Transcript Transferencia de polarizacion (TP)
Transferencia de polarizacion (TP)
• Hasta ahora hemos considerado vectores (magnetizaciones) proporcionales a la sensibilidad de los nucleos en estudio.
• En experimentos de pulsos multiples vamos a hacer muchas cosas con un grupo de espines para obtener informacion. Si los nucleos son insensibles, sus efectos en otros nucleos (NOE, acople, etc.) va a ser dificil de ver.
• En el caso del APT, miramos 13 C y desacoplamos 1 H durante el segundo periodo
t D
. Si consideramos que tenemos efectos NOE, la intensificacion de la señal de carbono sera a lo sumo 4 ( g H / g C). Como hay muchas rutas de relajacion ademas del NOE, esto jamas se da… • ¿Que tal si pudiesemos usar el exeso de poblacion del nucleo sensible ( 1 H) y pasarsela a los nucleos menos sensibles ( 13 C, 15 N), todo en forma controlda y predecible?
• El metodo se llama
transferencia de polarizacion
, y involucra pasar el gran exceso de poblacion (polarizacion) de los 1 H a los nucleos insensibles antes de perturbarlos.
• Para entenderlo usamos el diagrama de energias de un sistema de dos espines ligeramente acoplados, y empezamos considerando un sistema homonuclear ( 1 H)...
TP (continuado)
• Para este diagrama usamos dos 1 H que estan ligeramente acoplados y tienen una diferencia grande de d ‘s. Los llamo
I
y
S
un • para mantener no se que convencion, e indicamos con el exceso de poblacion de un estado a otro: a I b S
• •
2 I S 4
• • • •
1
b I b S
S I
a I a S
• •
3
b I a S
1,3 I 2,4 1,2 S 3,4
• Ahora irradiamos y saturamos una sola de las lineas de los nucleos
selectivamente
(con una BC). Despues de un tiempo, las poblaciones de esa transicion se igualan: a I b S
• •
2 I S 4
• • •
1
b I b S
S I
a I a S
• • •
3
b I a S
1,3 2,4 I 1,2 S 3,4
TP - TPS and IPS
• Como cambiamos las poblaciones del sistema de espines, la intesidad de las lineas del espectro lo reflejan. Lo que hicimos fue transferir polarizacion de un nucleo a otro. Lo llamamos
transferencia de polarizacion selectiva
, or
TPS
.
• Hay una variacion util de la tecnica. Consideren la siguiente secuencia de pulsos:
90 180 s
• El pulso gordito es un pulso p selectivo de baja potencia.
Invierte las poblaciones de una sola de las lineas en el sistema de espines.
3,4
a I b S
• •
2 I S 4
• •
1
b I b S
S
• • • •
3
b I a S
I
a I a S
2,4 1,2 1,3
TP - TPS and IPS (continuado)
• Un jemplo practico de esta secuencia usando etilcinamato: H
a
O H
b
OEt
b a
• En este caso invertimos cada linea de los 1 H olefinicos
a
y
b
, y vemos como varian las intensidades de las otras lineas.
Hecho a 90 MHz (Anasazi Eft-90).
TP heteronuclear
• En este caso, el experimento se llama
inversion de polarizacion selectiva
, o
IPS
. De nuevo, la intensdad de las señales se debe a lo que hicimos con las poblaciones del sistema de espines.
• A pesar de que podemos usar TPS e IPS para identificar espines en regiones muy complicadas de un espectro 1 H, la TP homonuclear no es tan util como la TP heteronuclear.
Pensemos en estos experimentos en sistema heteronuclear: a C b H
• •
13 C 2 4
b C b H
1,2 3,4 1 H 1 H
b C a H
1,3 2,4
a C a H
1 13 C 3 I S
• Aca las diferencias de poblaciones entre los niveles reflejan que tenemos un radio de
1
a
4
entre 13 C y 1 H debido a las diferencias en los radios giromagneticos. Aca es que se empieza a ver porque esto puede ser util… • Una cosa que esta mal en el diagrama son las intensidades relativas de las señales. Las dibujamos pensando en el radio de radios giromagneticos, no en la abundancia natural...
