9.10: ЯМР фосфорильованих сполук

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20774

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Оскільки стільки біологічних молекул містять фосфорильні групи, варто поглянути на те, як вчені використовують ЯМР для визначення структури цих молекул. Нагадаємо з розділу 5.1\(^{31}P\), що, найбільш поширений ізотоп фосфору,\(NMR\) активний: його можна безпосередньо спостерігати і опосередковано спостерігати в\(^1H-NMR\) і\(^{13}C-NMR\) через його спін-зв'язкові взаємодії з сусідніми протонами і вуглецями відповідно.\(^{31}P-NMR\)

Розглянемо випадок ізопентенілдифосфату, молекули будівельного блоку, яка використовується клітинами для виготовлення «ізопреноїдних» сполук, таких як холестерин (у багатьох тварин), або\(\beta \) -каротин (у деяких рослин). \(NMR\)спектри цієї молекули були взяті в\(D_2O\) розчиннику, буферизованому з\(ND_4OD\) (дейтерієвим еквівалентом водного гідроксиду амонію\(NH_4OH\)) (J. Org. Хім. 1986, 51, 4768). У нашому обговоренні атоми вуглецю задаються цифрами, протони з малими літерами та атоми фосфору з великими літерами.

Лінія зв'язку креслення ізопентенілдифосфату. Вуглець маркується 1-5 зліва направо.

Для початку давайте розглянемо спектр протонів:

\(^1H-NMR\)

\(H_a: 4.05 ppm (t_d); ^3J_{H_a-H_b} = 6.6\)Гц;\(^3J_{H_a-P_A} = 3.3\) Гц.

\(H_b: 2.39 ppm (t) ^3J_{H_a-H_b} = 6.6\)Гц

\(H_c: 4.86 ppm (s)\)

\(H_d: 1.77 ppm (s)\)

Га розщеплюється на дуплет і на триплет.

Сигнали для\(H_b\)\(H_c\), і\(H_d\) виглядають так, як ми очікуємо від нашого обговорення в розділі 5, за винятком Hc, який вам буде запропоновано обговорити у вправі нижче. Чому ж сигнал для Га розділяється на трійку дублетів (td)? Перш за все, як і очікувалося, два сусідніх протони Hb розділили сигнал Ha на триплет, з 3JH-H = 6.6 Гц. Потім сигнал далі розбивається на дублети (\(^3J_{H-P} = 3.3\)Гц) по\( P_A\), ближче до двох атомів фосфору. Атом фосфору буде

Вправа Template:index

Сигнал для двох «\(H_c\)» протонів у ізопентенілдифосфаті повідомляється вище як синглет, що інтегрується\(2H\). Are these two protons really chemically equivalent, and, according to what you know about proton \(NMR\), чи повинен цей сигнал дійсно бути синглетним? Якщо ні, то який сигнал (и) ви очікуєте побачити? Поясніть будь-які розбіжності між тим, що ви очікуєте побачити, і фактичними даними, про які повідомляється.

Тепер давайте розглянемо\(^{13}C\) спектр IPP:

\(^{13}C-NMR\)(протонно-роз'єднаний)

\(C_1: 40.7 ppm (d); ^2J_{C_1-P_A} = 7.2\)Гц

\(C_2: 67.0 ppm (d); ^3J_{C_2-P_A} = 4.0\)Гц

\(C_3: 147.4 ppm\)

\(C_4: 114.6 ppm\)

\(C_5: 24.5 ppm\)

C1 розщеплюється на дуплет, а С2 розбивається на дуплет.

Зверніть увагу, що сигнали для обох\(C_1\) і\(C_2\) розбиті на дублети магнітним полем\(P_A\). Атоми фосфору будуть спін-пара з\(^{13}C\) ядрами до трьох зв'язків. Зверніть також увагу, що 2-зв'язковий зв'язок між\(C_1\) і\(P_A\) більше, ніж 3-зв'язковий зв'язок між\(C_2\) і\(P_A\) (7.2 Гц проти 4.0 Гц). Нарешті, зверніть увагу, що ми не спостерігаємо\(C-P\)\(C_3\) 4-зв'язкового зв'язку: не\(P_B\) спін-зв'язаний і не пов'язаний з жодним із\(^1H\) ядер\(^{13}C\) або на молекулі.\(P_A\)

Пам'ятайте, що при обробці типового\(^{13}C-NMR\) спектра ми електронно «вимикаємо» спінове з'єднання між вуглецями та сусідніми протонами, щоб спростити спектр (це називається «розв'язкою протонів»). Протонна розв'язка не відключає\(C-P\) спінову муфту.

Оскільки\(^{31}P\) є\(NMR\) -активний, ми також можемо, за допомогою\(NMR\) спектрофотометра, оснащеного фосфорним зондом, безпосередньо спостерігати за\(NMR\) сигналами фосфору, так само, як ми можемо безпосередньо спостерігати за сигналами протонів та\(^{13}C\) ядер. На приладі ЯМР, де протони резонують на 300 МГц, а\(^{13}C\) ядра резонують на 75 МГц, фосфор резонує на 32 МГц. В\(^{31}P-NMR\) експериментах еталонний стандарт, який використовується для визначення точки 0 ppm, зазвичай є фосфорною кислотою (тетраметилсилан, стандартна точка 0 ppm для\(^1H\) - і\(^{13}C-NMR\), не має атома фосфору!). \(^{31}P-NMR\)Спектр ізопентенілдифосфату має, як і очікувалося, два піки, кожен з яких є вище стандарту фосфорної кислоти (негативні хімічні зрушення!) і розщеплюється на дуплет (\(^2J_{P-P} = 20\)Гц) за рахунок 2-зв'язкового зв'язку між двома ядрами фосфору.

Па синього кольору має значення від'ємного 11,03 проміле, а Pb - червоним і значення від'ємного 7,23 проміле

Зверніть увагу, що хоча\(C_2\) сигнали\(C_1\) і були розділені на\(P_A\) в нашому\(^{13}C-NMR\) спектрі, в\(^{31}P-NMR\) спектрі зворотне не відповідає дійсності:\(P_A\) сигнал не розділений на\(C_1\) або\(C_2\). Обидва ці вуглеці є\(NMR\) -неактивним\(^{12}C\) ізотопом в 99 з 100 молекул. Крім того,\(P-H\) розщеплення в цьому\(^{31}P\) спектрі не спостерігається, оскільки діє протонна розв'язка.