Ядерный эффект Оверхаузера

Эффект спектроскопии ядерного магнитного резонанса

Ядерный эффект Оверхаузера ( ЯЭО ) представляет собой перенос поляризации ядерного спина 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 ЯМР-резонанса, которое происходит, когда другой насыщается облучением радиочастотным полем . Изменение резонансной интенсивности ядра является следствием близости ядра в пространстве к тем ядрам, на которые непосредственно воздействует радиочастотное возмущение.

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

История

NOE возникла на основе 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 Т. Р. Карвером и К. П. Слихтером также в 1953 году. ^[6] Общая теоретическая основа и экспериментальное наблюдение эффекта Оверхаузера, включающего только ядерные спины в молекуле HF. было опубликовано Ионелом Соломоном в 1955 году. ^[7] Другое раннее экспериментальное наблюдение NOE было использовано Кайзером в 1963 году, чтобы показать, как NOE можно использовать для определения относительных знаков скалярных констант связи и для определения спектральных линий в спектрах ЯМР. переходам между энергетическими уровнями. В этом исследовании резонанс одной популяции протонов ( ¹ H) в органической молекуле усиливался, когда вторая отдельная популяция протонов в той же органической молекуле насыщалась радиочастотным облучением. ^[8] Применение NOE было использовано Анет и Борном в 1965 году для подтверждения отнесения резонансов ЯМР для β,β-диметилакриловой кислоты и диметилформамида, тем самым показав, что информация о конформации и конфигурации органических молекул в растворе может быть получена. .^[9] Белл и Сондерс сообщили о прямой корреляции между усилением 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 соавт. ^[11]

Ричард Р. Эрнст был удостоен Нобелевской премии по химии 1991 года за разработку преобразования Фурье и двумерной ЯМР-спектроскопии , которые вскоре были адаптированы для измерения NOE, особенно в крупных биологических молекулах. ^[12] В 2002 году Курт Вутрих получил Нобелевскую премию по химии за разработку спектроскопии ядерного магнитного резонанса для определения трехмерной структуры биологических макромолекул в растворе, демонстрируя, как метод 2D NOE (NOESY) можно использовать для ограничения трехмерные структуры крупных биологических макромолекул. ^[13] Профессор Анил Кумар был первым, кто применил двумерный эксперимент по ядерному эффекту Оверхаузера (2D-NOE, теперь известный как NOESY) к биомолекуле, что открыло поле для определения трехмерных структур биомолекул в растворе методом ЯМР. спектроскопия. ^[14]

Релаксация

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

Стационарная импульсная последовательность для экспериментов ^{1 H NOE}

NOE и ядерная спин-решеточная релаксация — тесно связанные явления. Для одного ядра со спином 1 ⁄ 2 в магнитном поле есть два уровня энергии, которые часто обозначаются α и β, которые соответствуют двум возможным квантовым состояниям со спином, + 1 ⁄ 2 и - 1 ⁄ 2 соответственно. При тепловом равновесии населенность двух энергетических уровней определяется распределением Больцмана со спиновой населенностью, заданной P _α и P _β . Если спиновые популяции возмущаются соответствующим радиочастотным полем на частоте энергии перехода, спиновые популяции возвращаются в тепловое равновесие посредством процесса, называемого спин-решеточной релаксацией . Скорость переходов от α к β пропорциональна населенности состояния α, P _α и представляет собой процесс первого порядка с константой скорости W . Состояние, при котором спиновые населенности выравниваются в результате непрерывного радиочастотного облучения ( P _α = P _β ), называется насыщением и резонанс исчезает, поскольку вероятности перехода зависят от разности населенностей между уровнями энергии.

