Ядерный эффект Оверхаузера

Эффект спектроскопии ядерного магнитного резонанса

Ядерный эффект Оверхаузера ( NOE ) — это передача ядерной спиновой поляризации от одной популяции спин-активных ядер (например, ¹ H, ¹³ C, ¹⁵ N и т. д.) к другой посредством кросс-релаксации . Феноменологическое определение NOE в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — это изменение интегральной интенсивности (положительной или отрицательной) одного резонанса ЯМР, которое происходит, когда другой насыщается облучением радиочастотным полем . Изменение резонансной интенсивности ядра является следствием того, что ядро ​​находится в пространстве близко к тем, на которые непосредственно воздействует радиочастотное возмущение.

NOE особенно важен при назначении резонансов ЯМР, а также при выяснении и подтверждении структур или конфигураций органических и биологических молекул. Эксперимент по двумерной спектроскопии NOE ¹ H (NOESY) и его расширения являются важными инструментами для определения стереохимии белков и других биомолекул в растворе, тогда как в твердой форме для определения стереохимии обычно используется кристаллическая рентгеновская дифракция. ^{[1] [2] [3]} Гетероядерный NOE особенно важен в спектроскопии ЯМР ¹³ C для определения атомов углерода, связанных с протонами, для обеспечения усиления поляризации таких атомов углерода с целью увеличения отношения сигнал/шум и для установления степени, в которой релаксация этих атомов углерода контролируется механизмом диполь-дипольной релаксации. ^[4]

История

Эффект NOE развился из теоретической работы американского физика Альберта Оверхаузера , который в 1953 году предположил, что поляризация ядерного спина может быть усилена микроволновым облучением электронов проводимости в некоторых металлах. ^[5] Электронно-ядерное усиление, предсказанное Оверхаузером, было экспериментально продемонстрировано в металле ⁷ Li TR Carver и CP Slichter также в 1953 году. ^[6] Общая теоретическая основа и экспериментальное наблюдение эффекта Оверхаузера, включающего только ядерные спины в молекуле HF, были опубликованы Ионелом Соломоном в 1955 году. ^[7] Другое раннее экспериментальное наблюдение эффекта NOE было использовано Кайзером в 1963 году, чтобы показать, как можно использовать NOE для определения относительных знаков скалярных констант связи и для назначения спектральных линий в спектрах ЯМР переходам между уровнями энергии. В этом исследовании резонанс одной популяции протонов ( ¹ H) в органической молекуле усиливался, когда вторая особая популяция протонов в той же органической молекуле насыщалась радиочастотным облучением. ^[8] Применение NOE было использовано Анет и Борном в 1965 году для подтверждения назначений резонансов ЯМР для β,β-диметилакриловой кислоты и диметилформамида, тем самым показывая, что может быть получена информация о конформации и конфигурации органических молекул в растворе. ^[9] Белл и Сондерс сообщили о прямой корреляции между усилениями NOE и межъядерными расстояниями в 1970 году ^[10], в то время как количественные измерения межъядерных расстояний в молекулах с тремя или более спинами были сообщены Ширмером и др. ^[11]

Ричард Р. Эрнст был удостоен Нобелевской премии по химии 1991 года за разработку Фурье-преобразования и двумерной ЯМР-спектроскопии , которая вскоре была адаптирована для измерения NOE, особенно в крупных биологических молекулах. ^[12] В 2002 году Курт Вютрих получил Нобелевскую премию по химии за разработку спектроскопии ядерного магнитного резонанса для определения трехмерной структуры биологических макромолекул в растворе, продемонстрировав, как метод 2D NOE (NOESY) может быть использован для ограничения трехмерных структур крупных биологических макромолекул. ^[13] Профессор Анил Кумар был первым, кто применил эксперимент с двумерным ядерным эффектом Оверхаузера (2D-NOE, теперь известный как NOESY) к биомолекуле, что открыло поле для определения трехмерных структур биомолекул в растворе с помощью ЯМР-спектроскопии. ^[14]

Расслабление

Диаграмма уровней энергии ядерного спина для двух ядер со спином 1 ⁄ 2. ^[3]

