Використання TOCSY

Здатність TOCSY переносити намагніченість уздовж спінової системи робить його популярним методом дослідження молекул, що складаються з дискретних спінових систем. Прикладами таких систем є протеїни, пептиди і полісахариди. Для таких молекул часто вдається зробити віднесення сигналів у межах кожного спінового блоку, якщо в ньому окремо розташований хоча б один сигнал. Ми проілюструємо це на прикладі циклічного декапептиду граміцидину-S (5.7), (Рис. 5.57).

Рис.5.57.Спектр TOCSY аліфатичної області циклічного декапептиду граміцидину-S, 5.7. Був використаний спіновий замок MLEV-17 тривалістю 80 мс. При цьому відбувається повне перенесення когерентності між протонами бічних аліфатичних замісників кожного з амінокислотних залишків. У спектрі позначені кореляції a-протонів проліну і орнітину з d-протонами, що відповідають трьохкроковим перенесенням.

Показана тільки аліфатична область спектра. Сигнали протонів окремих амінокислотних залишків утворюють горизонтальні ряди кроспіків. Видно, що протони кожного амінокислотного залишку можна віднести на підставі їх зв’язаності з відповідним a протоном амінокислоти, що спостерігається окремо у слабкому полі. Це показано на прикладі залишків двох амінокислот - проліну й орнітину. Для цього в спектрі достатньо проаналізувати горизонтальні ряди кроспіків, що зв’язані з a протонами окремих амінокислотних залишків. Положення кроспіків відповідають хімічним зсувам протонів у спіново- зв’язаній системі. Таким методом вдається зробити віднесення у спектрах, що в одномірному варіанті є цілком безперспективними для аналізу. Слід, однак, зауважити, що точні віднесення сигналів до конкретних протонів неможливо здійснити, базуючись виключно на наведеному спектрі, оскільки в ньому неможливо візуально розрізнити ССВ, що передається через 2-3 хімічних зв’язки від більш далекої взаємодії. Але це питання можна вирішити при вимірюванні декількох спектрів з різним часом дії спінового замку.

Якщо використовувати TOCSY для молекул, які не складаються з відокремлених мономерних блоків, то він може служити доповненням до COSY, що дозволяє встановити віддалених спінових сусідів. Для виконання такої роботи достатньо порівняти спектр COSY та спектр TOCSY для досліджуваного зразка. У першому з них матимемо кроспіки, що відповідають взаємодії через 2-3 хімічних зв’язки, а у другому – також і кроспіки для більш далекої взаємодії.

Слід також зазначити, що TOCSY забезпечує перенесення співфазної намагніченості, що запобігає зникненню протифазних кореляцій в межах мультиплетів. Таке зникнення сигналів особливо характерним є для молекул, що мають велику природну ширину ліній, наприклад біополімерів. Ефект може проявлятися також і в спектрах малих молекул, які містять мультиплети зі складною структурою в умовах низького цифрового розділення. У цьому випадку експеримент TOCSY має незаперечні переваги у порівнянні з COSY, оскільки в результаті його застосування утворюються більш інтенсивні кроспіки. Відсутність антифазної структури піків означає також, що спектри можна вимірювати значно швидше, оскільки відпадає необхідність у високому цифровому розділенні. Нарешті, оскільки як діагональні піки, так і кроспіки мають однакову фазу, то форма їхньої лінії відповідає чистому поглинанню в обох вимірах. Тому можна одержати фазочутливі спектри високого розділення.

Один з побічних ефектів спінового замка - це виникнення некогерентного перенесення намагніченості в системі координат, що обертається. Інакше кажучи, відбувається перенесення когерентності через простір. Його називають ефектом Оверхаузера в СКО (ROE, СКО-ЯЕО). Найчастіше для малих молекул при невеликих періодах змішування цей ефект не створює проблем. Проблеми можуть виникнути тільки для молекул великого розміру.

Для усунення ефекту розроблена спеціальна послідовність TOCSY з очищенням. Ця послідовність усуває ROE-піки шляхом складання спектру TOCSY з відповідним ROESY спектром, що містить піки ЯЕО, які є негативними. Методику можна застосовувати тільки у випадку великих молекул, для яких ефекти ЯЕО та СКО-ЯЕО мають протилежний знак. Значно більшу проблему являють собою небажані піки TOCSY при вивченні ЯЕО в системі координат, що обертається (спектроскопія ROESY).