В простейшем случае, когда имеет значение NOE, резонансы двух ядер со спином 1/2 , I и S, химически сдвинуты, но не J-связаны . Энергетическая диаграмма такой системы имеет четыре энергетических уровня, которые зависят от спиновых состояний I и S, соответствующих αα, αβ, βα и ββ соответственно. W — это вероятности в единицу времени того, что произойдет переход между четырьмя энергетическими уровнями, или, другими словами, скорость, с которой происходят соответствующие перевороты спина. Имеются два одиночных квантовых перехода W ₁ ^I , соответствующие 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 вызвать только одноквантовые переходы (из-за так называемых квантово-механических правил отбора ), приводящие к появлению наблюдаемых спектральных линий, диполярная релаксация может происходить по любому из путей. Диполярный механизм — единственный общий механизм релаксации, который может вызывать переходы, при которых переворачивается более одного спина. В частности, механизм диполярной релаксации приводит к переходам между состояниями αα и ββ ( W ₂ ), а также между состояниями αβ и βα ( W ₀ ).

Выраженная через объемную намагниченность ЯМР, экспериментально наблюдаемая стационарная NOE 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 (резонансная интенсивность) ядра в состоянии теплового равновесия. 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 скорость продольной диполярной релаксации ( ) спина I из-за наличия спина s , называемая скоростью кросс-релаксации , 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 заселенности так, что P _αα = P _αβ и P _βα = P _ββ . Пути релаксации системы, однако, 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 имеет значения. не изменятся от своих равновесных значений. Это означает, что если бы только одиночные квантовые переходы были активными в качестве путей релаксации, насыщение резонанса не повлияло бы на интенсивность резонанса . Поэтому для наблюдения NOE на резонансной интенсивности I вклад и должен быть важным. Эти пути, известные как пути кросс-релаксации , вносят значительный вклад в спин-решеточную релаксацию только тогда, когда в релаксации преобладают диполь-дипольные или скалярные взаимодействия взаимодействия, но скалярное взаимодействие редко бывает важным и считается незначительным. В гомоядерном случае, когда , если - доминирующий путь релаксации, то насыщение увеличивает интенсивность резонанса , и NOE является положительным , тогда как, если - доминирующий путь релаксации, насыщение уменьшает интенсивность резонанса , и NOE является отрицательным . ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle W_{0}}$ ${\displaystyle W_{2}}$ ${\displaystyle \gamma _{I}=\gamma _{S}}$ ${\displaystyle W_{2}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle W_{0}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle I}$

Молекулярное движение

Является ли NOE положительным или отрицательным, во многом зависит от степени вращательного молекулярного движения.^[3] Три пути диполярной релаксации в разной степени способствуют спин-решеточной релаксации в зависимости от ряда факторов. Ключевым из них является то, что баланс между ω ₂ , ω ₁ и ω ₀ решающим образом зависит от времени корреляции вращения молекулы , времени, которое требуется молекуле, чтобы повернуть один радиан. Теория ЯМР показывает, что вероятности перехода связаны с и частотами ларморовской прецессии , , 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 . Чтобы произошла релаксация, частота молекулярного вращения должна совпадать с ларморовской частотой ядра. В подвижных растворителях опрокидывающее движение молекул происходит намного быстрее, чем . Так называемый предел крайнего сужения, где ). В этих условиях двухквантовая релаксация W ₂ более эффективна, чем W ₁ или W ₀ , поскольку τ _c и 2ω ₀ совпадают лучше, чем τ _c и ω ₁ . Когда ω ₂ является доминирующим процессом релаксации, результат NOE положительный. ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle \omega \tau _{c}\ll 1}$

