化学品中有机小分子结构检测方案(核磁共振)

脉冲序列 用于小分子分析和结构解析的 NOAH-NMR 超级序列 1Eriks Kupce， 2Tim Claridge 1英国考文垂 CV4 9GH班纳大街布鲁克公司 ?英国 OX13TA 牛津曼斯菲尔德路，化学研究实验室，牛津大学化学系 目前，由NMR波谱确定的小分子结构表征主要遵循完善的规程，这些规程依赖于一系列相关的二维实验，包括COSY， TOCSY， NOESY/ROESY， HSQC， HMQC 和 HMBC序列，或其变体【1】。如今，我们更加关注开发实验方法，已将其确立为主要技术。这些实验方法通常凭借低温探头等敏锐的现代仪器快速收集数据集。仪器性能的改进进一步引进了 NMR并行采样技术 (PANSY))【【2】，使用多个接收单元，仅需一次实验便可建立有机小分子的分子结构(PANACEA)【3】。 在此，我们展示了多达五个基于1H直接检测的常规NMR脉冲序列可组合为单个超级序列。与常规数据记录相比，该方法显著节省了时间，并提高了 NMR 实验效率， 其在组合脉冲序列中仅采用单次恢复(弛豫)延迟(d1)的方法。 提出的方法如图1a 所示，并利用极化共享的理念(ASAP)【4】。之前已在 COCONOSY 实验中引入了嵌套序列的概念，该实验产生了同一实验中不同的二维 COSY 和 NOESY 谱图数据【5】。本研究中将进一步利用以上技术，每次测量后记录多个二维数据集(参见图1)，每项技术旨在最优程度利用分子内各种质子磁化相干性。我们将此概念称为 NOAH(使用1H检测的有序采样NMR)。我们认为可能存在数百种这样的组合【6】。与通常称之为超循环的嵌套相位循环相比，我们将此嵌套脉冲序列称为 NMR 超级序列。我们以 NOAH-4 超级序列的几种可能的应用之一来阐明此概念(图1b)。该 NOAH-4 超级序列中四个序列的单次恢复延迟大大缩短了实验时长，并提高了 NMR 系统的使用效率。因此，从单次恢复延迟开始记录该NOAH-4 实验中的四个二维谱图数据，d1(图2)。 图1.a)嵌套 (NOAH)超级序列示意图。只有一次恢复延迟，di用于多达N=5个嵌套序列，节省了大量时间； b) NOAH-4 (MSCN)脉冲序列结合2D 15N HMQC， 2D 13C HSQC， 2D 1H-1H COSY 和 2D 1H-1H NOESY 实验【6】。对于所有的偶数增量，梯度脉冲极性、g1、g4和所有接收器相位均被转化。180度 13C 脉冲为恒定绝热 WURST 脉冲。 图2 图2.NOAH-4超级序列、MSCN(a)和单个实验记录的二维谱图数据的示意图、(b)1H-15N HMQC、，(c)多重编辑1H-13C HSQC， (d)1H-1H COSY 和 (e)H-HNOESY。样品是溶解在二甲基亚砜-d6中的 50mM 短杆菌肽S。在配备有 TCI低温探头的 AVANCE III 谱仪上记录谱图数据。 第二个例子示范了 NOAH-5超级序列的一种可能性， MSBCN结合了 1H-15N HMQC (M)， 多重编辑1H-13C HSQC (S)1H-13C HMBC(B) ， COSY (C) 和 NOESY (N) 脉冲序列。该该验与 NOAH-4 超级序列 MSCN 相似，仅除了 HMBC模块位于-HSQC 和COZY 模块之间，类似于“余辉”技术【3】。该 NOAH-5超级序列一次测量中产生五个二维谱图数据(图3)。 图3.NOAH-5MSBCN超级序列(a)和单个实验记录的二维谱图数据的示意图，(b) 1H-15N HMQC，(c)多重编辑1H-13C HSQC.(d) 1H-13C HMBC，(e)1H-1H COSY 和 (f) 1H-1H NOESY。样品是溶解在苯-d6中的 50mM 环孢素。 ASAP-COSY【7】 在 ZZ-HMBC 和 HSQC 模块后立即测量， COZY 峰值强度明显失真。使用自旋锁仅仅40毫秒后，大部分的相对强度得以恢复(参见参考文献中的SI)【7】)。短期自旋锁定的伪峰抑制效果在图4中显示。 