Fosforová nukleárna magnetická rezonančná spektroskopia

Fosforová nukleárna magnetická rezonančná spektroskopia alebo 31P NMR spektroskopia (často len ako 31P NMR) je spektroskopická metóda analytickej chémie, ktorá využíva nukleárnu magnetickú rezonanciu na štúdium organických zlúčenín, ktoré obsahujú fosfor. Fosfor sa bežne nachádza v organických zlúčeninách a koordinačných komplexoch (v podobe fosfánov), vďaka čomu je užitočné merať 31P NMR spektrá. 31P NMR spektroskopia meraná v roztoku je jedna z bežnejších NMR techník, pretože fosfor je monoizotopický prvok (teda 100 % jadier fosforu v prírode je 31P) a jeho jadro má relatívne vysoký gyromagnetický pomer. Okrem toho má jadro 31P spin ½, takže je tieto spektrá relatívne jednoduché interpretovať. Jediné ďalšie jadrá, ktorú sú aktívne v NMR, majú spin ½, sú vysoko senzitívne a monoizotopické (alebo aspoň takmer) sú 1H a 19F.Jadrá 89Y, 103Rh a 169Tm sú takisto monoizotopické a majú spin ½, ale majú veľmi nízke magnetogyrické pomery.

 Vlastnosti 
Gyromagnetický pomer je asi 40,5 % pomeru 1H, takže signály 31P NMR sú pozorované pri 202 MHz na 11,7 Tesla magnetoch (používaných pre 500 MHz 1H NMR merania). Štandardom pre chemický posun je 85% kyselina fosforečná (H3PO4), ktorej sa prisudzuje posun 0, pričom potom kladný posun predstavuje slabšie pole/vyššie frekvencie. Kvôli nekonzistentnmu nukleárnemu Overhauserovmu efektu nie je možné použiť integrály na určenie počtu jadier. Zvyčajne sa spektra zaznamenávajú bez interakcie s protónmi, tzv. protón-dekaplované fosforové NMR spektrá označované {1H}31P-NMR.

Dohody, ktoré platia pre 31P NMR (a iné jadrá), sa zmenili v roku 1975, odkedy sa zmenilo znamienko chemického posunu: „Bezrozmerné škály by mali byť definované s kladnými hodnotami v smere vyššej frekvencie (slabšieho poľa).“ Články spred tohto roku teda majú zvyčajne opačné znamienko.IUPAC 1975 Presentation of NMR data for publication in chemical journals - B. conventions relating to spectra from nuclei other than protons

 Chemické posuny fosforu v zlúčeninách 
Pre každú zlúčeninu obsahujúcu v svojej štruktúre fosfor musí byť premerané fosforové NMR spektrum, pričom sa zvyčajne meria protón-dekaplované fosforové NMR spektrum. Chemické posuny zlúčenín fosforu majú rozsah až 700 ppm, čo umožňuje rozlíšiť chemické posuny aj veľmi príbuzných zlúčenín.Chemické posuny fosforu sú ovplyvňované elektrónovou hustotou v okolí jadra 31P: elektrónová hustota v okolí jadra fosforu je ovplyvňovaná oxidačným číslom fosforu, mierou iónového/kovalentného charakteru väzby P-X a rádom väzby (P-X vs. P=X). Chemické posuny fosforu sa referencujú voči 85 % vodnému roztoku kyseliny fosforečnej umiestnenej v zatavenej kapiláre ako externý štandard.
+P(III)NázovChemický posun δ/ppmZdrojPF3fluorid fosforitý +97PCl3chlorid fosforitý +220PBr3bromid fosforitý +29PI3jodid fosforitý +178PH3fosfán -238PH2(Ph)monofenylfosfín -122PH(Ph)2difenylfosfín -41P(Ph)3trifenylfosfín -8PH2(Me)monometylfosfín -164PH(Me)2dimetylfosfín -99P(Me)3trimetylfosfín -62P(NMe2)3trimetylazafosfit +122P(SMe)3trimetylsufafosfit +125P(OMe)3trimetylfosfit +141
P(IV)NázovChemický posun δ/ppmZdrojO=PF3fluorid fosforylu -36O=PCl3chlorid fosforylu +2O=PBr3bromid fosforylu -103S=PCl3chlorid tiofosforylu +29S=PBr3bromid tiofosforylu -112S=P(Me)3trimetylfosfínsulfid +59S=P(OMe)3trimetyloxyfosfínsulfid +73O=P(OH)2ORmonoester kyseliny fosforečnej +3O=P(OH)(OR)2diester kyseliny fosforečnej +2(OH)2(O=)P-O-P(=O)(OH)ORmonoester kyseliny pyrofosforečnej -6 (fosfor bez alkylu); -10 (fosfor s alkylom)RO(OH)(O=)P-O-P(=O)(OH)ORdiester kyseliny pyrofosforečnej -35 (obidva fosfory kvôli symetrii)(OH)2(O=)P-O-(OH)(O=)P-O-P(=O)(OH)ORmonoester kyseliny trifosforečnej -5 (terminálny fosfor); -19 (stredný fosfor); -10 (fosfor s alkylom)RO(OH)(O=)P-CH2ORfosfonát +15 až +30(OH)2(O=)P-CH2-(OH)(O=)P-O-P(=O)(OH)ORfosfonátový izostér monoesteru kyseliny trifosforečnej +14 (terminálny fosfor); +8 (stredný fosfor); -11 (fosfor s alkylom)(OH)2(O=)P-O-(OH)(O=)P-CH2-P(=O)(OH)ORfosfonátový izostér monoesteru kyseliny trifosforečnej -8 (terminálny fosfor); +5 (stredný fosfor); +18 (fosfor s alkylom)
P(V)NázovChemický posun δ/ppmZdrojPF5fluorid fosforečný -35PCl3chlorid fosforečný -80PBr3bromid fosforečný -101P(OEt)5pentaoxyetylfosforu -71P(Ph)5pentafenylfosforu -89

