Accoppiamento scalare

Accoppiamento scalare

Accoppiamento scalare 3J HNHa 2J HbHb

Dihedral angles and 3J coupling constant f Ha N Ca

N

Heteronuclear cases The scheme of 1J scalar couplings

NMR di biomolecole Problema: Come si fa ad assegnare tutti i segnali di uno spettro NMR di una proteina?

Concetti di base Accoppiamento scalare 3-10 Hz 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 dell’accoppiamento scalare si esprime attrvaerso una constante di accoppiamento J Es HN-Ha 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

Concetti di base La larghezza di riga di un segnale NMR dipende dalle proprietà di rilassamento T2. In prima approssimazione, il T2 dipende a sua volta dalle dimensione della molecola studiata. Piu’ la molecola è grande, piu’ il T2 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, l’accoppiamento scalare non da luogo a doppietti osservabili

Ricorda Magnetizzazione sul piano xy Evoluzione del chemical shift Accoppiamento scalare Rilassamento T2 Magnetizzazione sull’asse z NON c’è evoluzione del chemical shift Accoppiamento dipolare Rilassamento T1

Magnetizzazione sul piano xy My= (Mycos wIt+ Mx sin wIt)e-t/T2 Evoluzione del chemical shift Accoppiamento scalare Rilassamento T2 Magnetizzazione sull’asse z NON c’è evoluzione del chemical shift Accoppiamento dipolare Rilassamento T1 -Mz= Mz (1-2e-t/T2) (s/r)

NMR multidimensionale

A 2D! An FID is a series of data points, each data point being separated by a sampling time (dwell time) A computer will consider an FID as a one dimensional array of data points Each point has a different intensity F(t) F(t2) We will now repeat the experiment a second time, just changing another delay previous to acquisition. We collect a second F(t) which will be identical but for another delay. We store it in this way. We repeat the same experiment n times The computer will threat this as a 2D array of data points. BOTH DIMENSIONS are TIME DOMAINS EACH POINT will be a function of both t1 and t2 The overall signal is an F(t1,t2) F(t1)

The indirect dimension The evolution of chemical shift (therefore the frequency labelling in the indierct dimension) is possible IF AND ONLY IF magnetization is on the xy plane.

Fourier transformation F(t1,t2) F(n1,t2) F(t1,n2) F(n1,n2)

General scheme of a 2D experiment Mixing Detection Preparation Evolution

Scheme of a 2D Experiment The detection is the acquisition of the signal in the time domain. It is obtained by switching on the receiver an acquiring the F.I.D. This is the same as a 1D acquisition detection The evolution is a variable delay during which magnetization is “left” on the xy plane without applying any parturbation. The final signal intensity will depend on the evolution time. This is termed the indirect dimension. Leaving magnetization on the xy plane without applying any perturbation is also termed as “frequency labelling” evolution

General scheme of a 2D experiment Mixing Detection Preparation Evolution t1 t2 Time domain are ALWAYS indicated with lower case letter in order not to confuse them with relaxation rates

Scheme of a 2D experiment Preparation is the perturbation needed to put themagnetization in the xy plane. For all homonuclear basics experiment preparation is a non-selective 90° pulse Mixing is a “black box” that is needed to transfer magnetization from spin A to spin B. Most of common 2D experiment are all identical one another and differ only for the mixing period.

The need for multidimensional NMR Increasing the size of the molecule is NOT the main reason!

Besides resolution….. Why 2D NMR? Example: Put spin I on the xy plane Acquire spin I “DO something” to transfer the magnetization from I to J Acquire J The acquisition of two dimensions allows to monitor transfer of magnetization from a spin I to another spin J This information CAN NOT be obtained by 1D NMR. Only 2D experiments provide information on magnetization transfer phenomena among different spins