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

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

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

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

Это выражение показывает, что для гомоядерного случая, когда I = S , особенно для ¹ H ЯМР, максимальное наблюдаемое NOE составляет 1\2 независимо от близости ядер. В гетероядерном случае, когда I ≠ S , максимальный NOE равен 1\2 ( γ _S / γ _I ), что при наблюдении гетероядер в условиях широкополосной развязки протонов может привести к значительному улучшению чувствительности. Важнейшим примером в органической химии является наблюдение ¹³ C при развязке 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 в релаксации преобладает диполярная релаксация, а NOE приближается к максимуму. Для непротонированных атомов углерода усиление NOE невелико, в то время как для углерода, который релаксирует 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 квадруполярному механизму, путей перекрестной релаксации нет и NOE не существует. Другой важный случай — ¹⁵ Н, пример, когда значение его магнитогирического отношения отрицательно. Часто резонансы ¹⁵ N уменьшаются, или NOE может фактически свести на нет резонанс, когда ядра ¹ H отделяются. Обычно выгодно снимать такие спектры с помощью импульсных методов, которые включают перенос поляризации от протонов к ¹⁵ N, чтобы минимизировать отрицательный NOE.

Выяснение структуры

О первых ННЭ сообщили Анет и Борн ^[9]

Хотя связь стационарного NOE с межъядерным расстоянием сложна и зависит от скорости релаксации и молекулярного движения, во многих случаях для небольших быстро падающих молекул в крайне суженном пределе полуколичественный характер положительных NOE полезен для многих структурных приложений. часто в сочетании с измерением констант J-связи. Например, усиление NOE можно использовать для подтверждения отнесения резонансов ЯМР, различения структурных изомеров, идентификации закономерностей замещения ароматических колец и конфигураций алифатических заместителей, а также определения конформационных предпочтений. ^[3]

Тем не менее, межатомные расстояния, полученные на основе наблюдаемого NOE, часто могут помочь подтвердить трехмерную структуру молекулы. ^{[3] [15]} В этом приложении NOE отличается от применения J-связи тем, что NOE происходит через пространство, а не через химические связи. Таким образом, атомы, находящиеся в непосредственной близости друг от друга, могут давать ЯЭО, тогда как спиновая связь наблюдается только тогда, когда атомы соединены 2–3 химическими связями. Однако соотношение η _IS (max) = 1 ⁄ 2 не дает понять, как NOE связано с межъядерными расстояниями, поскольку оно применимо только для идеализированного случая, когда в релаксации на 100% преобладают диполь-дипольные взаимодействия между двумя ядрами I и ^S. На практике значение ρ _I содержит вклады других конкурирующих механизмов, которые служат лишь для уменьшения влияния W ₀ и W ₂ за счет увеличения W ₁ . Иногда, например, релаксация за счет электрон-ядерных взаимодействий с растворенным кислородом или примесями ионов парамагнитных металлов в растворителе может препятствовать наблюдению слабых усилений NOE. Наблюдаемый NOE при наличии других механизмов релаксации определяется выражением

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

где ρ ^⋇ — дополнительный вклад в общую скорость релаксации от механизмов релаксации, не связанных с кросс-релаксацией. Использование той же идеализированной двухспиновой модели для диполярной релаксации в предельном пределе 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, двухспиновая стационарная ЯЭО зависит от межъядерного расстояния только при наличии вклада внешней релаксации. Белл и Сондерс показали, что при строгих предположениях ρ ^⋇ /τ _c почти постоянно для подобных молекул в пределе крайнего сужения. ^[10] Следовательно, взяв соотношения установившихся 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 роста NOE пропорциональна r _IS ^-6 , что обеспечивает другие, более сложные альтернативы для получения структурной информации посредством переходных экспериментов, таких как 2D-NOESY.

Двумерный ЯМР

Импульсная последовательность для стандартного двумерного эксперимента NOESY

2D NOESY-спектр кодеина

Мотивы использования двумерного ЯМР для измерения NOE такие же, как и для других двумерных методов. Максимальное разрешение улучшается за счет распределения затронутых резонансов по двум измерениям, поэтому разрешается больше пиков, можно наблюдать более крупные молекулы и больше NOE за одно измерение. Что еще более важно, когда молекулярное движение находится в промежуточном или медленном режиме движения, когда NOE либо равно нулю, либо отрицательно, эксперимент NOE в стационарном состоянии не дает результатов, которые могут быть связаны с межъядерными расстояниями. ^[3]

