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Medidas de coeficiente de difusión por rmn. Metodología, aspectos experimentales y fundamentos
Full text linkLa presente Tesis Doctoral aborda uno de los campos en los que la RMN de alta resolución se ha introducido en los últimos años: el estudio del fenómeno de la difusión traslacional molecular en disolución y su importancia en el análisis de mezclas de compuestos, determinación de tamaños moleculares y en el estudio de una gran variedad de interacciones inter- e intra-moleculares. En la tesis se describe la puesta a punto de los experimentos de RMN diseñados para la determinación de coeficientes de difusión, se presenta una breve introducción al concepto de difusión molecular y de gradientes de campo magnético, se realiza un estudio detallado de las diferentes metodologías existentes para medir la difusión molecular y se detalla la parte experimental necesaria para adquirir y procesar los datos. Gran parte del trabajo se centra en el estudio de los factores experimentales que más afectan la precisión y la reproducibilidad de las medidas de difusión, concentrándonos sobretodo en las llamadas corrientes de convección. Se evalúa la realización de experimentos de difusión girando el tubo a velocidades apropiadas para minimizar estos efectos de convección y se hace un estudio comparativo con secuencias diseñadas específicamente para dicho fin. También se estudia la dependencia de ciertos factores experimentales (la temperatura, el disolvente, la concentración…) en las medidas de difusión, y se muestran algunas de las principales aplicaciones.The present Doctoral thesis deals with one of the fields in which high resolution NMR has been introduced in recent years: the study of the phenomenon of molecular translational diffusion motion in dissolution and its importance in the analysis of mixtures of compounds, determination of molecular sizes and the study of a wide variety of inter- and intra-molecular interactions. The thesis describes the development of NMR experiments designed to determine diffusion coefficients, presents a detailed study of the different existing methodologies to measure the molecular diffusion and point out the experimental part necessary to acquire and process data. Much of the work focuses on the study of the experimental factors that most affect the precision and reproducibility, concentrating especially on convection currents. It is proposed the realization of diffusion experiments with the appropriate speeds to minimize these effects of convection and makes a comparative study with sequences designed specifically for this purpose. Finally, the dependence of certain experimental factors (temperature, solvent, concentration...) and some of the main applications was also presented
Modern NMR methodologies for the measurement of homo- and heteronuclear coupling constants in small molecules
Full text linkLa present tesis doctoral està basada en el desenvolupament de noves metodologies de RMN per la mesura de constants d'acoblament homo- i heteronuclears en molècules petites. La tesi es presenta com a compendi de publicacions d'articles de recerca que han estat publicats en diferents revistes científiques. El punt de partida està basat en l'experiència i coneixement previ del nostre grup de recerca en aquest camp. S'ha pres com a referència principal l'experiment selHSQMBC, al qual s'hi han implementat noves funcions per tal de dissenyar un conjunt de noves metodologies capaces de resoldre els principals problemes que afecten aquest tipus de mesures. En la majoria de casos s'ha utilitzat la metodologia IPAP per tal d'aconseguir una mesura més exacte. A la vegada, el patró E.COSY, així com el concepte de espectroscòpia J-resolt, s'han implementat conjuntament amb la metodologia IPAP per tal d'obtenir una mesura simultània de diferents constants d'acoblament en un sol experiment de RMN. Tanmateix, també es descriuen nous avenços en la mesura de constants d'acoblament protó-carboni a un enllaç, així com constants d'acoblament protó-protó a dos enllaços en grups metilens diastereotòpics. Cada nou experiment s'analitza des d'un punt de vista metodològic alhora que s'avalua la seva aplicabilitat. La tesi s'ha dividit en cinc apartats. En el primer d'ells es fa una introducció general per situar el lector. Al segon capítol es descriuen els objectius principals. El tercer capítol, i més rellevant, conté les diferents publicacions presentades com a resultats i discussió. El quart capítol conté dos apèndixs diferents que no s'han pogut incloure com a publicacions degut a que encara es troben en preparació. Finalment, l'últim capítol