Спектри Н,Н-COSY

Спектри Н,Н-COSY є найпростішим різновидом двовимірної (2D-) спектроскопії ЯМР. Двовимірні спектри, на відміну від одновимірних, являють собою квадрат або прямокутник, обмежений шкалами хімічних зсувів. Таким чином, двовимірні спектри мають дві частотні координати, у випадку Н,Н-COSY – дві перпендикулярні шкали протонних хімічних зсувів. Сигнали в такому двовимірному спектрі можуть розташовуватися у всій площині квадрату. Отже, тут є набагато більше місця для локалізації піків, тому часто вдається розв’язати проблему співпадання піків.

Спектри Н,Н-COSY дозволяють виявити спін-спіновий зв’язок між протонами, що дозволяє провести віднесення мультиплетів до певних спінових систем молекули. Спектри Н,Н-COSY є симетричними відносно діагоналі. В них розрізняють два типи піків. Одні з них, що розташовані вздовж діагоналі спектру, є повними аналогами сигналів у відповідному одновимірному спектрі. Ці сигнали називаються діагональними. Якщо спроектувати діагональні піки на вертикальну чи горизонтальну осі двовимірного спектру Н,Н-COSY, отримаємо відповідні проекції, що нічим не відрізняються від звичайних одновимірних спектрів. Другий тип сигналів – недіагональні піки, або кроспіки. Проекції кроспіків на дві осі двовимірного спектру відповідають сигналам ядер, між якими є спін-спіновий зв’язок. Такі кроспіки ще називають кореляціями, оскільки вони дозволяють віднести (корелювати) сигнали, базуючись на наявності ССВ між відповідними ядрами. Нижче на рисунку показано, який вигляд може мати двовимірний спектр Н,Н-COSY, що містить сигнали двох протонів, між якими немає ССВ (містить тільки діагональні сигнали). Форма запису двовимірого спектру на рис. 29 називається стековою (від англійського виразу stacking plot). Окрім двох частотних шкал, тут є шкала інтенсивності піків, що розташована вертикально.

Рис. 29. Двовимірний спектр Н,Н-COSY для зразка, який містить два незв'язаних спін-спіновою взаємодією ядра A і X, що поглинають при частотах ν_A і ν_X. Кожний спіндає 2D пік, положення якого в обох вимірах визначається хімічним зсувом сигналу.

Хоча така форма запису 2D спектрів є особливо наочною, однак на практиці вона використовується досить рідко – за наявності кроспіків аналіз спектрів є досить складним. Звичайною, більш зручною для аналізу формою подання двовимірних спектрів є контурні карти, в яких інтенсивності піків відображені контурними лініями, що відповідають зрізам піків з заданим інтервалом вздовж їхньої висоти, аналогічно тому, як це робиться на географічних картах для позначення висоти пагорбів. Як правило, вздовж обох перпендикулярних шкал хімічних зсувів зображають відповідні одновимірні спектри з метою спрощення аналізу. На рис. 30 представлена контурна карта, що відповідає Рис . 29.

Рис. 30. Контурне подання спектру, зображеного на Рис. 29. На осях f₁ і f₂ наведені звичайні одновимірні спектри.

6.1. Що дає метод

Метод Н,Н-COSY дозволяє вирішити дві важливі проблеми, що виникають при віднесенні сигналів в протонних спектрах.

По-перше, він дозволяє виявити сигнали тих протонів, між якими існує спін-спінова взаємодя, а отже встановити, які спінові системи присутні в сполуці, що досліджується. Кореляція знайдених спінових систем з формулою сполуки часто дозволяє провести повне віднесення сигналів у спектрі. Слід відмітити, що крос-піки в спектрах Н,Н-COSY можуть спостерігатися навіть тоді, коли розщеплення сигналів не виявляється в одновимірному спектрі.

По-друге, спектр Н,Н-COSY дозволяє спостерігати окремо сигнали, які співпадають в одновимірному спектрі. Це можливо, оскільки для кожного з сигналів, що розщеплені завдяки ССВ з різними партнерами, в спектрі Н,Н-COSY містяться також копії сигналів у вигляді кроспіків. Оскільки кроспіки знаходяться поза діагоналлю спектра, то вони спостерігаються окремо, що дозволяє ідентифікувати кожний зі співпадаючих сигналів.