Стационарная последовательность импульсов для экспериментов ¹ H NOE

ЯЭО и ядерная спин-решеточная релаксация являются тесно связанными явлениями. Для одного ядра со спином 1 ⁄ 2 в магнитном поле существуют два энергетических уровня, которые часто обозначаются как α и β, что соответствует двум возможным спиновым квантовым состояниям, + 1 ⁄ 2 и - 1 ⁄ 2 соответственно. При тепловом равновесии заселенность двух энергетических уровней определяется распределением Больцмана со спиновыми заселенностями, заданными как P _α и P _β . Если спиновые популяции возмущены соответствующим РЧ-полем на частоте энергии перехода, спиновые популяции возвращаются к тепловому равновесию посредством процесса, называемого спин-решеточной релаксацией . Скорость переходов из α в β пропорциональна заселенности состояния α, P _α , и является процессом первого порядка с константой скорости W . Состояние, при котором спиновые заселенности выравниваются непрерывным радиочастотным облучением ( P _α = P _β ), называется насыщением , а резонанс исчезает, поскольку вероятности переходов зависят от разности заселенностей между уровнями энергии.

В простейшем случае, когда NOE имеет значение, резонансы двух ядер со спином 1 ⁄ 2 , I и S, химически смещены, но не J-связаны . Энергетическая диаграмма для такой системы имеет четыре энергетических уровня, которые зависят от спиновых состояний I и S, соответствующих αα, αβ, βα и ββ соответственно. W' s - это вероятности в единицу времени того, что произойдет переход между четырьмя энергетическими уровнями, или, другими словами, скорость, с которой происходят соответствующие перевороты спина. Существует два одиночных квантовых перехода, W ₁ ^I , соответствующий αα ➞ βα и αβ ➞ ββ; W ₁ ^S , соответствующий αα ➞ αβ и βα ➞ ββ; нулевой квантовый переход W ₀ , соответствующий βα ➞ αβ, и двойной квантовый переход, соответствующий αα ➞ ββ.

В то время как радиочастотное облучение может вызывать только одноквантовые переходы (из-за так называемых квантово-механических правил отбора ), приводящие к появлению наблюдаемых спектральных линий, дипольная релаксация может происходить по любому из путей. Дипольный механизм является единственным распространенным механизмом релаксации, который может вызывать переходы, в которых переворачивается более одного спина. В частности, дипольный механизм релаксации приводит к переходам между состояниями αα и ββ ( W ₂ ) и между состояниями αβ и βα ( W ₀ ).

Выраженный в терминах их объемных ЯМР-намагничиваний, экспериментально наблюдаемый стационарный ЯЭО для ядра I, когда резонанс ядра S насыщен ( ), определяется выражением: ${\displaystyle M_{S}=0}$

${\displaystyle \eta _{I}^{S}=\left({\frac {M_{I}^{S}-M_{0I}}{M_{0I}}}\right)}$

где - намагниченность (интенсивность резонанса) ядра при тепловом равновесии. Аналитическое выражение для NOE можно получить, рассмотрев все пути релаксации и применив уравнения Соломона для получения ${\displaystyle M_{0I}}$ ${\displaystyle I}$

${\displaystyle \eta _{I}^{S}={\frac {M_{I}^{S}-M_{0I}}{M_{0I}}}={\frac {\gamma _{S}}{\gamma _{I}}}{\frac {\sigma _{IS}}{\rho _{I}}}={\frac {\gamma _{S}}{\gamma _{I}}}\left({\frac {W_{2}-W_{0}}{2W_{1}^{I}+W_{0}+W_{2}}}\right)}$

где

${\displaystyle \rho _{I}=2W_{1}^{I}+W_{0}+W_{2}}$и . ${\displaystyle \sigma _{IS}=W_{2}-W_{0}}$

${\displaystyle \rho _{I}}$— полная продольная дипольная скорость релаксации ( ) спина I , обусловленная наличием спина s , называется скоростью кросс-релаксации , а и — магнитогирические отношения, характерные для ядер и соответственно. ${\displaystyle 1/T_{1}}$ ${\displaystyle \sigma _{IS}}$ ${\displaystyle \gamma _{I}}$ ${\displaystyle \gamma _{S}}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle S}$