conté les conclusions generals del treball.The present doctoral thesis is focused on the development of modern NMR methodologies for the measurement of homo- and heteronuclear coupling constants in small molecules. The thesis is presented as a compendium of publications that have been published in different scientific journals as original research papers. The starting point was the previous experience and knowledge of our research group. Taking as a reference the selHSQMBC experiment, several new features have been implemented in order to design a complete set of different methodologies that allow us to overcome some of the most typical drawbacks regarding such measurements. In most of the cases the IPAP methodology is used to achieve an accurate measurement. A spin-state selective technique like the E.COSY pattern, as well as the concept of J-resolved spectroscopy, are implemented in conjunction with the IPAP methodology to obtain simultaneous measurement of several coupling constants in a single-shot NMR experiment. Moreover, advances in the measurement of one-bond proton-carbon and germinal proton-proton coupling constants in diastereotopic methylene groups are also presented. Each new experiment is theoretically discussed from a methodological point of view and an assessment on its application is also performed. The thesis is divided in five chapters. In the first one a general introduction is presented in order to situate the reader. In the second chapter main objectives of the thesis are described. The third section is the main chapter which collects all the publications presented as results and discussion. The fourth chapter contains two different appendixes with the results that could not be included as original research papers because they are still in preparation. Finally, last chapter contains general conclusions of the work
Medida de acoplamientos dipolares residuales en moléculas orgánicas
Full text linkEn aquest treball es descriu la preparació i l'ús d'un gel comprimit de polimetilmetacrilat (PMMA) com a mitjà d'alineament anisotròpic necessari per a la mesura de constants d'acoplament dipolars residuals (RDCs) mitjançant espectroscopia de Resonància Magnètica Nuclear (RMN). S'ha estudiat la variació del grau d'ordre del mitjà en funció de la seva compressió axial i s'han implementat diferentes versions de l'experiment HSQC amb la intenció de determinar quins mètodes són els més idonis per a la mesura de RDCs en termes de sensibilitat, resolució i precissió. El mètode s'ha aplicat en l'estudi conformacional de l'ibuprofen.En este trabajo se describe la preparación y el uso de un gel comprimido de polimetilmetacrilato (PMMA) como medio de alineamiento anisotrópico necesario para la medida de constantes dipolares residuales (RDCs) mediante espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Se ha estudiado la variación del grado de orden del medio con la compresión axial del mismo y se han puesto a punto diferentes versiones del experimento HSQC con la intención de determinar cuáles son los más idóneos para la medida de los RDCs en términos de sensibilidad, resolución y precisión. Se ha aplicado en la determinación estructural y conformacional del ibuprofeno
Medida de acoplamientos dipolares residuales en moléculas orgánicas
No full textEn aquest treball es descriu la preparació i l'ús d'un gel comprimit de polimetilmetacrilat (PMMA) com a mitjà d'alineament anisotròpic necessari per a la mesura de constants d'acoplament dipolars residuals (RDCs) mitjançant espectroscopia de Resonància Magnètica Nuclear (RMN). S'ha estudiat la variació del grau d'ordre del mitjà en funció de la seva compressió axial i s'han implementat diferentes versions de l'experiment HSQC amb la intenció de determinar quins mètodes són els més idonis per a la mesura de RDCs en termes de sensibilitat, resolució i precissió. El mètode s'ha aplicat en l'estudi conformacional de l'ibuprofen.En este trabajo se describe la preparación y el uso de un gel comprimido de polimetilmetacrilato (PMMA) como medio de alineamiento anisotrópico necesario para la medida de constantes dipolares residuales (RDCs) mediante espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Se ha estudiado la variación del grado de orden del medio con la compresión axial del mismo y se han puesto a punto diferentes versiones del experimento HSQC con la intención de determinar cuáles son los más idóneos para la medida de los RDCs en términos de sensibilidad, resolución y precisión. Se ha aplicado en la determinación estructural y conformacional del ibuprofeno
Development and application of modern pure shift NMR techniques and improved HSQC/HSQMBC experiments
