35. Двовимірні кореляційні спектри: методики cosy, hsqc, hmbc, noesy, inadequate.

Двомірні методики здебільшого виявляють відповідність спектральних параметрів одного атома спектральним параметрам іншого. Зокрема COSY(CОrelationSpectroscopY) дозволяє знайти відповідність між КССВ різних атомів, тобто виявити сигнали, між якимиіснуєспіновий зв'язок. Іншідвомірні методики шукають відповідність між хімічними зсувами зв'язаних ядер. Тому більшість двомірних методик також є кореляційними. З цієїпричини сигнали (кроспіки) в двомірних спектрах часто називають кореляціями.

Базовою двомірною методикою, що призначена для виявлення спіново-зв'язаних ядер єCOSY.Вона дозволяє одержати повну карту наявних у молекуліспін-спінових взаємодій. Оскільки часто вимірювання спектра COSY дозволяє провести повне віднесення сигналів у спектрі,то ця методика найбільш часто застосовується в органічній хімії.Більш складніi трудомісткі методики вико­ристовуються тільки тоді, коли після застосування COSY залишаються невирішеними деякі структурні питання.

Хоча метод одномірного ЯЕО є одним із найстарших в спектроскопії ЯМР, його двомірний варіант було спочатку використано для дослідження лише біологічних макромолекул. 3 цією метою була розроблена імпульсна по-слідовністьNOESY-2D.Вона є засобом вивчення нестаціонарних ЯЕО. Тому найбільш легко її застосувати для об'єктів, в яких ЯЕО виникає доволі швидко. Цим умовам найбільш повно відповідають біологічні макромолекули, ЯЕО для яких є негативним, сильним i виникає за декілька десятківмілісекунд.

NOESY– двовимірна методика, яка дає змогу в одному експерименті отримати всі наявні ефекти ЯЕО. Принцип отримання двомірного набору даних в експерименті NOESY цілком аналогічний до того, що було описано для експерименту COSY. Відмінність полягає в тому, що в цьому випадку кроспіки відповідають ЯЕО- кореляціям між відповідними сигналами. Тому спектр являє собою графічне подання просторових взаємодій ядерних спінів.

В ycixметодиках, що були описані мали справу з дослідженням ССВ для ядер, які дають інтенсивні сигнали та належать поширеномуiзотопу. Принциповою перешкодою спроб одержання кореляцій для спінів з низьким природним вмістом є те, щотакі ядра в моле­кулі здебільшого пов'язані з ядрами домінуючогоiзoтопу.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 зiспектра неінформативні сигнали основного компонента. Для ядер ¹³С при при­родному i'x вмісті цей метод особливо добре підходить, 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. Уcпixyдвохквантової фільтрації сприяє також i те, що величини ¹Jcc перебувають в обмеженому діапазоні значень, тому параметри послідовності можна добре оптимізувати для одержання двохквантовоїко-герентності.

Встановлення кореляцій за рахунок ССВ між атомами вуглецю i протонами, що віддалені один від одного більш,ніж на один хімічний зв'язок - це так звані далекі, або багатозв'язкові кореляції. Найчастішеїx виявляють в експериментах з багатозв'язкових¹³С-¹Н кореляцій за допомогою методики НМВС (HeteronuclearMultipleBondCorrelation). У більшості випадків при цьо-му виявляється ССВ вуглецю з протонами, розташованими від нього на відстані двох-трьох хімічних зв'язків, оскільки тіКССВ, що мітяться на більших віддалі, як правило, занадто слабкі. Ідентифікація Н-С кореляції через зв’язки вуглець-вуглець i вуглець-гетероатом дає можливість одержати за допомогою НМВС інформацію про кістяк молекули i є од­ним iз найпотужніших підходів до встановлення будови органічних мо­лекул, що поступається xi6a що малочутливій методиці INADEQUATE.

У спектрі НМВС координатні осі відповідають oднoвимipним спектрам на ядрах вуглецю та на протонах. Далекі кореляції кожного протона знаходяться на прямій, яка відповідає його хімічному зсуву i проходить че­рез його сигнал в одновимірному спектрі перпендикулярно до шкали протонних хімічних зсувів. Взаємна орієнтація осей не є усталеною i може бути довільною. Інтенсивностікроспіків залежать від типу ге­тероядер, величин дальніх КССВ i настроювання імпульсної послідовності даної методики.

Експеримент, що дозволяє знайти кореляцію між сигналами протонів i сигналами безпосередньо зв'язаних з ними атомів вуглецю – HSQC(HeteronuclearSingleQuantumCorrelation), експеримент з гетероядерноїбагатоквантової ко­реляції. Як iдвoвимipнiспектри, спектр HSQCє квадратом абопрямокутником. Одна iз його осей відповідає шкалі xiмічнихзcyвів протонів, а друга - шкалі хімічних зcyвів¹³С. Часто спектр подають у такому вигляді, коли вздовж осей зображено відповідні одновимірні спектри.Кореляції проявляються у виглядікpocпіків, розташованих на перпендикулярах, проведених через відповідні сигнали в одновимірних спектрах. Таким чином, наявність кроспіка свідчить, що існує бeзпocepeднiй хімічний зв'язок між протоном i атомом вуглецю, які містяться навпроти кроспіка у відповідних одновимірних спектрах. Метод дозволяє легко віднести сигнали вcix зв'язаних із протонами aтомів вуглецю.HSQC часто застосовують для ¹Н-¹⁵N кореляцій у білках.