Modern szerves szerkezetfelderítési módszerek

NMR spektroszkópia

A mágneses magrezonancia spektroszkópia fizikai alapjai:

- Magspin, ill viselkedése a mágneses térben, a rezonanciajelenség, Bloch egyenletek.

- CW és impulzus mérési módszerek, spektrumakkumuláció, spinlecsatolás.

- Relaxáció, spin-rács relaxáció (T₁), spin-spin relaxáció (T₂).

- Relaxációs idők mérése (Inverzió visszaállás, spin-visszhang) A relaxációs idő felhasználása a molekulák mozgékonyságának tanulmányozásában.

- Gradiensek alkalmazása az NMR spektroszkópiában. Az MRI alapjai.

- Heteronukleáris NMR spektroszkópia: ³¹P-NMR és jelentősége a kémiai és biokémiai kutatásokban.

4 óra

Egydimenziós (1D) impulzus módszerek és alkalmazásaik:

- Polarizáció transzfer, SPI, INEPT és DEPT módszerek, szelektív INEPT.

- Adiabatikus pulzusok alkalmazása.

- Spektrumszerkesztés.

- A Nukleáris Overhauser effektus. (NOE). A Solomon egyenlet és értelmezése.

- 1D NOE (nukleáris Overhauser effektus) spektroszkópia és alkalmazása a szerkezetmeghatározásban.

-Heteronukleáris NMR spektroszkópia: ²H- és ²³Na-NMR jelentősége a kémiai és biokémiai kutatásokban.

4 óra

Kétdimenziós (2D) módszerek és alkalmazásaik:

- A kétdimenziós (2D) mérés fázisai: előkészítés, kifejlődés és keveredés, detektálás.

- Kétdimenziós kémiai eltolódás korrelált módszerek, H/H és C/H-korrreláció.

- Protondetektált módszerek (HMQC, HSQC, HMBC, H2BC) és alkalmazásaik.

- Csatolás-felbontott 2D NMR, heteronukleáris csatolás-felbontott ¹³C NMR, homonukleáris csatolás-felbontott ¹H NMR.

- 1D NOE (nukleáris Overhauser effektus) észlelése 2D kísérletekben (NOESY).

- NOE adatok és a molekuláris modellezés kapcsolása a térszerkezet felderítésére.

- Kicserélődési spektroszkópia, EXSY spektrum.

- Spin-lock kísérletek (TOCSY, ROESY).

- Diffúziós spektroszkópia (DOSY).

4 óra

Szilárd fázisú NMR: kémiai eltolódás irányfüggésének és a homo- és heteronukleáris dipoláris csatolások jelszélesítő hatásának elnyomása. Mágikus szöggel forgatás. Forgási frekvencia hatása. ¹H → ¹³C keresztpolarizáció, HR-CP-MAS technika. ¹³C NMR alkalmazások: polimorf minták összetételének vizsgálata. 2D NMR szilárd fázisú vizsgálatok. Felbontásnövelés F₁ dimenzióban.

4 óra

NMR mérések érzékenységének növelése: akkumulálás, apodizáció (eltérő szorzófüggvények), lineáris predikció, zéruspont feltöltés, gerjesztett és detektált mag giromágneses tényezőjének hatása, mágneses térerő, geometriai faktor, jósági tényező, krio és prodigy fejek, normál és speciális mérőcsövek és átfolyó cella használata, automatikus mintaváltó, indukált spin polariráció. Ultrashield mágnesek. HPLC-NMR kapcsolás, stop and flow módszer. Gyors mérési technikák: rétegszelektív gerjesztés, Hadamard spektroszkópia, NUS. Szerkezetfelderítés stratégiája: 2D és szelektív 1D módszerek kombinációja (20-hidroxi-ekdizon dioxolánok NMR vizsgálata), ultragyors sávszelektív 2D HSQC és HMBC mérések közeli jelek megkülönböztetésére.

4 óra

Tömegspektrometria

Bevezetés: MS alapok, ionforrások, készüléktípusok (analizátorok)

Tandem MS, kapcsolt technikák (LC-MS): kromatogramm típusok, korlátok, tévhitek, tendenciák, technikai változások, módszertani fejlődések, alkalmazások.