Full text linkLa presente tesis doctoral está centrada en el diseño y aplicación de nuevas metodologías de Resonancia Magnética Nuclear (RMN), con especial interés en (i) la obtención de espectros de RMN de protón homonuclearmente desacoplados (denominados "pure shift") y (ii) la determinación de las constantes de acoplamiento homo- y heteronucleares en medio isotrópico y anisotrópico a través de nuevos experimentos HSQC y HSQMBC. La tesis se presenta como compendio de artículos, los cuales han sido ya publicados en revistas científicas internacionales de reconocido prestigio, de modo que todos los resultados aquí expuestos han sido previamente evaluados y analizados por investigadores expertos en el campo de la RMN y de la química. Durante esta tesis doctoral se han diseñado una gran variedad de nuevos experimentos "pure shift". La mayoría de ellos están basados en la técnica HOBS (Homodecoupled Band-Selective) mediante la cual es posible obtener espectros "pure shift" con una elevadísima resolución espectral manteniendo la máxima sensibilidad. El método HOBS ha sido incorporado en una gran variedad de experimentos 1D/2D convencionales los cuales han sido aplicados con éxito en la medida simple y precisa de tiempos de relajación T1 y T2 en áreas congestionadas, en la medida de contantes de acoplamiento heteronuclear a partir de multipletes simplificados, en la determinación de pequeñas diferencias de desplazamiento químico en estudios de enantiodiferenciación y en el análisis de mezclas complejas. Por otro lado, la medición y el uso práctico de las constantes de acoplamiento ha sido un importante tema de estudio en el campo de la RMN durante muchos años, pero todavía hay una serie de problemas sin resolver. Durante esta tesis doctoral se han desarrollado nuevos experimentos HSQC y HSQMBC, que permiten llevar a cabo la medida precisa y exacta de las constantes de acoplamientos a través del análisis simple y directo de los picos y sin la necesidad de utilizar complejos post-procesamientos.The present doctoral thesis is framed within the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy field, more specifically in the design of modern NMR methodologies. The research work carried out is focused on the design and application of new and modern NMR methodologies (i) to perform efficient broadband 1H homodecoupling in 1D/2D NMR experiments and (ii) to accurately determine homo- and heteronuclear coupling constants in isotropic and anisotropic conditions through improved HSQC and HSQMBC-type experiments. The thesis is presented as a compendium of publications, which have been published in prestigious peer-reviewed international scientific journals. Therefore, all the results here exposed have been previously evaluated by expert researchers in the fields of the NMR spectroscopy and chemistry. Several 1H homodecoupled NMR experiments have been developed along this doctoral thesis. Most of them are based on the Homodecoupled Band-Selective (HOBS) experiment through which it is possible to obtain homodecoupled NMR spectra with full sensitivity. HOBS methods offer a powerful and simple way to obtain high-resolved 1D and 2D NMR spectra, as efficiently demonstrated for the accurate, simple and direct measurement of T1/T2 relaxation times in overlapped regions, the determination of heteronuclear coupling constants from simplified multiplets, the determination of very small chemical shift differences with success application in enantiodifferentation studies or the analysis of highly complex mixtures. In addition, the concept of ultra-high-resolution NMR spectroscopy has been tested by combining several resolution-enhanced techniques into a single NMR experiment. On the other hand, for many years the measurement and practical use of coupling constants have been a timely topic but there are still a number of unresolved issues. Along this doctoral thesis a suite of robust HSQC and HSQMBC experiments have been developed which provide accurate and precise measurements of couplings constants through simple and direct analysis of cross-peaks without involving complex post-processing data manipulation
Disseny i aplicació de nous mètodes de RMN : avenços en polarització creuada heteronuclear, mètodes d'estat de spin selectiu i adquisició simultània de diferents espectres
