D INADEQUATE

В усіх методиках, що були раніше описані в цьому підрозділі, ми мали справу з дослідженням ССВ для ядер, що дають інтенсивні сигнали та належать поширеному ізотопу. Принциповою перешкодою спроб одержання кореляцій для спінів з низьким природним вмістом є те, що такі ядра в молекулі здебільшого пов'язані з ядрами домінуючого ізотопу. Вірогідність сусіднього розташування малопоширених ядер дорівнює квадрату їхнього вмісту у природній суміші ізотопів. Так, якщо вміст ядер ¹³С у природній суміші становить 0,2%, то лише 0,04% молекул міститимуть 2 таких атоми одночасно. Тому гомоядерне розщеплення спостерігати досить важко. Більшість популярних кореляційних методик, таких як COSY, які в принципі можна застосовувати з цією метою, виявляються малоефективними. Найбільш вдалою та зручною послідовністю, що дозволяє вирішити проблему є послідовність INADEQUATE. В її основі лежить двохквантова фільтрація, яка дозволяє видалити зі спектра неінформативні сигнали основного компонента. Ця фільтрація аналогічна до тієї, котра раніше була описана для методики DQF-COSY. Для ядер ¹³С при природному вмісті цей метод особливо добре підходять, оскільки вони можуть входити винятково до складу спінових систем АВ або АХ. Це є наслідком того, що існування молекул, до складу яких одночасно входить більше двох ядер ¹³С виключно малоймовірне. Успіху двохквантової фільтрації сприяє також і те, що величини ¹J_CC перебувають в обмеженому діапазоні значень, тому параметри послідовності можна добре оптимізувати для одержання двохквантової когерентності.

Повна послідовність INADEQUATE наведена на рис. 6.26.

Рис. 6.26.Послідовність INADEQUATE і відповідний їй шлях перенесення когерентності. Експеримент під час періоду еволюції за допомогою підходящого фазового циклу вибирає двохквантову когерентність (аналогічно вибору в експерименті DQF-COSY, Розділ 5.6.2). У результаті всі сигнали, пов'язані з одноквантовою когерентністю, зі спектра видаляються.

Двохквантова когерентність виникає при дії змішуючого імпульсу на спінову систему, що піддалася початковому збудженню. Момент подачі другого імпульсу вибирається так, щоб компоненти всіх векторів намагніченості, які відповідають компонентам дублетів, були розташовані антипаралельно. Таким чином, перед тим, як подати імпульс, що генерує двохквантову когерентність, слід забезпечити оптимальне розташування даних векторів для всіх магнітних ядер. Цього можна досягти за допомогою фрагмента спінової луни, в якому період рефокусування, D, підібрано відповідним до ¹J_CC. Таким чином, послідовність починається зі збуджуючого імпульсу за яким розташований період часу D, посередині якого подається 180^о імпульс. Наприкінці періоду з одного боку, відбудеться рефокусування хімічних зсувів, тобто всі вектори, що їм відповідають, розташуються вздовж однієї осі, а вектори, які відповідають гомоядерній С-С взаємодії будуть розташованими в протилежних напрямках. Якщо в цей момент подати ще один 90^о імпульс, внаслідок явища переносу когерентності відбудеться утворення двохквантової когерентності Далі вона еволюціонує протягом змінного періоду t₁. Після цього для детектування її переводять в одноквантову поперечну намагніченість подачею ще одного імпульсу. Виділення двохквантової когерентності може проводитись або за допомогою відповідного фазового циклу, або за допомогою імпульсних градієнтів.

Період t₁ являє собою період еволюції двохквантової когерентності, коли когерентності еволюціонують в системі координат, що обертаються як суми частот двох зв'язаних спінів, тобто суми їхніх відстаней від частоти передавача. Таким чином, для двох зв'язаних спінів А і Х, що поглинають при частотах n_A і n_X, частота кроспіка у вимірі f₁ становитиме (n_A + n_X). При наступному переведенні двохквантової когерентності в одноквантову кроспік у вимірі f₂ буде розташовуватися відповідно до хімічних зсувів А і Х. Для запобігання появи гетероядерних КССВ під час послідовності можна застосовувати широкосмугову розв'язку на протонах. Її використання приводить також до підвищення чутливості через виникнення гетероядерного ЯЕО.

Дія послідовності показана на прикладі спектра н-бутанолу 6.8 (Рис. 6.27). Спектр істотно відрізняється від інших кореляційних спектрів, що описані у даному розділі. У вимірі f₂ у ньому розташовані хімічні зсуви ядер вуглецю. Оскільки два зв'язаних спіни у вимірі f₁ мають однакову частоту двохквантової когерентності DQ, кореляції розташовуються на горизонтальних лініях, паралельних f₂. Тому зв’язаність вуглецевих атомів визначається послідовністю вертикальних і горизонтальних кроків. Якщо імпульсна послідовність для двохквантового збудження оптимізована для розщеплення через один С-С зв'язок, то кожний крок відповідає переходу на сусідній вуглецевий атом. У спектрі відсутні діагональні піки, однак центри між спіновими парами, що корелюють, розташовуються уздовж псевдодіагоналі (двохквантової діагоналі) з нахилом 2, оскільки f₁=2f₂. Такі властивості симетрії отриманого спектра є корисними для виявлення артефактів. Кожний кроспік являє собою дублет з розщепленням Jcc, що відповідає тонкій структурі мультиплетів АХ або АВ.

Рис. 6.27.Вуглецевийспектр 2D INADEQUATE (у вигляді магнітуди) бутанолу 6.8.

Приклад ефективності цього методу для структурних досліджень показаний для сесквітерпенового лактону ацетилізомонтаноліду (Рис. 6.28). Зі спектра можна одержати повний вуглецевий кістяк молекули. Розриви в ньому виходять тільки у випадку присутності в ланцюзі гетероатомів. Проте, рідко в руках дослідника є кількість зразка, достатня для таких досліджень, тому метод, у його первинному вигляді, має досить обмежене застосування. Більший потенціал для застосування мають розроблені останнім часом методи встановлення вуглець-вуглецевої зв’язаності, що засновані на збудженні протонів і спостереженні на протонах з використанням градієнтної селекції

Рис. 6.28.Спектр 2D ^I3C INADEQUATE і відповідний одномірний вуглецевий спектр сесквітерпенового лактону ацетилізомонтаноліду в CDCI₃ .

Основний фактор впливу на величини КССВ - гібридизація вуглецевих атомів. Їхні типові значення наведено в Табл. 6.4.

Таблиця 6.4.Типовий діапазон КССВ атомів вуглецю через один зв'язок

Величини прямих ¹³С-¹³С КССВ можна також використовувати для структурних віднесень. Хоча часто аналогічні дані можна отримати і з протонних спектрів, але вуглець-вуглецеві КССВ мають досить значний діапазон, що дозволяє робити на їхній базі більш надійні висновки.