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Evaluation der Genauigkeit der RDC-Extraktion aus CLIP-Experimenten I

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I. Timári, L. Kaltschnee, A. Kolmer, R. W. Adams, M. Nilsson, C. M. Thiele, G. A. Morris, K. E. Kövér
Accurate determination of one-bond heteronuclear coupling constants with „pure shift“ broadband proton-decoupled CLIP/CLAP-HSQC experiments
J. Magn. Reson. 2014, 239, 130-138.

Es wird eine Methode an starren Molekülen evaluiert, die die Auflösung eines Korrelationsexperimentes, des HSQCs, und einer Variante davon, verbessert. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Extraktion heteronuklearer Kopplungskonstanten direkt gebundener Kerne zur RDC-Bestimmung. Im Falle kleiner organischer Moleküle erfolgt die Messung von 1JCH– und 1TCH-Konstanten häufig mit Hilfe des CLIP/CLAP-HSQC-Experiments[1]. Die Kopplungskonstante wird hierbei in der direkten Dimension abgelesen. Dies erlaubt eine hohe Auflösung bei geringem Messaufwand zu erzielen. Die Möglichkeit, sowohl inphase- als auch antiphase-Signale zu erzeugen kann zudem im Falle von Überlagerungen nützlich sein.

Ein Nachteil der Methode ist, dass eine eventuell vorhandene 1H-1H-Kopplung sichtbar ist. Die Multiplizität des entstehenden Signals ist damit meist deutlich komplizierter als die des gewünschten reinen 1JCH-Dubletts.

Im anisotropen Medium sorgen die 1H-1H-Kopplungen, die nun durch dipolare Kopplungen verstärkt sein können, dafür, dass die Linienbreite der beiden Dublettäste deutlich erhöht wird. Zur genauen Extraktion von Kopplungskonstanten kann dies hinderlich sein, je kleiner die Linienbreite, desto genauer kann die Kopplungskonstante extrahiert werden. Neben der Linienbreite kann eine Verringerung von aufgrund von Signalüberlagerungen und Effekten starker Kopplung entstehende Asymmetrien der Signale zu einer deutlichen Erhöhung in der Genauigkeit der Kopplungskonstantenmessung führen. Für die RDC-Analyse ist eine genaue Messung der Kopplungskonstanten unabdingbar. Besonders bei sehr schwachem Alignment kann der Fehler der anisotropen Messung in der Größenordnung der gewonnenen RDC liegen, sodass eine Auswertung nicht aussagekräftig ist.

Es ist somit wünschenswert, die Linienbreite deutlich zu reduzieren. Dies kann durch selektive Unterdrückung der 1H-1H-Kopplung geschehen, während die 1H-13C-Kopplung nicht unterdrückt wird, sondern sich entwickeln kann. Die selektive Unterdrückung erfolgt im hier diskutierten Fall durch Kombination des BIRD-Filters[2] mit einem 1H-Inversionspuls. Anschließend wird nur ein sehr kurzer Teil des FID aufgenommen, während dem sich keine homonukleare Kopplung entwickeln kann. Durch das Einführen einer Pseudodimension zum Sammeln mehrerer solcher kurzer FID-Teile kann analog zum Zangger-Sterk-Experiment[3] ein vollständiger FID in gewünschter Länge aufgenommen werden. Das Resultat ist ein Dublett, dessen Linienbreite im Falle der Unterdrückung homonuklearer Kopplungen reduziert sein kann. Eine auf diese Weise reduzierte Linienbreite kann eine genauere Extraktion der Kopplungskonstanten ermöglichen.

Die Anwendung dieser Methode wird im isotropen und im anisotropen Medium demonstriert. Getestet wurde dies von Timarí mit Tetranatrium-1-methyl-2,3,4-tri-O-sulfonato-6-deoxy-6-C-sulfonatomethyl-α-d-glucopyranosid 1, das in D2O und in einem Flüssigkristall nach Otting[4] zur RDC-Messung eingesetzt wurde. Diese in Kooperation der Arbeitskreise von Thiele, Kövér und Morris entwickelte Modifikation des CLIP-HSQC-Experiments erlaubt es somit, ein pure-shift-HSQC-Spektrum zu erhalten, in denen die Unterdrückung der Protonen-Protonen-Kopplung scharfe Singuletts erzeugt und Artefakte der starken Kopplung verringert werden. Durch leichte Modifikation des BIRD-CLIP-HSQC-Experiments kann außerdem ein heteroentkoppeltes BIRD-HSQC-Spektrum erhalten werden, dessen Intensitäten vergleichbar zu dem des RESET-HSQCs[5] ist. Besonders für automatisierte Signalerkennung und -zuordnung kann dies nützlich sein.

birdclip
Das untersuchte Molekül.

Gleichzeitig zu dieser Entwicklung und unabhängig von diesen Ergebnissen wurde von Reinsperger und Luy ebenfalls an einem BIRD-entkoppelten CLIP-HSQC-Experiment gearbeitet[6]. Die Publikation der Ergebnisse erfolgte parallel[6,7].

[1] A. Enthart, J. C. Freudenberger, J. Furrera, H. Kessler, B. Luy, J. Magn. Reson. 2008, 192, 314–322.
[2] J. R. Garbow, D. P. Weitekamp, A. Pines, Chem. Phys. Lett. 1982, 93, 504–509.
[3] K. Zangger, H. Sterk, J. Magn. Reson. 1997, 124, 486–489.
[4] M. Rückert, G. Otting, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7793–7797.
[5] P. Sakhaii, B. Haase, W. Bermel, J. Magn. Reson. 2009, 199, 192–198.
[6] T. Reinsperger, B. Luy, J. Magn. Reson. 2014, 239, 110–120.
[7] I. Timári, L. Kaltschnee, A. Kolmer, R. W. Adams, M. Nilsson, C. M. Thiele, G. A. Morris, K. E. Kövér, J. Magn. Reson. 2014, 239, 130-138.

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