Молекула кодеина

Спектроскопия с ядерным эффектом Оверхаузера (NOESY) — это метод двумерной ЯМР-спектроскопии, используемый для идентификации ядерных спинов, подвергающихся кросс-релаксации, и для измерения скорости их кросс-релаксации. Поскольку ¹ H-диполь-дипольные связи обеспечивают основное средство кросс-релаксации органических молекул в растворе, спины, подвергающиеся кросс-релаксации, - это спины, близкие друг к другу в пространстве. Таким образом, кросс-пики спектра NOESY указывают, какие протоны находятся близко друг к другу в пространстве. В этом отношении эксперимент NOESY отличается от эксперимента COSY, который основан на J-связи для обеспечения спин-спиновой корреляции и чьи перекрестные пики указывают, какие ¹ H близки к каким другим ¹ H через химические связи молекулы.

Базовая последовательность NOESY состоит из трех импульсов по 90°. 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 составляющей намагниченности, ортогональной направлению импульса. Таким образом, идея состоит в том, чтобы создать начальные условия для периода смешивания τ _m . Во время смешивания NOE может иметь место перенос намагниченности посредством кросс-релаксации. Для базового эксперимента NOESY τ _m поддерживается постоянным на протяжении всего 2D-эксперимента, но выбирается с учетом оптимальной скорости перекрестной релаксации и нарастания 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 t ₂ импульса . Спектр NOESY генерируется двумерным преобразованием Фурье относительно t ₁ и t ₂ . Проводят серию экспериментов с увеличением времени смешивания и отслеживают увеличение усиления NOE. Ближайшие протоны демонстрируют наиболее быстрые темпы наращивания NOE.

Межпротонные расстояния можно определить по однозначно назначенным, хорошо разрешенным спектрам NOESY с высоким соотношением сигнал/шум путем анализа интенсивностей перекрестных пиков. Их можно получить путем объемного интегрирования и преобразовать в оценки межпротонных расстояний. Расстояние между двумя атомами можно рассчитать на основе 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 указан на основе известных расстояний и объемов в спектре, что дает среднее значение и стандартное отклонение , измерение нескольких областей в спектре NOESY, не показывающее пиков, то есть шума , и ошибки измерения . Параметр задается таким образом, чтобы все известные расстояния находились в пределах погрешности. Это показывает, что можно отобразить нижний диапазон громкости NOESY. ${\displaystyle c}$ ${\displaystyle c}$ ${\displaystyle c_{SD}}$ ${\displaystyle V_{\rm {err}}}$ ${\displaystyle m_{v}}$ ${\displaystyle x}$

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

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, заблокированные нуклеиновые кислоты имеют множество атомов, расстояние между которыми в сахаре очень мало варьируется, что позволяет оценить углы скручивания гликозидов, что позволило ЯМР проверить предсказания молекулярной динамики LNA. ^[16] Однако РНК содержат сахара, которые гораздо более конформационно гибки и требуют более широких оценок нижних и верхних границ. ^[17]

При структурной характеристике белков NOE используются для создания ограничений на внутримолекулярные расстояния. В этом методе каждая пара протонов рассматривается изолированно, и интенсивности перекрестных пиков NOESY сравниваются с эталонным перекрестным пиком от пары протонов на фиксированном расстоянии, например, от пары протонов геминального метилена или протонов ароматического кольца. Этот простой подход достаточно нечувствителен к эффектам спиновой диффузии или неоднородному времени 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 и слабые, и их можно перевести в ограничения верхнего расстояния около 2,5, 3,5 и 5,0 Å соответственно. Такие ограничения затем можно использовать при оптимизации молекулярной механики, чтобы получить представление о конформации белка в растворенном состоянии. ^[18] Определение полной структуры основано на различных экспериментах ЯМР и методах оптимизации, использующих как химический сдвиг, так и ограничения NOESY.