Насыщение вырожденных переходов W ₁ ^S нарушает равновесные популяции, так что P _αα = P _αβ и P _βα = P _ββ . Однако пути релаксации системы остаются активными и действуют для восстановления равновесия, за исключением того, что переходы W ₁ ^S не имеют значения, поскольку различия в заселенности между этими переходами фиксируются радиочастотным облучением, в то время как разница в заселенности между переходами W _I не изменяется от их равновесных значений. Это означает, что если бы только одиночные квантовые переходы были активны как пути релаксации, насыщение резонанса не повлияло бы на интенсивность резонанса . Поэтому для наблюдения NOE на интенсивности резонанса I, вклад и должен быть важным. Эти пути, известные как пути кросс-релаксации , вносят значительный вклад в релаксацию спин-решетки только тогда, когда релаксация определяется диполь-дипольными или скалярными взаимодействиями, но скалярное взаимодействие редко бывает важным и предполагается пренебрежимо малым. В гомоядерном случае, когда , если — доминирующий путь релаксации, то насыщение увеличивает интенсивность резонанса и NOE положительный , тогда как если — доминирующий путь релаксации, то насыщение уменьшает интенсивность резонанса и NOE отрицательный . ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle W_{0}}$ ${\displaystyle W_{2}}$ ${\displaystyle \gamma _{I}=\gamma _{S}}$ ${\displaystyle W_{2}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle W_{0}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle I}$

Молекулярное движение

Является ли NOE положительным или отрицательным, зависит в значительной степени от степени вращательного молекулярного движения. ^[3] Три пути дипольной релаксации вносят разный вклад в спин-решеточную релаксацию в зависимости от ряда факторов. Ключевым является то, что баланс между ω ₂ , ω ₁ и ω ₀ зависит в решающей степени от времени молекулярной вращательной корреляции , , времени, необходимого молекуле для поворота на один радиан. Теория ЯМР показывает, что вероятности переходов связаны с и частотами прецессии Лармора , , соотношениями: ${\displaystyle \tau _{c}}$ ${\displaystyle \tau _{c}}$ ${\displaystyle \omega }$

${\displaystyle W_{1}^{I}\propto {\frac {3\tau _{c}}{(1+\omega _{I}^{2}\tau _{c}^{2})}}{\frac {1}{r^{6}}}}$

${\displaystyle W_{0}\propto {\frac {2\tau _{c}}{(1+(\omega _{I}-\omega _{S})^{2}\tau _{c}^{2})}}{\frac {1}{r^{6}}}}$

${\displaystyle W_{2}\propto {\frac {12\tau _{c}}{(1+(\omega _{I}+\omega _{S})^{2}\tau _{c}^{2})}}{\frac {1}{r^{6}}}}$

где — расстояние, разделяющее два ядра со спином 1 ⁄ 2. Для релаксации частота молекулярного опрокидывания должна соответствовать ларморовской частоте ядра. В подвижных растворителях молекулярное опрокидывающее движение происходит намного быстрее, чем . Так называемый предел экстремального сужения, где ). В этих условиях двухквантовая релаксация W ₂ более эффективна, чем W ₁ или W ₀ , поскольку τ _c и 2ω ₀ лучше соответствуют, чем τ _c и ω ₁ . Когда ω ₂ является доминирующим процессом релаксации, получается положительный NOE. ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle \omega \tau _{c}\ll 1}$

${\displaystyle W_{1}^{I}\propto \gamma _{I}^{2}\gamma _{S}^{2}{\frac {3\tau _{c}}{r^{6}}}}$

${\displaystyle W_{0}\propto \gamma _{I}^{2}\gamma _{S}^{2}{\frac {2\tau _{c}}{r^{6}}}}$

${\displaystyle W_{2}\propto \gamma _{I}^{2}\gamma _{S}^{2}{\frac {12\tau _{c}}{r^{6}}}}$

