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2D-NMR-Spektroskopie

Zweidimensionale NMR-Spektroskopie

In den letzten Jahren hat sich der Einsatz mehrdimensionaler NMR-spektroskopischer Methoden immer mehr durchgesetzt: die 2D-NMR-Spektroskopie ist zur Routinemethode geworden, an drei- und höherdimensionalen Methoden wird umfangreich geforscht.

Der Vorteil mehrdimensionaler Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen 1D-NMR-Experimenten besteht darin, dass Kopplungen zwischen den einzelnen Kernen sichtbar gemacht werden können. Es handelt sich dabei sowohl um indirekte Spin-Spin-Kopplungen (über Bindungen) als auch über direkte Spin-Spin-Kopplungen über den Raum. Somit ergibt sich die Möglichkeit, mittels 2D-Lösungs-NMR-Spektroskopie Informationen über die räumliche Struktur von Molekülen zu erhalten, was sonst nur mit Hilfe der Festkörper-NMR-Spektren möglich ist.

Voraussetzung für die Aufnahme mehrdimensionaler Spektren ist ein modernes FT1)-NMR-Spektrometer (die alte CW2)-Technik ist ungeeignet) und Computer mit großem Arbeitsspeicher, da schon für ein Spektrum umfangreiche Datenmengen verarbeitet werden müssen.

Beim bekannten 1D-NMR-Spektrum wird auf der x-Achse die Frequenz (bzw. chemische Verschiebung) aufgetragen, die y-Achse spiegelt die Intensität der Signal wider; ein 2D-Spektrum hat zwei Frequenzachsen (die Intensität ist dann die dritte Dimension), ein 3D-Spektrum drei usw.

Abb.1

Bei den 2D-NMR-Spektren unterscheidet man zwischen J-aufgelösten und verschiebungskorrelierten NMR-Spektren.

J-aufgelöst: 1. Achse chemische Verschiebung, 2. Achse Kopplungskonstanten (J)

Verschiebungskorreliert: beide Achsen chemische Verschiebung

Die 2D-J-aufgelösten Spektren werden heute nur noch bei bestimmten Fragestellungen, beispielsweise zur Bestimmung von Kopplungskonstanten, aufgenommen. Weitaus häufiger ist die Messung 2D-verschiebungskorrelierter NMR-Spektren, da diese vorrangig zur Strukturaufklärung von zum Teil sehr komplexen Verbindungen eingesetzt werden. Es gibt in Abhängigkeit der jeweiligen Problemstellung eine Vielzahl verschiedenster 2D-Messtechniken, z.B. COSY3), NOESY4), HMBC5), HSQC6).

1)FT: Fourier-Transform
2)CW: continuous wave
3)COSY: correlated spectroscopy
4)NOESY: nuclear Overhauser enhancement spectroscopy
5)HMBC: heteronuclear multiple bond correlation
6)HSQC: heteronuclear single quantum coherence
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