Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
котором находится данное ядро, отличается от приложенного внешнего поля
Hz. Истинное поле Я'
150
ГЛАВА 9
прямо пропорционально внешнему полю Нг. Возмущение, вносимое локальным
окружением ядра, принято характеризовать величиной химического сдвига 8,
равного
8 = [(ЯЭТ1Ш - яобр)/яэтал]-106 =
= К"этал - "обр^згш,] • Ю* (9-41)
где //этал - поле, при котором наблюдается резонансное поглощение ядра в
составе эталонного вещества, а Яобр -резонансное значение для этого же
ядра в составе изучаемого вещества. Аналогично Уэтал и v- это резонансные
частоты (и = ы/2ж) для данного ядра в эталонном веществе и в образце
соответственно. Наличие множителя 106 связано с тем, что химический сдвиг
принято выражать в миллионных долях (м.д.). 8, являясь нормированным
безразмерным параметром, не зависит от рабочей частоты прибора. Выражение
(9.41) для 8 аналогично выражению (9.40) для а.
При полях в 50 ООО Г с линии резонансного поглощения большинства протонов
лежат в интервале 2500 Гц вблизи частоты 220 МГц. Это значит, что
типичные значения 8 составляют от 0 до 10 м.д.
В случае водных растворов в качестве эталона для протонов обычно
используют 2,2-диметил-2-силанпентан-5-сульфонат натрия (ДСС), а в случае
неводных растворов - тет-раметилсилан (ТМС). Резонансные частоты для
протонов метальных групп этих соединений практически совпадают. Для
большинства других протонов резонанс наблюдается при более низких
частотах.
На рис. 9.13 представлен спектр ЯМР аденина в области 220 МГц в 1 М NaOD
(растворитель D20) с указанием положения резонансных линий для Н-8 и Н-2.
Эти линии смещены в область более слабых полей - для Н-8 на 7,79 м.д., а
для Н-2 на 7,70 м.д. На рисунке указано также значение часто
используемого параметра т. Этот параметр определяется как т = 10 - 6;
таким образом, т для данного эталона равно 10.
Величина химического сдвига определяется параметром о, задаваемым
выражением
(9.40). Этот параметр в свою очередь слагается из трех составляющих: а =
а, + а2 + о3. а, определяется локальными диамагнитными эффектами. Когда
на атом начинает действовать внешнее магнитное поле, в нем возникают
круговые электронные токи, циркулирующие в плоскости, перпендикулярной
полю. Направление этих токов таково, что генерируемое ими слабое
магнитное поле направлено противоположно Нг. В результате сум-
HDO
12.21 2,30 5,23 10,00
РИС. 9.13. Спектр ЯМР аденина в D20, полученный при рабочей частоте 220
МГц. Приведены линии резонансного поглощения для Н-8 и Н-2. Протоны
боковых групп замещены дейтерием. Небольшие пики, расположенные вблизи
линии поглощения HDO, - "боковые от вращения". Значения 8 и т указаны
относительно соответствующих параметров для эталона ДСС. (James T.L.,
Nuclear Magnetic Resonance in Biochemistry, New York, Academic Press,
1975.)
ВВЕДЕНИЕ В МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС
151
Ток, порождаемый 7г-электронами
~ Магнитное поле, порождаемое гД \ 7г-электронами
Н
Ток, порождаемый 7г-электронамн
РИС. 9.14. Влияние кольцевых токов на локальное магнитное поле,
действующее на протоны ароматического кольца. Нг - внешнее магнитное
поле.
марное поле уменьшается (следовательно, аг положительно).
Параметр а2 определяется главным образом парамагнитными эффектами от
соседних атомов и в меньшей степени - диамагнитными эффектами, а о3
зависит от межатомных токов. Каждый из этих двух параметров может, вообще
говоря, принимать и положительные, и отрицательные значения.
Если а положительно, то для достижения резонанса при заданной частоте
необходимо приложить большее внешнее поле Н.,. Так, если при о = 0
резонансное значение поля составляет Н0е3, то теперь для достижения
резонанса оно должно возрасти на величину а//Рез.
Интересное явление наблюдается в случае ароматических соединений. Оно
иллюстрируется рис. 9.14 на примере бензола. Известно, что для протонов
ароматического цикла резонанс наблюдается при аномально малых полях. Это
связано с наличием кольцевых токов, генерируемых шестью 7г-электронами.
Большой по величине электронный ток, индуцированный внешним полем,
порождает магнитное поле, которое непосредственно над и под кольцом
направлено противоположно внешнему полю. Однако вокруг кольца магнитное
поле кольцевых токов имеет то же направление, что и внешнее поле. Таким
образом, протоны боковых групп находятся в более сильном поле, чем Нг.
Этот эффект приводит к тому, что резонанс наблюдается при меньших внешних
полях, причем эффект может быть довольно значительным; например, линия,
отвечающая протонам бензола, сдвигается на 1,48 м.д. в сторону слабых
полей по сравнению с протонами 1,3-циклогексадиена.
Другим важным для биологических систем эффектом является химический
сдвиг, обусловленный образованием водородных связей. В системе типа D-Н .
.А для протона обычно наблюдается слабопольный сдвиг. По-видимому, это
связано с действием акцептора А на диамагнитные токи в группе D-Н,
приводящим к некоторому уменьшению экранировки. Результирующий сдвиг