${\displaystyle \eta _{I}^{S}(max)={\frac {\gamma _{S}}{\gamma _{I}}}\left[{\frac {{\frac {12\tau _{c}}{r^{6}}}-{\frac {2\tau _{c}}{r^{6}}}}{{\frac {2\tau _{c}}{r^{6}}}+2{\frac {3\tau _{c}}{r^{6}}}+{\frac {12\tau _{c}}{r^{6}}}}}\right]={\frac {\gamma _{S}}{\gamma _{I}}}\left[{\frac {12-2}{2+6+12}}\right]={\frac {\gamma _{S}}{\gamma _{I}}}{\frac {1}{2}}}$

Это выражение показывает, что для гомоядерного случая, когда I = S , особенно для ¹ H ЯМР, максимальный NOE, который можно наблюдать, равен 1\2 независимо от близости ядер. В гетероядерном случае, когда I ≠ S , максимальный NOE определяется как 1\2 ( γ _S / γ _I ), что при наблюдении гетероядер в условиях широкополосного развязывания протонов может привести к значительному улучшению чувствительности. Наиболее важным примером в органической химии является наблюдение ¹³ C при развязывании ¹ H, что также насыщает резонансы ¹ J. Значение γ _S / γ _I близко к 4, что дает максимальное усиление NOE на 200%, что дает резонансы в 3 раза сильнее, чем они были бы без NOE. ^[15] Во многих случаях атомы углерода имеют присоединенный протон, что приводит к тому, что релаксация доминирует над дипольной релаксацией, а NOE близок к максимуму. Для непротонированных атомов углерода усиление NOE невелико, в то время как для атомов углерода, которые релаксируют по механизмам релаксации, отличным от диполь-дипольных взаимодействий, усиление NOE может быть значительно уменьшено. Это одна из причин использования дейтерированных растворителей (например, CDCl ₃ ) в ¹³ C ЯМР. Поскольку дейтерий релаксирует по квадрупольному механизму, нет путей кросс-релаксации, и NOE отсутствует. Другим важным случаем является ¹⁵ N, пример, когда значение его магнитогирического отношения отрицательно. Часто резонансы ¹⁵ N уменьшаются, или NOE может фактически свести резонанс к нулю, когда ядра ¹ H разъединяются. Обычно выгодно снимать такие спектры с помощью импульсных методов, которые включают перенос поляризации от протонов к ¹⁵ N, чтобы минимизировать отрицательный NOE.

Выяснение структуры

Первые сообщения о ненаблюдаемых явлениях были сделаны Анет и Борном ^[9]

В то время как связь стационарного NOE с межъядерным расстоянием является сложной, зависящей от скоростей релаксации и молекулярного движения, во многих случаях для небольших быстро падающих молекул в пределе экстремального сужения, полуколичественная природа положительных NOE полезна для многих структурных приложений, часто в сочетании с измерением констант связи J. Например, усиления NOE могут быть использованы для подтверждения назначений резонанса ЯМР, различения структурных изомеров, идентификации ароматических кольцевых замещений и конфигураций алифатических заместителей, а также определения конформационных предпочтений. ^[3]

Тем не менее, межатомные расстояния, полученные из наблюдаемого NOE, часто могут помочь подтвердить трехмерную структуру молекулы. ^{[3] [15]} В этом применении NOE отличается от применения J-связей тем, что NOE происходит через пространство, а не через химические связи. Таким образом, атомы, которые находятся в непосредственной близости друг от друга, могут давать NOE, тогда как спиновая связь наблюдается только тогда, когда атомы связаны 2–3 химическими связями. Однако соотношение η _I ^S (макс)= 1 ⁄ 2 скрывает, как NOE связан с межъядерными расстояниями, поскольку оно применимо только для идеализированного случая, когда релаксация на 100% определяется диполь-дипольными взаимодействиями между двумя ядрами I и S. На практике значение ρ _I содержит вклады от других конкурирующих механизмов, которые служат только для уменьшения влияния W ₀ и W ₂ путем увеличения W ₁ . Иногда, например, релаксация, вызванная электронно-ядерными взаимодействиями с растворенным кислородом или примесями парамагнитных ионов металлов в растворителе, может препятствовать наблюдению слабых усилений NOE. Наблюдаемый NOE в присутствии других механизмов релаксации определяется как