TP heteronuclear - TPS
• Ahora aplicamos TPS e IPS a este sistema y vemos que pasa. Primero TPS… • Despues de que saturamos, digamos, la transicion
1,2
vemos las siguientes poblaciones en el diagrama de energias: a C b H
2 13 C 4
b C b H
1 H 2,4 3,4 1 H
a C a H
1 13 C 3
b C a H
1,3 I 1,2 S
• Las señales de los dos espines cambian de acuerdo a la variacion de poblaciones, pero ahora una de las transiciones de 13 C es
tres veces
mas grande que al principio. Ahora se pone interesante...
• Si consideramos los valores absolutos de las señales, tenemos el doble de señal que en el espectro original...
TP heterocuclear - IPS
• Ahora hacemos el mismo analisis para IPS. Si invertimos selectivamente las poblaciones de
1,2
, nos da lo siguiente: a C b H
• • • • •
13 C 2 4 1 H
a C a H
• •
1
b C b H
1 H 13 C 3
b C a H
2,4 3,4 I 1,2 S
• Ahora,
ESTO SI
esta bueno, si consideramos que empezamos con una señal de 13 C que era asi:
1,3 2,4 1,3 I
• Manipulando las poblaciones de los protones, obtenemos una intensificacion de
4
en la señal de 13 C (considerando señales positivas y negativas).
Modulacion J y TP
• El aumento en la señal de 13 C esta bien, pero todavia hay que lidiar con un espectro 13 C que esta acoplado a 1 H y que tiene picos para arriba y para abajo. No podemos desacoplar en la adquicision, porque el aumento se debe a los niveles de 1 H, que desaparecen si desacoplamos… • Lo que hacemos es combinarlo con
modulacion J
.
Consideren la siguiente secuencia de pulsos:
90 13 C: t D 180 s { 1 H} 1 H:
• Hacemos que
t D
pulso p
/ 2
en 13 sea C y el
1 / 2J t D
. Esto significa que despues del , la magnetizacion de 13 C va a haber
reenfocado
los acoples con 1 H. Con vectores…
Modulacion J y TP (continuado)
• Solo consideramos magnetizacion de 13 C, porque lo unico que hicimos con 1 H es invertir las poblaciones selectivamente el puslo p gordito). Despues del puslo p
/ 2
en 13 C, tenemos componentes de la magnetizacion de
+5
y
-3
en
:
y y
J / 2
x
t D = 1 / 2J
x
{1H} {1H}
SIN REENFOQUE CON REENFOQUE ANTES DE DESACOPLAR ANTES DE DESACOPLAR
TP selectiva con pusos duros
• Barbaro. Otro problema de la TPS y la IPS es que tenemos que usar pulsos suaves, que en los equipos mas viejos no se pueden hacer. Seria bueno si pudiesemos usar pulsos duros para hacer lo mismo. Dos secuencias de 1 H hacen esto.
• La primera es selectiva para lineas de 1 H que esten en resonancia con los dos pulsos p
/ 2
. Notar que los dos pulsos se aplican en el mismo eje:
90 90 t D
=
1 / 2J CH t D
• La otra invierte las poblaciones de un solo proton si el pulso esta en resonancia con el corrimiento quimico del doblete (i.e., en el centro del doblete):
90 x 90 y t D
=
1 / 2J CH t D
• En los dos casos,
t D
=
1 / 2J CH
. Analizamos solo para el primer caso, y el otro se los dejo a ustedes...
TPS con pulsos duros (continuado)
• Despues del pulso p eje
+x
:
/ 2
, los dos vectores a y b estan en en
z z y
b a
x
J CH / 2 t D = 1 / 2J
b
y
a
x
• Si esperamos
1 / 2J CH
segundos, el vector que se mueve mas rapido ( a ) se aleja del otro ( b ) por p radianes. Si en este momento aplicamos el otro pulso p poblaciones (los estados a y b
/ 2
, invertimos las cambian de lugar):
z z
b b
y
a
x
90
y
a
x
• Esta secuencia se puede usar con excitacion de 13 C para ver intensificacion de nucleos de 13 C enlazados a este proton.
TP no-selectiva
• Otro problema de la TPS y la IPS es que es selectiva, y tenemos que ir de a un 1 H por vez. Seria bueno poder hacer todo a la vez, de forma que transfiiriesemos polarizacion de todos los protones a todos los nucleos insensibles ( 13 C o 15 N) que esten enlazados.
