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I parametri NMR Il chemical shift Accoppiamento scalare La intensità dei segnali Il rilassamento.

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Che cosa è un momento magnetico di spin = - S SPIN S=1/2 Momento angolare di spin Momento magnetico di spin S= [S(S+1)] ½ h/2.

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Presentazione sul tema: "I parametri NMR Il chemical shift Accoppiamento scalare La intensità dei segnali Il rilassamento."— Transcript della presentazione:

1 I parametri NMR Il chemical shift Accoppiamento scalare La intensità dei segnali Il rilassamento

2 Costanti di accoppiamento

3 Accoppiamento scalare

4 2J2J 3J3J 3J3J

5

6 13 C 1H1H

7 Accoppiamento scalare 13 C 1H1H

8 Accoppiamento scalare 1H1H 13 C S I

9 Accoppiamento scalare

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11 Accoppiamento scalare omonucleare 3 J H N H 2 J H H

12 Accoppiamento scalare 2J2J 3J3J 3J3J

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16 Sistemi di spin A2X3

17 Combinando insieme accoppiamenti diversi

18 Sistema AMX

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20 Sistemi di spin A2X3

21 Combinando insieme accoppiamenti diversi

22 Costante di accoppiamento scalare Accoppiamento scalare 2 spin sono accoppiati per effetto di una interazione elettronica, ovvero per effetto di un legame chimico Questi effetto è generalmente osservabile per nuclei che distano fino a 3 legami sigma. Il fenomeno dellaccoppiamento scalare si esprime attrvaerso una constante di accoppiamento J Es H N -H 3J = 3-10 Hz LA costante di accoppiamento scalare ha come effetto la formazione di un doppietto. Ovvero ogni spin non appare come un singolo picco ma come un doppietto, le cui componenti sono separate in Hertz, dalla costante di accoppiamento 3-10 Hz

23 Accoppiamento scalare e rilassamento T 2 La larghezza di riga di un segnale NMR dipende dalle proprietà di rilassamento T 2. In prima approssimazione, il T 2 dipende a sua volta dalle dimensione della molecola studiata. Piu la molecola è grande, piu il T 2 è corto e piu i segnali sono larghi In una proteina, la larghezza di riga di un Hn o di un Ha è tipicamente maggiore di 10 Hz, ovvero della separazione del doppietto. In queste condizioni, laccoppiamento scalare non da luogo a doppietti osservabili 3-10 Hz 15 Hz MW ca Hz MW

24 N

25 N Importante 3 J dipendono dallangolo diedro INFORMAZIONE STRUTTURALE IMPORTANTE PER RISOLVERE LE STRUTTURE

26 3 J H N H = Acos 2 + B cos +C

27 Costanti di accoppiamento in sistemi uniformemente arricchiti in 13 C ed in 15 N

28 Costanti di accoppiamento 3 J Razionale Le costanti di accoppiamento scalare sono, da un punto di vista quantitativo, dipendenti dallangolo diedro sotteso tra i quattro atomi coinvolti C C H H Strategia La misura quantitativa di una costante daccoppiamento 3J fornisce informazioni sul valore dellangolo diedro coinvolto, ovverosia fornisce una informazione strutturale diretta ESEMPIO: 3 J HnHa 3-6 Hz in eliche 9-12 Hz in foglietti

29 Costanti di accoppiamento The scheme of 1J scalar couplings

30 Rilassamento

31 T 1 and T 2 T 2 describes the time evolution of magnetization in the xy plane, where acquisition takes place. It can be observed directly in the FID (linewidth) T 1 describes the time evolution of magnetization in the z axis. This can only be observed if a final 90° pulse is applied to rotate the magnetization from the z axis to the xy plane. The intensity of the overall magnetization on the z axis is related to the overall energy of the system. i.e. the populations of ground and excited states The intensity of the magnetization on the xy axis is related to the rate of dephasing of the magnetization.

32 x -y z B0B0 A Pulse x E E B1B1 x -y z B0B0 A Pulse x B1B1 x -y z B0B0 A Pulse x B1B1 x -y z B0B0 A Pulse x B1B1 x -y z B0B0 A Pulse x B1B1 x -y z B0B0 A Pulse x E E x -y z B0B0 A Pulse x x -y z B0B0 A Pulse x x -y z B0B0 A Pulse x x -y z B0B0 A Pulse x x -y z B0B0 A Pulse E E

33 Rilassamento Il sistema reagisce alla perturbazione applicata per tornare allequilibrio Rilassamento T 1 La constante di velocità con cui la magnetizzazione ritorna allequilibrio

34 T 1 T 1 describes the time evolution of magnetization in the z axis. Related to the overall energy of the system The populations of ground and excited states

35 x -y z B0B0 A Pulse x E E B1B1 x -y z B0B0 A Pulse x B1B1 x -y z B0B0 A Pulse x B1B1 x -y z B0B0 A Pulse x x -y z B0B0 A Pulse x receiver x -y z B0B0 A Pulse x receiver x -y z B0B0 A Pulse x receiver x -y z B0B0 A Pulse x receiver x -y z B0B0 A Pulse x receiver x -y z B0B0 A Pulse x

36 Rilassamento Il sistema reagisce alla perturbazione applicata per tornare allequilibrio Rilassamento T 2 La constante di velocità con cui la magnetizzazione scompare dal piano xy My=exp(-t/T 2 )

37 T 2 T 2 describes the time evolution of magnetization in the XY plane. In addition to the exchange of energy with the environment, nuclei exchange energy one with another. This does NOT affect the energy of the system but contributes to relaxation It can be observed directly in the FID (linewidth) T 2 is alwayes shorter or equal to T 1.