${\displaystyle \eta _{I}={\frac {\sigma _{IS}}{\rho _{I}+\rho ^{*}}}}$

где ρ ^⋇ — дополнительный вклад в общую скорость релаксации от механизмов релаксации, не включающих кросс-релаксацию. Используя ту же идеализированную двухспиновую модель для дипольной релаксации в пределе экстремального сужения:

${\displaystyle \rho _{I}\propto {\frac {\tau _{c}}{r^{6}}}}$

Легко показать ^[15], что

${\displaystyle \eta _{I}^{S}\propto \left({\frac {\tau _{c}}{\rho ^{*}}}\right){\frac {1}{r^{6}}}}$

Таким образом, двухспиновый стационарный NOE зависит от межъядерного расстояния только тогда, когда есть вклад внешней релаксации. Белл и Сондерс показали, что при строгих предположениях ρ ^⋇ /τ _c почти постоянна для подобных молекул в пределе экстремального сужения. ^[10] Поэтому, взяв отношения стационарных значений NOE, можно получить относительные значения межъядерного расстояния r . Хотя стационарный эксперимент полезен во многих случаях, он может предоставить информацию только об относительных межъядерных расстояниях. С другой стороны, начальная скорость , с которой растет NOE, пропорциональна r _IS ⁻⁶ , что предоставляет другие, более сложные альтернативы для получения структурной информации с помощью переходных экспериментов, таких как 2D-NOESY.

Двумерный ЯМР

Последовательность импульсов для стандартного двумерного эксперимента NOESY

Спектр 2D NOESY кодеина

Мотивы использования двумерного ЯМР для измерения NOE аналогичны таковым для других двумерных методов. Максимальное разрешение улучшается путем распространения затронутых резонансов по двум измерениям, поэтому разрешается больше пиков, можно наблюдать более крупные молекулы и можно наблюдать больше NOE в одном измерении. Что еще более важно, когда молекулярное движение находится в промежуточных или медленных режимах, когда NOE равно нулю или отрицательно, стационарный эксперимент NOE не дает результатов, которые можно было бы связать с межъядерными расстояниями. ^[3]

Молекула кодеина

Спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера (NOESY) — это метод двумерной ЯМР-спектроскопии, используемый для идентификации ядерных спинов, претерпевающих кросс-релаксацию, и измерения их скоростей кросс-релаксации. Поскольку диполь-дипольные связи ¹ H являются основным средством кросс-релаксации для органических молекул в растворе, спины, претерпевающие кросс-релаксацию, находятся близко друг к другу в пространстве. Поэтому кросс-пики спектра NOESY указывают, какие протоны находятся близко друг к другу в пространстве. В этом отношении эксперимент NOESY отличается от эксперимента COSY, который опирается на J-связь для обеспечения спин-спиновой корреляции и чьи кросс-пики указывают, какие ¹ H близки к каким другим ¹ H через химические связи молекулы.

Базовая последовательность NOESY состоит из трех 90° импульсов. Первый импульс создает поперечную спиновую намагниченность. Спины прецессируют в течение времени эволюции t ₁ , которое увеличивается в ходе 2D эксперимента. Второй импульс создает продольную намагниченность, равную поперечной компоненте намагниченности, ортогональной направлению импульса. Таким образом, идея состоит в том, чтобы создать начальное условие для периода смешивания τ _m . В течение времени смешивания NOE может происходить перенос намагниченности посредством кросс-релаксации. Для базового эксперимента NOESY τ _m поддерживается постоянным в течение 2D эксперимента, но выбирается для оптимальной скорости кросс-релаксации и наращивания NOE. Третий импульс создает поперечную намагниченность из оставшейся продольной намагниченности. Сбор данных начинается сразу после третьего импульса, и поперечная намагниченность наблюдается как функция времени задержки импульса t ₂ . Спектр NOESY генерируется с помощью 2D преобразования Фурье относительно t ₁ и t ₂ . Проводится серия экспериментов с увеличением времени смешивания и отслеживается увеличение усиления NOE. Ближайшие протоны показывают самые быстрые скорости нарастания NOE.