Biológiai minták vizsgálata, proteomika. MS technika kiválasztásának szempontjai. Példák.                                                                  8 óra

Kiroptikai spektroszkópia

e-CD spektroszkópia: UV síkban polarizált fénnyel. Optikai aktivitás és kiralítás. Síkban polározott fény sajátságai és kölcsönhatása királis rendszerekkel, Cotton effektus. A cirkuláris dikroizmus (CD), az optikai rotációs diszperzió (ORD) és az UV kapcsolata. Kromofórok osztályozása, önmagában királis kromofórok, akirális kromofórok csatolódása (Exiton rendszer), királisan perturbált akirális kromofórok, pl. karbonilok oktáns szabálya. Vibrációs optikai aktivitás: v-CD és Raman optikai aktivitás (ROA). Enatiomerek DFT alapú térszerkezet-meghatározása.                                                                             4 óra

Röntgendiffrakció

A röntgenkrisztallográfia alapjai (kristályformák, elemi cella, asszimetrikus egység), bevezetés a röntgenkrisztallográfia elméletébe (Bragg-egyenlet, fázisprobléma). Röntgendiffrakciós adatgyűjtés lehetőségei. A fehérjekristályosítás és a röntgendiffrakción alapuló szerkezetmeghatározás elméletének alapjai. A Protein Data Bank-ban található fehérjeszerkezeti adatok értelmezése.                                                                             4 óra

ESR spektroszkópia

Az ESR spektroszkópiai jel létrejöttét befolyásoló tényezők: a külső mágneses tér hatása, az elektron környezetében lévő egyéb mágneses magokkal való kölcsönhatás, relaxáció. Az ESR spektroszkópia oldat, por, egykristály és megfagyasztott oldatok mérésére. Irányfüggő kölcsönhatások: kiátlagolódás (oldatban), tenzorokkal jellemzés (másik három eset): főértékeik meghatározása.              2 óra

Hallgatói előadások

A hallgatók 10 perces előadásokban mutatják be, hogy a kapott egy- és kétdimenziós NMR spektrumok segítségével hogyan fejtették meg az ismeretlen vegyületek szerkezetét. Az előadásokat 5 perces diszkusszió követi.                                                                                                                    4 óra

Laborgyakorlatok és számítási gyakorlatok

ESR labor

ESR berendezés működése: készülék hangolása valamint a mérési paraméterek (modulációs frekvencia, mágnese tér, mérési pontok száma, mikrohullámú teljesítmény) beállítása. Egy szerves stabil gyök és egy réz-komplex vizes oldatának és megfagyasztott oldatának mérése.         1 óra

ESR számolási gyakorlat

Két-három példában egy szerves gyök spektrumának megrajzolása, a megadott mágneses magok és csatolási állandók ismeretében, valamint a g-érték kiszámolása. A kiadott, számolt ESR spektrumokról a mágneses magok minőségének és a csatolási állandók leolvasása és megadása.                  1 óra

Röntgendiffrakciós labor

Gőzdiffúziós kristályosítás a gyakorlatban, ülőcseppes tálca elkészítése folyadékkezelő robottal, függőcseppes tálca elkészítése pipettával. Az elkészült cseppek vizsgálata automatizált képbeolvasóval, illetve mikroszkóp alatt. A laboratóriumi röntgendiffrakciós készülék működésének gyakorlati bemutatása.

                                                                                                    1 óra

Röntgendiffrakciós számítógépes gyakorlat

A Protein Data Bank (www.rcsb.org) PDB adatbázis használatának gyakorlati bemutatása, 3D fehérjeszerkezet-megjelenítés Pymol programmal, ligandum kötődés vizsgálata a PDB és Pymol eszköztárának felhasználásával.       1 óra

NMR spektrumfejtési gyakorlat

A gyakorlatok során a hallgatók az oktató irányításával egy- és kétdimenziós NMR spektrumok értékelését végzik el.                                                                                                      6 óra