,1% voor en hoe kan met dan in de verbinding die men wil onderzoeken er voor zorgen dat alle C vervangen worden door 13C en als dit dan zo weinig voorkomt is dat toch niet evident om dit te doen??

Bedankt!!

[Marko]

Je hoeft niet alle C-atomen te vervangen.

Bij standaard ¹³C-NMR meet je slechts het signaal van die ene procent van de C-kernen die wél spin 1/2 heeft. Want ook al is het maar 1%, dan nog zijn dat natuurlijk extreem veel deeltjes. Dat geeft wel een minder sterk signaal in vergelijking met bijvoorbeed ¹H, maar het is nog steeds te meten. Het kost alleen meer tijd. Minder signaal betekent immers een slechte signaal-ruisverhouding. Door veel metingen achter elkaar te doen middelt de ruis uit, en worden de pieken zichtbaar. Het komt erop neer dat je een ¹H spectrum in een paar seconden kan opnemen (1 scan is volstaat vaak bij moderne NMR's). Voor ¹³C heb je meer scans nodig, en/of een hogere concentratie van je product in de oplossing. Bij een redelijk geconcentreerde oplossing neem je dan een honderdtal scans. Als je niet genoeg kunt oplossen neem je "gewoon" nog meer scans. Dan duurt een meting bijvoorbeeld een paar uur.

Voor sommige metingen is dit niet genoeg, bijvoorbeeld omdat er maar heel weinig materiaal beschikbaar is. Dat is vaak het geval bij eiwitten. Voor die metingen worden de eiwitten dan speciaal gemaakt uit aminozuren die verrijkt zijn met ¹³C (soms 100%, soms minder, maar alle beetjes helpen hè).

Ook andere stoffen kun je op die manier speciaal maken met meer ¹³C (of ¹⁵N) dan natuurlijk, door te werken met uitgangsstoffen die verrijkt zijn.

Dat is echter extreem duur, en zal dus alleen gedaan worden als het echt nuttig is, en dan nog in kleine hoeveelheden.

[jheusdens]

Het is zelfs bij 13C NMR spectroscopie zo dat je niet eens op de lamorfrequentie van de 13C instraalt, maar juist heel hard op de Lamor frequentie van de protonen.

toepassing van NOE (Nuclear Overhauser effect/enhancement

definities

α spin met lage energie toestand (in de reichting van het magnetisch veld)

β spin met hoge energie toestand (tegen de richting van het magnetisch veld)

C koolstof 13 kern

H proton

bij NMR wordt er ingestraald op de kernspinovergangen, hierdoor veranderd het evenwicht tussen spintoestanden α(laag niveau) & β(hoog niveau) , bij thermisch evenwicht voldoet deze aan de Boltzmanconstante. het energie verschil tussen de twee spintoestanden α & β, ΔE wordt overbrugt door het instralen van een radio frequentie waarvan de fotonen de energie inhoud hebben die overeenkomt met ΔE, deze frequentie wordt ook wel de Lamor frequentie genoemd en hangt af van de soort kern en de sterkte van het magnetisch veld.

Er wordt dermate "hard"op de overgang van de protonen ingestraald dat de overgangen naar de aangeslagen toestand van de protonen verzadigd raakt (van αH naar βH de niveaus αCβH en βCβH raken verzadigd ) , door dipool dipool relaxatie (tussen de H en de C kern) raken de spins van het proton weer in thermisch evenwicht(de populatie uit βCβH relaxeert naar αCαH) . hierdoor is er nu een overschot aan spins op de niveaus αCβH en αCαH, wanneer er opnieuw ingestraald wordt zullen er meer overgangen van αC naar βC plaatsvinden dan vanuit thermisch evenwicht het geval zou zijn, in dit geval wordt de resonantie absorptie versterkt (enhanced) en is beter waar te nemen.

om dit effect bij koolstof toe passen moeten er protonen aan de koolstof gekoppeld zijn, vandaar dat een primar koolstof het hoogste signaal geeft (3 protonen gekoppeld) met daarna secundair en tertiar, en quarternaire koolstoffen op deze manier niet te meten zijn.

[Marko]

Je haalt dingen door de war. Inderdaad kan bij ¹³C-NMR gebruik gemaakt worden van heteronucleaire NOE effecten. Hiertoe wordt via de decoupler channel inderdaad ingestraald op de resonantiefrequentie van de protonen. De detectie gebeurt echter op het primaire kanaal, op de Larmorfrequentie van ¹³C, en de excitatiepuls wordt ook op dat kanaal en die frequentie gegeven.

De enige functie van het aanslaan van de protonen is de gevoeligheid voor ¹³C te vergroten. Het is echter prima mogelijk om zonder NOE te meten, en soms (wanneer men de signalen wil integreren) is dit zelfs wenselijk.

Wanneer je stelt dat quaternaire C-atomen niet gedetecteerd kunnen worden heb je het over ¹H detected metingen, zoals gebruikt wordt bij HSQC en HMQC. Daar vindt de overdracht van magnetisatie echter niet plaats door dipolaire, maar door scalaire koppeling.

En voor de goede orde: In een 1D ¹³C experiment zijn quaternaire koolstofatomen prima zichtbaar.