Межпротонные расстояния могут быть определены из однозначно назначенных, хорошо разрешенных, с высоким отношением сигнал/шум спектров NOESY путем анализа интенсивностей перекрестных пиков. Они могут быть получены путем интегрирования объема и могут быть преобразованы в оценки межпротонных расстояний. Расстояние между двумя атомами и может быть рассчитано из объемов перекрестных пиков и масштабной константы ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle j}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle c}$

${\displaystyle r_{\text{NOE}}=\left({\frac {c}{V_{ij}}}\right)^{1/6}}$

где можно определить на основе измерений известных фиксированных расстояний. Диапазон расстояний может быть представлен на основе известных расстояний и объемов в спектре, что дает среднее значение и стандартное отклонение , измерение нескольких областей в спектре NOESY, не показывающее пиков, т.е. шума , и погрешность измерения . Параметр установлен таким образом, чтобы все известные расстояния находились в пределах погрешности. Это показывает, что нижний диапазон объема NOESY может быть показан ${\displaystyle c}$ ${\displaystyle c}$ ${\displaystyle c_{SD}}$ ${\displaystyle V_{\rm {err}}}$ ${\displaystyle m_{v}}$ ${\displaystyle x}$

${\displaystyle r_{\text{NOE lower}}=\left({\frac {c-xc_{SD}}{{\frac {1}{m_{v}}}V_{ij}+V_{\rm {err}}}}\right)^{1/6}}$

и что верхняя граница равна

${\displaystyle r_{\text{NOE higher}}=\left({\frac {c+xc_{SD}}{{\frac {1}{m_{v}}}V_{ij}-V_{\rm {err}}}}\right)^{1/6}}$

Такие фиксированные расстояния зависят от изучаемой системы. Например, запертые нуклеиновые кислоты имеют много атомов, расстояние между которыми в сахаре меняется очень мало, что позволяет оценить углы гликозидного кручения, что позволило ЯМР сравнить предсказания молекулярной динамики LNA. ^[16] Однако РНК имеют сахара, которые гораздо более конформационно гибки и требуют более широких оценок нижних и верхних границ. ^[17]

В структурной характеристике белка NOE используются для создания ограничений на внутримолекулярные расстояния. В этом методе каждая пара протонов рассматривается изолированно, а интенсивности перекрестных пиков NOESY сравниваются с контрольным перекрестным пиком от пары протонов с фиксированным расстоянием, такой как пара геминальных метиленовых протонов или протоны ароматического кольца. Этот простой подход достаточно нечувствителен к эффектам спиновой диффузии или неравномерным временам корреляции и обычно может привести к определению глобальной складки белка при условии, что было идентифицировано достаточно большое количество NOE. Перекрестные пики NOESY можно классифицировать как сильные, средние или слабые и можно перевести в верхние ограничения расстояния около 2,5, 3,5 и 5,0 Å соответственно. Такие ограничения затем можно использовать в оптимизации молекулярной механики для получения картины конформации состояния раствора белка. ^[18] Полное определение структуры опирается на различные эксперименты ЯМР и методы оптимизации, использующие как химический сдвиг, так и ограничения NOESY.

Гетероядерный NOE

Некоторые экспериментальные методы

Вот некоторые примеры одномерных и двумерных экспериментальных методов ЯМР, использующих NOE:

• NOESY, спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера
• HOESY, спектроскопия гетероядерного эффекта Оверхаузера
• ROESY, спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера с вращательной рамкой
• TRNOE, Перенесенный ядерный эффект Оверхаузера
• DPFGSE-NOE, двойной импульсный градиент поля спинового эха эксперимент NOE

NOESY — это определение относительной ориентации атомов в молекуле, например, белка или другой большой биологической молекулы, создающее трехмерную структуру. HOESY — это кросс-корреляция NOESY между атомами разных элементов. ROESY включает в себя спин-блокировку намагниченности, чтобы предотвратить ее падение до нуля, применяемую для молекул, для которых обычный NOESY неприменим. TRNOE измеряет NOE между двумя различными молекулами, взаимодействующими в одном растворе, как при связывании лиганда с белком. ^[19] В эксперименте DPFGSE-NOE — переходный эксперимент, который позволяет подавлять сильные сигналы и, таким образом, обнаруживать очень малые NOE.