Full text linkConsultable des del TDXTítol obtingut de la portada digitalitzadaLa present tesi doctoral és un compendi dels treballs publicats en revistes científiques d'àmbit internacional durant el transcurs del període formatiu de tercer cicle a la Universitat Autònoma de Barcelona. Durant aquest període s'han dissenyat noves metodologies (seqüències de pulsos) de Ressonància Magnètica Nuclear basades en l'espectroscòpia bidimensional de detecció inversa. Aquestes es discuteixen tant des d'un punt de vista teòric del desenvolupament metodològic així com des del punt de vista de nova aplicabilitat. S'han fet aven?os en diferents camps d'investigació: la polarització creuada heteronuclear en mostres líquides, els mètodes d'estat de spin selectiu i mètodes amb adquisició simultània de diferents espectres. I s'ha demostrat la seva utilitat en el camp de l'elucidació estructural de molècules orgàniques i biomolècules.The present thesis is a compendium of the work published in international scientific journals during the formative period of third cycle at the Universitat Autònoma de Barcelona. During this period new Nuclear Magnetic Resonance methodologies (pulse sequences) based on inverse detection spectroscopy have been developed. Those are discussed from the theoretical point of view of the methodological development as well as from the point of view of new application. Advances at different research fields have been performed: heteronuclear cross polarization in liquid state, spin state selective methodologies and methods for the simultaneous acquisition of two spectra within a single experiment. The utility of the new pulse sequences herein presented is demonstrated for the structural analysis of biomolecules and organic compounds
Development of resolution-enhanced NMR techniques for improved small-molecules structural analysis
Full text linkLa presente tesis doctoral se centra en el estudio de técnicas de mejora de resolución de la espectroscopía por Resonancia Magnética Nuclear (RMN) para una más simple y precisa elucidación estructural de moléculas pequeñas. El trabajo se ha presentado como un compendio de siete publicaciones escritas para diversas prestigiosas revistas científicas. Las publicaciones desarrollan en profundidad la aplicación de las mejoras de resolución para i) una medida precisa y eficiente de las constantes de acoplamiento tanto homo- como heteronucleares e ii) la optimización de las medidas de parámetros anisotrópicos a través de medios débilmente alineados. Estos dos tópicos se desarrollan mediante: 1.La aplicación de modernas técnicas de RMN para la mejora de laresolución, tanto digital como de señal, en experimentos 2D sin comprometer el tiempo experimental. 2.El diseño de nuevas secuencias de pulsos para la medida de conectividades de largo alcance heteronuclear. 3.La implementación de secuencias de pulsos ya existentes y el diseño de nuevas para el estudio de muestra en medio aniostrópicos. 4.El estudio de nuevos métodos en RMN para la discriminación mediante parámetros anisotrópicos. 5.La aplicación de protocolos para la automatización y simplificación de las medidas de contantes de acomplamientos en medio isotrópicos y anisotrópicos.The present doctoral thesis is focused on the study of resolution-enhanced techniques for Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy in order to achieve a simpler and more precise structural elucidation of small molecules. The work has been presented as a compendium of seven publications written in several prestigious scientific journals. The publications develop in depth the application of resolution improvements for i) a precise and efficient measurement of homo- and heteronuclear coupling constants and ii) an optimization of anisotropic parameter measurements through weakly aligned means. These two topics are developed by: 1. The practical implementation of modern NMR techniques to improve the digital and signal resolution of 2D experiments without compromising the experimental time. 2. The design of improved pulse sequences to achieve the measurement of longer- range heteronuclear connectivities. 3. Implementation of novel NMR approaches to study samples in anisotropic environments, as well as the design of new pulse sequences adapted to the experimental measurement of NMR parameters in these media. 4. Evaluation of new NMR strategies for efficient structure discrimination using anisotropic NMR parameters. 5. Application of protocols for the easy automatization and measurement of coupling constants in isotropic and anisotropic media
New applications of covariance NMR and experimental development for measurements of homonuclear coupling constants in overlapping signals