图4.a) ASAP-COSY 脉冲序列；相位：中1=x， -x；rec=x， -x；绝热自旋锁定，使用1毫秒长绝热脉冲 WURST-2 以进行 SL， Q=3；g0 为扰流梯度， g1=g2 为相干性选择梯度；b)溶解在二甲基亚砜-d6中的双羟萘酸(d)的常规二维 COSY光谱， dr=0.2s， tz=256ms； c) ASAP-COSY 光谱在相同的实验条件和SL=40ms的情况下进行记录。 单个 NMR 超级序列的分子结构 在绝大多数情况下，有机小分子结构可从三个基本二维 NMR实验中建立—H-C HSQC， H-C HMBC 和 H-H COSY。通过将所需实验组合成单个 NOAH NMR超级序列，可更快地获得这些谱图数据。该 NOAH 超级序列有几种可能的变体。在结合了ZZ-HMBC【7】， HSQC 和 ASAP-COSY【7】序列的 NOAH-3BSC实验中，用于COZY 模块部分恢复的磁化强度(Mz)受到个别质子弛豫率T1差异的影响。为减少 COSY 光谱中交叉峰值强度的变化，可与异核 ASAP 实验同样应用短自旋锁(图4a)。因此，我们称此模块为 ASAP-COZY。 在第一个例子中，用 NOAH-3 BSC 数据正确破解赤霉酸结构((图5)。在第二个示例(未显示)中，1，2结构：3，4-0-异亚丙基-D-半乳糖-吡喃糖的结构从以 NOAH-4 BSCN超级序列记录的谱图数据中确定，该序列通过将 NOESY 模块附加到NOAH-3 BSC 超级序列【7】来获得。NOESY 模块提供关于分子中四个Me-基团取向的附加立体定向空间信息，其他数据不具备此类信息，如化学位移或3JHH偶联。 图5.(A)脉冲序列(未显示)；(b-d)针对布鲁克 AVANCE III 谱仪和 TCI低温探头记录 700MHz NOAH-3 BSC 谱图数据； 2k*1536个数据点(每个模块512t)， ns=1， dr=1.5S； 溶解在丙酮-d6中10毫克赤霉酸； (e) 基于谱图数据应用布鲁克 CMCse结构解析软件(b-d)生成分子最高等级结构。 NEO Nanobay 具有多接收器的超层序。 NMR 超级序列概念。作为示例，我们展示了 SC2超级序列， HSQC 实验后为双接收器 COZY【2】模块。因此，在单次测量中， SC2 实验为小分子结构解析提供了所有必要信息言HSQC 模块的单键 H-C 相关性，主要是dr-COSY 模块的二、三键 H-H相关性以及同一模块的远程 H-C相关性。此类实验可在10-15分钟内记录于配有 BBO Prodigy 探头的 400MHz NEO Nanobay 双通道/双接收器系统上一在配备单接收器的旧系统上记录单个二维光谱。 图1.在10分钟内用 SC2超级序列记录溶解在二甲基亚砜-d6中10%双羟萘酸的谱图数据。在配有 NEO Nanobay 机柜和 BBO Prodigy 探头的400MHz谱仪上。 布鲁克 BioSpininfo@bruker.comwww.bruker.com 单个 NMR 超级序列的分子结构在绝大多数情况下，有机小分子结构可从三个基本二维 NMR 实验中建立—H-C HSQC，H-C HMBC 和 H-H COSY。通过将所需实验组合成单个 NOAH NMR 超级序列，可更快地获得这些谱图数据。该 NOAH 超级序列有几种可能的变体。在结合了 ZZ-HMBC【7】，HSQC 和 ASAP-COSY【7】序列的 NOAH-3 BSC 实验中，用于 COZY 模块部分恢复的磁化强度（Mz）受到个别质子弛豫率 T1 差异的影响。为减少 COSY 光谱中交叉峰值强度的变化，可与异核 ASAP 实验同样应用短自旋锁（图4a）。因此，我们称此模块为 ASAP-COZY。在第一个例子中，用 NOAH-3 BSC 数据正确破解赤霉酸结构（图5）。在第二个示例（未显示）中，1，2结构：3，4-O-异亚丙基-D-半乳糖-吡喃糖的结构从以 NOAH-4 BSCN 超级序列记录的谱图数据中确定，该序列通过将 NOESY 模块附加到 NOAH-3 BSC 超级序列【7】来获得。NOESY 模块提供关于分子中四个Me-基团取向的附加立体定向空间信息，其他数据不具备此类信息，如化学位移或 3JHH 偶联。