Примеры ядерного эффекта Оверхаузера

Ядерный эффект Оверхаузера ^[20]

Рисунок (вверху) показывает, как спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера может прояснить структуру переключаемого соединения. В этом примере ^[20] протон, обозначенный как {H}, показывает два различных набора NOE в зависимости от состояния изомеризации ( цис или транс ) переключаемых азогрупп . В транс- состоянии протон {H} находится далеко от фенильной группы , показывая синие NOE; в то время как цис- состояние удерживает протон {H} вблизи фенильной группы, что приводит к появлению новых NOE (показано красным).

Другой пример (внизу), где применение NOE полезно для назначения резонансов и определения конфигурации, — это полисахариды. Например, сложные глюканы обладают множеством перекрывающихся сигналов, особенно в протонном спектре. Поэтому выгодно использовать эксперименты 2D ЯМР, включая NOESY, для назначения сигналов. См., например, NOE углеводов .

Методы гомоядерного ЯМР в исследованиях углеводов.

Смотрите также

• Динамическая ядерная поляризация
• Намагничивание
• Ядерный магнитный резонанс
• Спектроскопия ядерного магнитного резонанса
• Спектроскопия ядерного магнитного резонанса белков
• Протонный ядерный магнитный резонанс
• Спиновая поляризация
• Двумерная спектроскопия ядерного магнитного резонанса