• Una forma de hacerlo es combinando la ultima secuencia de pulsos con un eco de espin con un
t D
=
1 / 4J CH 90 180 1 H
&
180 13 C 90 t D = 1 / 4J CH t D t D
• El pulso p y los dos
t D
’s reenfocan corrimientos quimicos, osea que las poblaciones de todos los 1 H en la molecula son invertidas a la vez. El puslo p marcas a y b de los 1 H: en el nuclo
X
invierte las
y y y
b b a
x
180 1 H 180 13 C
b a
x
t D
a
x
• Ahora el puslo p
/ 2
invierte los vectores a y b de nuevo al eje
z
, y tenemos inversion de las poblaciones de 1 H.
TP no-selectiva - INEPT
• Si expandimos esta secuencia un poquito mas obtenemos el
INEPT
(
I nsensitive N uclei E nhancement by P olarization T ransfer
) . Es un una secuencia de pulsos importante que aparece como un bloque en muchas secuencias de pulso mutinucleares.
• Es usada para intensificar la señal (polarizacion) de nucleos como 13 C, 15 N, 29 Si, etc. La secuencia es:
Bloque INEPT 180 90 X: 90 x 180 x 90 y 1 H: t D t D
• Aca
X
es 13 C o 15 N. El analizis es el mismo que vimos para protones, mas el pulso p
/ 2
de ‘lectura’ en el nucleo
X
para crear (y poder detectar) magnetizacion transversal.
INEPT reenfocado
• Con el INEPT comun aun tenemos el problema de señales
+5
hacia arriba y
-3
hacia abajo. Seria bueno reenfocar las dos lineas en una, y sabemos que no podemos desacoplar.
• Simplemente combinamos el INEPT con un bloque de reenfoque al final (un eco), y detectamos en el eje
-y
:
180 90 180 13 C: 90 x 180 x 90 y 180 x
[ -y ]
t D t D
D D { 1 H}
1 H:
• Dependiendo del tipo de carbono usamos diferentes D ’s: • CH • CH 2 D D = 1 / 4J = 1 / 8J • Para que todos los tipos de carbono tengan un aumento similar, usamos D 1 / 7J.
INEPT reenfocado (continuado)
• Despues del pulso p
/ 2
de 13 C aumentada (
+5
en 13 C, tenemos la magnetizacion &
-3
) en el plano
.
y y
D b b a
x x
a a
y
a
y
b
180 13 C 180 1 H
x
D b
x
• Variaciones de esta secuencia aparecen en todos lados.
Con ella podemos transferir polarizacion de y hacia nucleos insensibles ( 13 C, 15 N, 29 Si, etc., etc.). Tambien la podemos usar para
editar
los espectros, y para
marcar
con informacion sobre otros nucleos ( d ’s,
J
’s).
a un nucleo • Se usa como bloque en casi todas las secuencias de RMN de proteinas que involucran 1 H, 15 N, y 13 C.
INEPT reenfocado (continuado)
• Un ejemplo con INEPT de 1 H a 29 Si. Aceite de bomba de difusion Dow 709. Hecho en un Eft-60 (Anasazi): • Espectro de 29 Si 1D normal: H 3 C Si H 3 C O Si CH 3 O Si CH 3 • Espectro INEPT reenfocado de 29 Si: • El acople 2
J
1H-29Si es ~7 Hz, y el radio g 1H / g 29Si es 5.
Mas transferencia de polarizacion - DEPT
•
DEPT
(
D istortionles E nhancement by P olarization T ransfer
) es otra secuencia que toma ventaja del exceso de poblacion de 1 H para ver señales de 13 C. Es mas, se usa para
editar
señales y obtener distintas respuestas de carbonos CH, CH 2 , y CH 3 de la secuencia: dependiendo de los parametros
90 x 180 x 13 C: 90 x 180 x
f
y t D t D t D
{ 1 H}
1 H:
• Dezafortunadamente, se basa en la creacion y manipulacion de magnetizacion de
cuantos multiples
(el pulso p
/ 2
en 13 C) que no podemos analizar con vectores.
• De cualquier manera, se pueden analizar los resultados para distintos valores de f .
Resultados del DEPT para distintos angulos
f • Usando como ejemplo datos de la pulegona: H Me O • Con f
=
p
/ 2
(90), editamos los carbonos CH: • Con f
= 3
p
/ 4
(135), distinguimos carbonos CH, CH 2 , y CH 3 .
DEPT (continuado)
• Si graficamos las respuestas de distintos tipos de carbonos en funcion del angulo f del pulso de 1 H, obtenemos: p /4 p /2 3 p /2
CH CH 2 CH 3
• Mañana empezamos con
2D
...