Гетероядерная НЭЭ

Некоторые экспериментальные методы

Некоторые примеры одномерных и двумерных экспериментальных методов ЯМР, использующих NOE, включают:

• NOESY, Ядерная спектроскопия на эффекте Оверхаузера
• HOESY, Гетероядерная спектроскопия на эффекте Оверхаузера
• ROESY, Ядерная спектроскопия эффекта Оверхаузера с вращающейся рамкой
• ТРНОЭ, Перенесенный ядерный эффект Оверхаузера
• DPFGSE-NOE, эксперимент NOE с двойным импульсным градиентом спинового эха

NOESY — это определение относительной ориентации атомов в молекуле, например, белке или другой крупной биологической молекуле, создающей трехмерную структуру. HOESY — это NOESY-кросс-корреляция между атомами разных элементов. ROESY предполагает блокировку спина намагниченности, чтобы предотвратить ее обращение к нулю, что применяется к молекулам, для которых обычный NOESY неприменим. TRNOE измеряет NOE между двумя разными молекулами, взаимодействующими в одном растворе, как при связывании лиганда с белком.^[19] В эксперименте DPFGSE-NOE — переходном эксперименте, который позволяет подавлять сильные сигналы и, таким образом, обнаруживать очень небольшие NOE.

Примеры ядерного эффекта Оверхаузера

Ядерный эффект Оверхаузера ^[20]

На рисунке (вверху) показано, как спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера может пролить свет на структуру переключаемого соединения. В этом примере ^[20] протон, обозначенный как {H}, демонстрирует два разных набора NOE в зависимости от состояния изомеризации ( цис или транс ) переключаемых азогрупп . В транс -состоянии протон {H} находится далеко от фенильной группы , показывая NOE синего цвета; в то время как цис- состояние удерживает протон {H} вблизи фенильной группы, что приводит к появлению новых NOE (показаны красным).

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

Гомоядерные методы ЯМР в исследованиях углеводов.