Full text linkBibliografia.Los resultados experimentales obtenidos en esta tesis están presentados en la forma de 3 artículos científicos publicados en revistas científicas especializadas na área de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Dos artículos con el uso de Covariancia de RMN como un general método para obtener espectros de pRMN. El último trabajo describe un nuevo experimento llamado de selTOCSY G-SERF para medir JHH en señales solapadas. Publicación 1 describe un método general para generar espectros de psRMN por Covariancia de RMN. Este nuevo enfoque es único en la espectroscopia de RMN; dando una manera barata, rápida e fácil de reconstruir espectros de psRMN sin despender tiempo en el espectrómetro. El concepto de Covariancia de psRMN ha sido extendido a la publicación 2 para añadir la información de Multiplicidad-Editada (ME) en experimentos 2D que son difíciles o mismo imposible de lograr experimentalmente. Se muestra cómo la información puede transferirse a un conjunto de espectros de RMN 2D homonucleares y heteronucleares por procesamiento de covarianza, reconstruyendo nuevos espectros de psME de una manera rápida. Finalmente, G-SERF y los métodos relacionados solo funcionan para señales de 1H aisladas en las que se puede aplicar con éxito la excitación selectiva. Desafortunadamente, como sucede en otros experimentos selectivos de frecuencia, este enfoque falla para las señales solapadas. En la publicación 3 se presenta un esquema TOCSY G-SERF doblemente selectivo para eludir esta limitación, midiendo JHH de manera eficiente incluso para protones que resonantes en regiones atestadas.The experimental results obtained in this thesis are presented in the form of three papers published in NMR specialised scientific peer-reviewed journals. Two articles dela with the use of covariance NMR as a general method to generate novel psNMR spectra. The last work describes a new selTOCSY G-SERF experiment, for accurately measuring JHH in overlapped regions. Publication 1 describes a novel general protocol to generate psNMR spectra by Covariance NMR. This new approach is unique in NMR spectroscopy; giving a cheap, fast an easy way to reconstruct psNMR spectra without spending time in the spectrometer. This new strategy has been referenced to as psNMR Covariance. The concept of psNMR Covariance has been extended in Publication 2 by inserting Multiplicity-Edited (ME) information into 2D experiments that are difficult or even impossible to achieve experimentally. It is shown how the ME information can be efficiently transferred to a set of homonuclear and heteronuclear 2D NMR spectra by Covariance processing, reconstructing new psME spectra in a fast way. Finally, G-SERF and related methods only work for isolated 1H signals on which selective excitation can be successfully applied. Unfortunately, as it happens in other frequency-selective experiments, this approach fails for overlapped signals. A doubly-selective TOCSY G-SERF scheme is presented in the Publication 3 to circumvent this limitation, by measuring JHH efficiently even for protons resonating in crowded regions
Modern NMR methodologies for the measurement of homo- and heteronuclear coupling constants in small molecules
Full text linkLa present tesis doctoral està basada en el desenvolupament de noves metodologies de RMN per la mesura de constants d’acoblament homo- i heteronuclears en molècules petites. La tesi es presenta com a compendi de publicacions d’articles de recerca que han estat publicats en diferents revistes científiques. El punt de partida està basat en l’experiència i coneixement previ del nostre grup de recerca en aquest camp. S’ha pres com a referència principal l’experiment selHSQMBC, al qual s’hi han implementat noves funcions per tal de dissenyar un conjunt de noves metodologies capaces de resoldre els principals problemes que afecten aquest tipus de mesures. En la majoria de casos s’ha utilitzat la metodologia IPAP per tal d’aconseguir una mesura més exacte. A la vegada, el patró E.COSY, així com el concepte de espectroscòpia J-resolt, s’han implementat conjuntament amb la metodologia IPAP per tal d’obtenir una mesura simultània de diferents constants d’acoblament en un sol experiment de RMN. Tanmateix, també es descriuen nous avenços en la mesura de constants d’acoblament protó-carboni a un enllaç, així com constants d’acoblament protó-protó a dos enllaços en grups metilens diastereotòpics. Cada nou experiment s’analitza des d’un punt de vista metodològic alhora que s’avalua la seva aplicabilitat. La tesi s’ha dividit en cinc apartats. En el primer d’ells es fa una introducció general per situar el lector. Al segon capítol es descriuen els objectius principals. El tercer capítol, i més rellevant, conté les diferents publicacions presentades com a resultats i discussió. El quart capítol conté dos apèndixs diferents que no s’han pogut incloure com a publicacions degut a