Ссылки

1. Ноггл, Джозеф Х.; Ширмер, Роджер Э. (1971). Ядерный эффект Оверхаузера: химические приложения . Academic Press. ISBN 9780125206501.
2. Нейхаус, Дэвид; Уильямсон, Майкл П. (2000). Ядерный эффект Оверхаузера в структурном и конформационном анализе, 2-е изд . Wiley-VCH.
3. Claridge, Timothy DW (2016). Методы ЯМР высокого разрешения в органической химии, 3-е изд . Elsevier. стр. 315. ISBN 978-0080999869.
4. Кульманн, Карл Ф.; Грант, Дэвид М.; Харрис, Робин К. (1970). «Ядерные эффекты Оверхаузера и времена релаксации ¹³ C в спектрах двойного резонанса ¹³ C {H}». Журнал химической физики . 52 (7): 3439–3448. doi :10.1063/1.1673508.
5. Оверхаузер, Альберт В. (1953). «Поляризация ядер в металлах». Physical Review . 92 (2): 411–5. Bibcode : 1953PhRv...92..411O. doi : 10.1103/PhysRev.92.411.
6. Карвер, ТР; Слихтер, КП (1953). «Поляризация ядерных спинов в металлах». Physical Review . 92 (1): 212–213. Bibcode : 1953PhRv...92..212C. doi : 10.1103/PhysRev.92.212.2.
7. Соломон, И (1955). «Процессы релаксации в системе двух спинов» (PDF) . Phys. Rev . 99 (2): 559. Bibcode :1955PhRv...99..559S. doi :10.1103/PhysRev.99.559.
8. Кайзер, Р. (1962). «Использование ядерного эффекта Оверхаузера при анализе спектров ядерного магнитного резонанса высокого разрешения». Журнал химической физики . 39 (1): 2435–2442. doi :10.1063/1.1734045.
9. Anet, FAL; Bourn, AJ R (1965). «Спектральные определения ядерного магнитного резонанса на основе ядерных эффектов Оверхаузера». Журнал Американского химического общества . 87 (22): 5250–5251. doi :10.1021/ja00950a048.
10. RA, Bell; Saunders, JK (1970). «Корреляция внутримолекулярного ядерного эффекта Оверхаузера с межъядерным расстоянием». Can. J. Chem . 48 (7): 1114–1122. doi :10.1139/v70-184.
11. Ширмер, RE; Ноггл, JH; Дэвис, JP; Харт, PA (1970). «Определение молекулярной геометрии путем количественного применения ядерного эффекта Оверхаузера». J. Am. Chem. Soc . 92 (11): 3266–3273. doi :10.1021/ja00714a005.
12. "Нобелевская премия по химии 1991 года". Nobelprize.org . Получено 2018-03-07 .
13. "Нобелевская премия по химии 2002 года". Nobelprize.org . Получено 24.03.2011 .
14. Кумар, Анил; Эрнст, РР; Вютрих, К. (июль 1980 г.). «Двумерный эксперимент по ядерному усилению Оверхаузера (2D NOE) для выяснения полных сетей протон-протонной кросс-релаксации в биологических макромолекулах». Biochemical and Biophysical Research Communications . 95 (1): 1–6. doi :10.1016/0006-291X(80)90695-6. PMID  7417242.
15. Derome, Andrew E. (1987). Современные методы ЯМР для химических исследований . Pergamon. стр. 106. ISBN 978-0080325149.
16. Дэвид Э. Кондон; Ильяс Йилдирим; Скотт Д. Кеннеди; Брендан К. Морт; Рышард Киржек; Дуглас Х. Тернер (декабрь 2013 г.). «Оптимизация силового поля AMBER для искусственной нуклеиновой кислоты, LNA и сравнительный анализ с ЯМР L(CAAU)». J. Phys. Chem. B . 118 (5): 1216–1228. doi :10.1021/jp408909t. PMC 3917691 . PMID  24377321. 
17. Condon DE, Kennedy SD, Mort BC, Kierzek R, Yildirim I, Turner DH (июнь 2015 г.). «Укладка в РНК: ЯМР четырех тетрамеров в качестве эталона молекулярной динамики». Journal of Chemical Theory and Computation . 11 (6): 2729–2742. doi :10.1021/ct501025q. PMC 4463549 . PMID  26082675. 
18. Браун, В.; Го, Н. (1985). «Вычисление конформаций белков с помощью ограничений расстояния протон-протон. Новый эффективный алгоритм». J. Mol. Biol. 186 (3): 611–626. doi :10.1016/0022-2836(85)90134-2. PMID  2419572.
19. Ни, Фэн; Шерага, Гарольд А. (1994). «Использование перенесенного ядерного эффекта Оверхаузера для определения конформаций лигандов, связанных с белками». Accounts of Chemical Research . 27 (9): 257–264. doi :10.1021/ar00045a001. ISSN  0001-4842.
20. M. Kazem-Rostami, NG Akhmedov и S. Faramarzi (2019). «Молекулярные лямбда-формы, управляемые светом двойные переключатели: спектроскопические и вычислительные исследования фотоизомеризации бисазо-аналогов основания Трегера». Журнал молекулярной структуры . 1178 : 538–543. Bibcode : 2019JMoSt1178..538K. doi : 10.1016/j.molstruc.2018.10.071. S2CID  105312344.

Внешние ссылки

• Ганс Й. Райх: Ядерный эффект Оверхаузера
• Юджин Э. Кван: Лекция 12: Ядерный эффект Оверхаузера
• Бит Фёгели (2015). "Ядерный эффект Оверхаузера в анализе структуры и динамики ЯМР" (PDF) . Архивировано из оригинала (pdf) 2022-03-08.
• Уильямс, Мартин и Ровняк Том 2: Р. Р. Джил и А. Наварро-Васкес: Глава 1. Применение ядерного эффекта Оверхаузера к структурному объяснению природных продуктов
• Джеймс Килер: 8 Расслабление
• YouTube: Джеймс Килер, Лекция 10, Релаксация II. Кембриджская лекция 2013 года о NOE
• Артур Г. Палмер, III (1997). "Релаксация и динамические процессы" (PDF) . Архивировано из оригинала (pdf) 2019-02-13.