38 zy xzy xzy x M B1B1B1B1 90°t I I t

39 The NMR spectrum The Fourier Transform of the FID provides the NMR spectrum I 1 ½ F max ( ) FID Spectru m

40 Da ricordare La larghezza di riga di un segnale dipende dal valore del tempo di rilassamento T 2. Tanto piu T 2 é lungo, ovvero tanto piu il sistema impiega tempo per tornare allo stato di equilibrio, tanto piu la riga NMR é stretta. Una riga stretta permette al segnale di essere osservato con maggiore accuratezza INOLTRE……

41 Da ricordare Se un segnale ha un T 2 molto piccolo, sarà impossibile osservare gli accoppiamenti scalari perché il sistema rilassa durante la osservazione dell effetto.

42 I Meccanismi di rilassamento

43 Campi Magnetici Oscillanti

44 Anisotropia dello Spostamento Chimico (CSA)

45 Velocità di Rilassamento 15 N in Calbindin D 9K

46 Moti in Scala ns-ps del Citocromo b 5 (Fe 3+ ) Aumenta Mobilità

47 Moti in Scala ns-ps del Citocromo b 5 (Fe 2+ ) Aumenta Mobilità

48 I parametri NMR Il chemical shift La intensità dei segnali Accoppiamento Scalare Il rilassamento Accoppiamento Dipolare

49 Accoppiamento scalare Accoppiamento dipolare

50 Accoppiamento Dipolare B0B0B0B0 I J r

51 Due spin vicini nello spazio, interagiscono in misura inversamente proporzionale alla sesta potenza della distanza. Questo effetto è anche chiamato effetto NOE (Effetto Overhauser nucleare). B0B0B0B0 I J r

52 Accoppiamento Dipolare Due spin vicini nello spazio, interagiscono in misura inversamente proporzionale alla sesta potenza della distanza. Questo effetto è anche chiamato effetto NOE (Effetto Overhauser nucleare). B0B0B0B0 I J r Per effetto della dipendenza dalla sesta potenza, si tratta di un effetto che è molto importante quando i due spin sono vicini e che diventa trascurabile quando la distanza aumenta.

53 Accoppiamento Dipolare Due spin vicini nello spazio, interagiscono in misura inversamente proporzionale alla sesta potenza della distanza. Questo effetto è anche chiamato effetto NOE (Effetto Overhauser nucleare). B0B0B0B0 I J r Limportanza di questo accoppiamento è enorme, perché se io riesco a misurare questo effetto, ottengo una informazione quantitativa sulla distanza.

54 Accoppiamento dipolare A differenza dellaccoppiamento scalare, laccoppiamento dipolare altera la popolazione dei livelli del sistema e non i valori di energia Da un punto di vista fisico, é laccoppiamento tra due magneti che sono vicino nello spazio

55 Accoppiamento dipolare Reference experiment Saturation of signal S

56 Accoppiamento dipolare Laccoppiamento dipolare si ha tra due spin che sono vicini nello spazio Si tratta della interazione tra due dipoli magnetici, tra i quali, quando essi sono vicini nello spazio, si ha uno scambio di energia Lentità delleffetto dipende dal campo magnetico e dalle dimensioni della molecola. Nel caso di spin 1H, laccoppiamento dipolare si trasferisce per spin che si trovano a distanze inferiori ai 5 A. NON si osservano doppietti Laccoppiamento dipolare da luogo ad un trasferimento di magnetizzazione da uno spin allaltro. Questo effetto va sotto il nome di effetto NOE Nuclear Overhauser Effect Perturbo A Aumenta la intensità di B

57 Accoppiamento dipolare Laccoppiamento dipolare è indipendente dallaccoppiamento scalare 2 spin possono essere accoppiati : -Scalarmente E dipolarmente se sono vicini nello spazio e legati da legami chimici -scalarmente ma non dipolarmente se sono legati da legami chimici ma non vicini nello spazio -dipolarmente ma non scalarmente se sono spazialmente vicini ma non legati da legamei chimici Pensate a degli esempi, per favore Leffetto NOE è osservabile in un esperimento NMR bidimensionale, detto NOESY (in realtà si puo anche osservare in esperimenti monodimensionle (1D NOE) di cui pero non parleremo

58 Accoppiamento scalare ed accoppiamento dipolare Laccoppiamento scalare è laccoppiamento tra spin nucleari che avviene tra atomi che sono legati da legami chimici (THROUGH BOND) E laccoppiamento tra spin determinato dagli orbitali molecolari, ovvero le energie dei livelli di spin nucleari sono interdipendenti Porta alla formazione di doppietti e multipletti. Puo essere sfruttato per trasferire magnetizzazione da uno spin ad un altro, sfruttando il trasferimento atraverso legami chimici Laccoppiamento dipolare è laccoppiamento tra spin nucleari che avviene tra atomi che sono vicini nella spazio (THROUGH SPACE) E laccoppiamento tra due dipoli magnetici che sono vicini tra di loro Puo essere sfruttato per trasferire magnetizzazione da uno spin ad un altro, in funzione della loro prossimità spaziale

59 Through space AND throuhg bonds Through space Through bond

60 Ricapitolando Cosa sappiamo sulle informazioni ottenibili via NMR che possono darci informazioni strutturali

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