que encara es troben en preparació. Finalment, l’últim capítol conté les conclusions generals del treball.The present doctoral thesis is focused on the development of modern NMR methodologies for the measurement of homo- and heteronuclear coupling constants in small molecules. The thesis is presented as a compendium of publications that have been published in different scientific journals as original research papers. The starting point was the previous experience and knowledge of our research group. Taking as a reference the selHSQMBC experiment, several new features have been implemented in order to design a complete set of different methodologies that allow us to overcome some of the most typical drawbacks regarding such measurements. In most of the cases the IPAP methodology is used to achieve an accurate measurement. A spin-state selective technique like the E.COSY pattern, as well as the concept of J-resolved spectroscopy, are implemented in conjunction with the IPAP methodology to obtain simultaneous measurement of several coupling constants in a single-shot NMR experiment. Moreover, advances in the measurement of one-bond proton-carbon and germinal proton-proton coupling constants in diastereotopic methylene groups are also presented. Each new experiment is theoretically discussed from a methodological point of view and an assessment on its application is also performed. The thesis is divided in five chapters. In the first one a general introduction is presented in order to situate the reader. In the second chapter main objectives of the thesis are described. The third section is the main chapter which collects all the publications presented as results and discussion. The fourth chapter contains two different appendixes with the results that could not be included as original research papers because they are still in preparation. Finally, last chapter contains general conclusions of the work
Advances in NMR spectroscopic methodology and applications: time-efficient methods, ultra long-range heteronuclear correlation experiments and enantiospecific analysis of complex mixtures
Full text linkAquesta tesi presentada per compendi d’articles i titulada “Desenvolupament de nous mètodes d’espectroscòpia de RMN per a la reducció del temps experimental, la mesura de correlacions heteronuclears a llarga distància i la diferenciació d’enantiòmers en mescles complexes”, es divideix fonamentalment en tres blocs: i) el desenvolupament d’experiments de Ressonància Magnètica Nuclear (RMN) enfocats a l’eficiència en termes de temps, ii) establir noves seqüències de pols que facilitin l’estudi de constants d’acoblament a llarga distància fonamentals per a l’elucidació estructural, i iii) el desenvolupament d’un mètode fiable que permeti l’anàlisi diferenciat d’enantiòmers (enantioespecific) directament a la mescla de la qual forma part originàriament (in situ) i de múltiples molècules simultàniament (multicomponent). Els experiments de RMN desenvolupats usant l’enfocament de MFA (Multiple Fid Acquisition) basat en el “afterglow magnetization”, permet una considerable disminució del temps experimental mitjançant l’adquisició de diversos experiments alhora, que són emmagatzemats en diferents FIDS i es poden visualitzar per separat. En aquesta tesi es presenten diversos treballs que permeten fer una elucidació estructural de molècules orgàniques d’una forma ràpida, senzilla i sense ambigüitats entre ells, com són MFA-COSY / RELAY3, MFA-COSY / TOCSY, MFA-HMBC / HMBC-COSY, MFA-MBOB -COSY, MFA-TOCSY / TOCSY, MFA-HSQC / HSQC i el MFA-HSQC / Pure-shiftHSQC. A més, amb una adequada combinació de MFA i “Spectral Aliasing” (SA), es presenta un nou experiment, que a més del temps experimental, millora la resolució espectral i facilita la identificació estructural. El SA, tot i ser un poderós experiment per evitar solapament dels senyals té una important desavantatge relacionada amb la identificació de cada senyal, per evitar aquest problema, per uns segons extra, vam adquirir els dos experiments heteronuclears en 2D, el HSQC amb “Spectral Aliasing”i el HSQC estàndard per facilitar l’assignació de senyals. A més, en termes de millora de la resolució espectral, en aquesta tesi es presenten dos experiments essencialment seguint la metodologia de Pure-shift per eliminar la constant d’acoblament protó-protó, usant BIRD (BIlinear Rotation Decoupling) per a realitzar el desacoblament heteronuclear, minimitzant el solapament de senyals. La novetat d’aquest treball es basa en la detecció de múltiples nuclis en el mateix espectre de 2D, nitrogen i carboni en la dimensió indirecta (F1) i protó en F2, és el que es coneix com “Time-Shared NMR experiments”. A més, usant el mateix enfocament, es presenta un segon experiment que permet el càlcul (via observació directa) de les constants heteronuclears d’acoblament protó-carboni i protó-nitrogen simultàniament. Un important repte a l’espectroscòpia de RMN és la mesura de constants d’acoblament heteronuclear a llarga distància, ja que són valors molt petits, i per tant, són difícils de mesurar. Una modificació en l’experiment LR-HSQMBC (canviant uns polsos de 180 º per polsos selectius irradiats en una zona del espectre), va permetre la mesura de constants d’acoblament molt petites (de fins a 6 enllaços de separació). En aquest treball s’exposen els avantatges d’aquest nou LR-selHSQMBC experiment de RMN i, a més, es comparen explicant els avantatges i desavantatges d’ambdós experiments. Finalment, en aquesta tesi es presenta un treball innovador relacionat amb la detecció enantioespecífica i simultània de múltiples parells d’enantiòmers en una mescla sense prèvia separació ni derivatització dels seus components i amb una mínima manipulació de la mostra. Aquest mètode es basa en espectroscopia de RMN i es fonamenta en l’ús d’un auxiliar quiral tipus agent de solvatació quiral (CSA). En aquest treball es mostra com a prova de concepte la enantiodifferenciació simultània per RMN de múltiples parelles d’enantiòmers directament a la seva matriu original.Esta tesis presentada por compendio de artículos y titulada “Desarrollo de nuevos métodos de espectroscopía de RMN para la reducción del tiempo experimental, la medida de correlaciones heteronucleares a larga distancia y la diferenciación de enantiómeros en mezclas complejas”, se divide fundamentalmente en: i) el desarrollo de experimentos de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) enfocados a la eficiencia en términos de tiempo, ii) establecer nuevas secuencias de pulsos que faciliten el estudio de constantes de acoplamiento a larga distancia fundamentales para la elucidación estructural, y iii) el desarrollo de un método fiable que permita el análisis diferenciado de enantiómeros (enantioespecífico) directamente en la mezcla de la que forma parte originariamente (in situ) y de múltiples moléculas simultáneamente (multicomponente). Los experimentos de RMN desarrollados usando el enfoque de MFA (Multiple Fid Acquisition) basado en el “afterglow magnetization”, permiten una considerable disminución del tiempo experimental mediante la adquisición de varios experimentos a la vez, que son almacenados en diferentes FIDs y se pueden visualizar por separado. En esta tesis se presentan varios trabajos que permiten hacer una elucidación estructural de moléculas orgánicas de una forma rápida, sencilla y sin ambigüedades entre ellos, como son MFA-COSY/RELAY3, MFA-COSY/TOCSY, MFA-HMBC/HMBC-COSY, MFA-MBOB-COSY, MFA-TOCSY/TOCSY, MFA-HSQC/HSQC y el MFA-HSQC/Pure-shiftHSQC. Además, con una adecuada combinación de MFA y “Spectral Aliasing” (SA), se presenta un nuevo experimento, que además del tiempo experimental mejora la resolución espectral y facilita la identificación estructural. El SA, a pesar de ser un poderoso experimento para evitar solapamiento de las señales tiene una importante desventaja relacionada con la identificación de cada señal.Para evitar este problema, con unos segundos extra, adquirimos los dos experimentos heteronucleares en 2D, el HSQC con “Spectral Aliasing” y el HSQC estándar para facilitar la asignación de señales. Además, en términos de mejora de la resolución espectral, en esta tesis se presentan dos experimentos esencialmente siguiendo la metodología de Pure-shift para eliminar la constante de acoplamiento protón-protón, usando BIRD (BIlinear Rotation Decoupling) para realizar el desacoplamiento heteronuclear, minimizando el solapamiento de señales. La novedad de este trabajo se basa en la detección de múltiples núcleos en el mismo espectro de 2D, nitrógeno y carbono en la dimensión indirecta (F1) y protón en F2, es lo que se conoce como “Time-Shared NMR experiments”. Además, usando el mismo enfoque, se presenta un segundo experimento que permite el cálculo (via observación directa) de las constantes heteronucleares de acoplamiento protón-carbono y protón-nitrógeno simultáneamente. El reto en la espectroscopía de RMN es la medida de constantes de acoplamiento heteronucleares a larga distancia, ya que son valores muy pequeños, y por tanto difíciles de medir. Una modificación en el LR-HSQMBC (cambio de unos pulsos de 180º del experimento por pulsos selectivos irradiados en una zona del espectro), permite la medida de constantes de acoplamiento muy pequeñas (de hasta 6 enlaces de separación). En este