Смотрите также

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

Рекомендации

1. Ноггл, Джозеф Х.; Ширмер, Роджер Э. (1971). Ядерный эффект Оверхаузера: химическое применение . Академическая пресса. ISBN 9780125206501.
2. Нейхаус, Дэвид; Уильямсон, Майкл П. (2000). Ядерный эффект Оверхаузера в структурном и конформационном анализе, 2-е изд . Вайли-ВЧ.
3. Кларидж, Тимоти Д.В. (2016). Методы ЯМР высокого разрешения в органической химии, 3-е изд . Эльзевир. п. 315. ИСБН 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. дои : 10.1063/1.1673508.
5. Оверхаузер, Альберт В. (1953). «Поляризация ядер в металлах». Физический обзор . 92 (2): 411–5. Бибкод : 1953PhRv...92..411O. doi : 10.1103/PhysRev.92.411.
6. Карвер, TR; Слихтер, КП (1953). «Поляризация ядерных спинов в металлах». Физический обзор . 92 (1): 212–213. Бибкод : 1953PhRv...92..212C. doi :10.1103/PhysRev.92.212.2.
7. Соломон, I (1955). «Процессы релаксации в системе двух спинов» (PDF) . Физ. Преподобный . 99 (2): 559. Бибкод : 1955PhRv...99..559S. doi : 10.1103/PhysRev.99.559.
8. Кайзер, Р. (1962). «Использование ядерного эффекта Оверхаузера в анализе спектров ядерного магнитного резонанса высокого разрешения». Журнал химической физики . 39 (1): 2435–2442. дои : 10.1063/1.1734045.
9. Анет, ФАЛ; Борн, Эй Джей Р. (1965). «Распределение спектров ядерного магнитного резонанса на основе эффектов ядерного Оверхаузера». Журнал Американского химического общества . 87 (22): 5250–5251. дои : 10.1021/ja00950a048.
10. РА, Белл; Сондерс, Дж. К. (1970). «Корреляция внутримолекулярного ядерного эффекта Оверхаузера с межъядерным расстоянием». Может. Дж. Чем . 48 (7): 1114–1122. дои : 10.1139/v70-184.
11. Ширмер, RE; Ноггл, Дж. Х.; Дэвис, JP; Харт, Пенсильвания (1970). «Определение молекулярной геометрии путем количественного применения ядерного эффекта Оверхаузера». Варенье. хим. Соц . 92 (11): 3266–3273. дои : 10.1021/ja00714a005.
12. «Нобелевская премия по химии 1991 года». Нобелевская премия . Проверено 07 марта 2018 г.
13. «Нобелевская премия по химии 2002 г.». Нобелевская премия . Проверено 24 марта 2011 г.
14. Кумар, Анил; Эрнст, Р.Р.; Вютрих, К. (июль 1980 г.). «Двумерный эксперимент по усилению ядерного Оверхаузера (2D NOE) для выяснения полных сетей протон-протонной кросс-релаксации в биологических макромолекулах». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 95 (1): 1–6. дои : 10.1016/0006-291X(80)90695-6. ПМИД  7417242.
15. Derome, Эндрю Э. (1987). Современные методы ЯМР для химических исследований . Пергамон. п. 106. ИСБН 978-0080325149.
16. Дэвид Э. Кондон; Ильяс Йылдирим; Скотт Д. Кеннеди; Брендан С. Морт; Рышард Киржек; Дуглас Х. Тернер (декабрь 2013 г.). «Оптимизация силового поля AMBER для искусственной нуклеиновой кислоты, LNA и сравнительный анализ с помощью ЯМР L (CAAU)». Дж. Физ. хим. Б. _ 118 (5): 1216–1228. дои : 10.1021/jp408909t. ПМЦ 3917691 . ПМИД  24377321. 
17. Кондон Д.Э., Кеннеди С.Д., Морт BC, Кирзек Р., Йилдирим I, Тернер Д.Х. (июнь 2015 г.). «Стекирование в РНК: ЯМР четырех тетрамеров, эталон молекулярной динамики». Журнал химической теории и вычислений . 11 (6): 2729–2742. дои : 10.1021/ct501025q. ПМЦ 4463549 . ПМИД  26082675. 
18. Браун, В.; Го, Н. (1985). «Расчет конформаций белка с помощью ограничений протон-протонного расстояния: новый эффективный алгоритм». Дж. Мол. Биол. 186 (3): 611–626. дои : 10.1016/0022-2836(85)90134-2. ПМИД  2419572.
19. Ни, Фэн; Шерага, Гарольд А. (1994). «Использование перенесенного ядерного эффекта Оверхаузера для определения конформации лигандов, связанных с белками». Отчеты о химических исследованиях . 27 (9): 257–264. дои : 10.1021/ar00045a001. ISSN  0001-4842.
20. М. Казем-Ростами, Н.Г. Ахмедов и С. Фарамарзи (2019). «Молекулярные двойные переключатели, управляемые светом, в форме лямбды: спектроскопические и вычислительные исследования фотоизомеризации аналогов основания Трёгера бисазо». Журнал молекулярной структуры . 1178 : 538–543. Бибкод : 2019JMoSt1178..538K. doi :10.1016/j.molstruc.2018.10.071. S2CID  105312344.

Внешние ссылки

• Ганс Дж. 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) 8 марта 2022 г.
• Уильямс, Мартин и Ровняк Том 2: Р.Р. Гил и А. Наварро-Васкес: Глава 1. Применение ядерного эффекта Оверхаузера к выяснению структуры природных продуктов.
• Джеймс Киллер: 8 релаксаций
• YouTube: Джеймс Килер, Лекция 10, Релаксация II. Кембриджская лекция 2013 г. по NOE
• Артур Г. Палмер, III (1997). «Релаксация и динамические процессы» (PDF) . Архивировано из оригинала (pdf) 13 февраля 2019 г.