 Interakčné konštanty fosforu v zlúčeninách 
Interakčné konštanty fosforu majú obrovský rozsah od 0 Hz až po 4000 Hz. Veľkosť interakčnej konštanty J(P,X)závisí od oxidačného čísla fosforu. Interakčné konštanty fosforu našli využitie pri štúdiu nukleotidov: geminálne interakcie 2J(P-O-P)dosahujú 20 Hz a objavujú sa v protón dekaplovaných fosforových spektrách.
+Interakčné konštanty fosforuP(III)P(IV)P(V)Typ zlúčeninyTyp interakčnej konštantyRozsah interakčných konštántZdrojTyp zlúčeninyTyp interakčnej konštantyRozsah interakčných konštántZdrojTyp zlúčeninyTyp interakčnej konštantyRozsah interakčných konštántZdrojPriame interakčné konštanty fosforu 1J(P,X) s atómami fosforu, vodíka, uhlíka a fluóruR2P-PR21J(P,P)100 - 400 HzR2P-H1J(P,H)180 - 225 HzR3P+-H1J(P,H)490 - 600 HzR4P-H1J(P,H)700 - 1000 HzR2P-C1J(P,C)0 - 40 HzR3P-C1J(P,C)50 - 305 HzR2P-F1J(P,F)820 - 1450 HzR2XP-F, X = O,S1J(P,F)820 - 1450 HzR4P-F1J(P,F)530 - 1100 HzGeminálne interakčné konštanty fosforu 2J(P,X) s atómami fosforu, vodíka, uhlíka a fluóruR2P-X-P, 
X = O,S2J(P,P)70 - 90 HzR3P-O-P2J(P,P)0 - 23 HzR2P-C-H2J(P,H)0 - 18 HzR2XP-C-H2J(P,H)7 - 30 HzR4P-C-H2J(P,H)10 - 18 HzR2P-X-C2J(P,C)(X=C)12-20Hz
(X=O)10-12HzR3P-O-C2J(P,C)6 HzR2P-C-F2J(P,F)40 - 150 HzR2XP-C-F2J(P,F)100 - 130 Hz
(X = O,S)R4P-C-F2J(P,F)120 - 190 HzVicinálne interakčné konštanty fosforu 3J(P,X) s atómami fosforu, vodíka, uhlíka a fluóruR2P-O-C-H3J(P,H)0 - 15 HzR3P-O-C-H3J(P,H)0 - 13 HzR4P-O-C-H3J(P,H)12 - 17 HzR2P-C-C-H3J(P,H)10 -16 HzR3P-C-C-H3J(P,H)14 - 25 HzR4P-C-C-H3J(P,H)20 - 27 HzR2P-S-C-H3J(P,H)2 - 20 HzR3P-S-C-H3J(P,H)16 - 20 HzR4P-S-C-H3J(P,H)13 - 25 HzR2P-N-C-H3J(P,H)3 - 14 HzR3P-N-C-H3J(P,H)9 - 17 HzR4P-N-C-H3J(P,H)2 - 15 Hz

 Použitie 
31P NMR sa využíva na určovanie štruktúry novo pripravených látok obsahujúcich fosfor, umožňuje využitie 31P NMR parametrov na určenie konfigurácie látok pomocou NMR spektier meraných v roztoku aj v kvapalných kryštáloch. Meranie v kvapalných kryštáloch poskynuje navyše informáciu o dipolárnych interakciách, ktoré v roztoku nemožno pozorovať, pretože sú rýchlymi reorientáciami molekúl spriemerované k nule.

 Biomolekulárne použitie 
31P NMR spektroskopia sa bežne používa na štúdium fosfolipidových dvojvrstiev v prirodzených podmienkach. Analýza 31P NMR spektier lipidov umožňuje zisk mnohých informácií o tvorbe a tvare dvojvrstiev, fázových premenách (gélový fáza, fyziologický tekutý kryštál, nedvojvrstvové fáze...), orientácií a dynamike lipidov a elastických vlastnostiach čistých lipidových dvojvrstiev a zmeny pri naviazaní bielkovín a iných biomolekúl.

 Diagnostika 
31P NMR možno použiť na diagnosticku rôznych porúch a chorôb, napríklad McArdleovej choroby alebo nádorov mozgu.

 Poznámky 

 Referencie 

 Zdroj 

Kategória:Nukleárna magnetická rezonancia
Kategória:Fosfor