trabajo se exponen las ventajas de este nuevo experimento, LR-selHSQMBC, y además se comparan explicando las ventajas y desventajas de ambos experimentos. Finalmente, en esta tesis se presenta un trabajo innovador relacionado con la detección enantioespecífica y simultánea de múltiples pares de enantiómeros en una mezcla sin previa separación ni derivatización de los componentes de la muestra y con una mínima manipulación de esta. Este método se basa en espectroscopia de RMN y se fundamenta en el uso de un auxiliar quiral tipo agente de solvatación quiral (CSA). En este trabajo se muestra como prueba de concepto la enantiodiferenciación simultánea por RMN de múltiples pares de enantiómeros directamente en su matriz original.This thesis presented by compendium of articles and entitled “Advances in NMR spectroscopic methodology and applications: time-efficient methods, ultralong-range heteronuclear correlation experiments and enantiospecific analysis of complex mixtures”, is divided into the following topics: i) the development of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) experiments focused on efficiency in terms of time, ii) establishing new pulse sequences that facilitate the study of long-distance coupling constants fundamental for structural elucidation, iii) the development of a reliable method that allows the differentiated analysis of enantiomers (enantiospecific) directly from its original mixture (in situ) and from multiple molecules simultaneously (multicomponent). The NMR experiments developed using the MFA (Multiple Fid Acquisition) approach based on the “afterglow magnetization”, allows a considerable reduction of the experimental time by acquiring several experiments at the same time, which are stored in different FIDs that can be visualized separately. In this thesis several works are presented that allow to make a structural elucidation of organic molecules in a fast, simple and unambiguous way, among them MFA-COSY / RELAY3, MFA-COSY / TOCSY, MFA-HMBC / HMBC-COSY, MFA-MBOB -COSY, MFA-TOCSY / TOCSY, MFA-HSQC / HSQC and the MFA-HSQC / Pure-shiftHSQC. Furthermore, with an adequate combination of MFA and “Spectral Aliasing” (SA), a new experiment is presented, which in addition to the experimental time improves spectral resolution and facilitates structural identification. The SA, despite being a powerful experiment to avoid signal overlapping has an important disadvantage related to the identification of each signal, to avoid this problem, for a few extra seconds, we acquired the two heteronuclear experiments in 2D, the HSQC with “Spectral Aliasing” and the standard HSQC to facilitate signal assignment. Furthermore, in terms of improving the spectral resolution, this thesis presents two experiments following the Pure-shift methodology to eliminate the proton-proton coupling constant, using BIRD (BIlinear Rotation Decoupling) to perform heteronuclear decoupling, minimizing signal overlapping. The novelty of this work is based on the detection of multiple nuclei in the same 2D spectrum, nitrogen and carbon in the indirect dimension (F1) and proton in F2, is what is known as “Time-Shared NMR experiments”. In addition, using the same approach, a second experiment is presented that allows the calculation (via direct observation) of the heteronuclear proton-carbon and proton-nitrogen coupling constants simultaneously. The measurement of long-distance heteronuclear coupling constants remains a challenge in NMR spectroscopy, due to their tiny values and to the difficulty of their measurement. A modification in the LR-HSQMBC (changing some 180º pulses of the experiment by selective pulses irradiated in an area of the spectrum) allows the measurement of very small coupling constants (of up to 6 separation bonds). In this work, the advantages of the new LR-selHSQMBC NMR experiment are exposed and the advantages and disadvantages of both experiments are compared. Finally, this thesis presents an innovative work related to the enantiospecific and simultaneous detection of multiple pairs of enantiomers in a mixture without prior separation or derivatization of the sample components and with minimal sample manipulation. This method is based on NMR spectroscopy and on the use of a chiral solvating agent (CSA) as chiral auxiliary. This work shows, as a proof of concept, the simultaneous enantiospecific detection of multiple enantiomeric pairs directly within the original mixture. This is demonstrated with an aqueous mixture of the essential amino acids in their D and L forms.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Químic
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