【期刊】增强固态材料中异核长程相关信号的核磁共振方法丨ACS材料X

英文原题：Selective Nuclear Magnetic Resonance Method for Enhancing Long-Range Heteronuclear Correlations in Solids

通讯作者：张正逢、杨俊，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院

作者：张正逢，苏永超，肖航，杨俊

异核相关（如¹H-¹³C、¹³C-¹⁵N、¹³C-³¹P等）是核磁共振（NMR）解析物质结构的重要技术。本文设计了一类固体NMR异核相关方法，实现了长程异核相关的选择性增强，可有效促进固态材料的结构及相互作用研究。

研究背景

在固体NMR中，CP是探测不同类型原子间（如¹H、¹³C、¹⁵N、¹⁹F、³¹P等）化学键及空间距离等异核相关信息的主要方法，在异核相关实验中应用最广泛。但是，由于偶极截止效应和¹H-¹H自旋扩散的影响，CP中那些重要的与长程距离有关的信号通常较弱。

快讯亮点

研究人员设计了一类用于增强异核相关的hetSPR方法，可将多肽及药物中¹H-¹³C或¹H-¹⁹F相关信号增强至5倍。新方法适用于不同的实验条件和研究对象，易于使用，具有较好的实用性。

内容介绍

研究人员以其前期发展的同核相关（如¹H-¹H、¹³C-¹³C）方法（J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 19, 8077–8083）为基础，通过引入相位超循环，设计了一类用于增强异核相关的hetSPR方法 （图1）。该方法可用于研究固体材料中自旋量子数为1/2的核（包括¹H、¹³C、¹⁵N、¹⁹F、²⁹Si、³¹P等），探测它们之间的空间距离或相互作用信息。模拟理论分析表明：hetSPR实现了高效的双量子或零量子异核偶极重耦，具有良好的频率选择性。

图 1. (a) hetSPR方法。在两个通道上（¹H和X）上同时发射射频脉冲，建立¹H-X核之间的关联。(b) hetSPR方法用于2D ¹H-X实验的脉冲序列示意图。X代表¹³C、¹⁵N、¹⁹F、²⁹Si、³¹P等自旋量子数为1/2的核。

图 2. (a) U-²H, ¹³C, ¹⁵N标记的fMLF三肽的2D ¹³C-¹H异核相关谱。黑色使用CP方法，红色使用hetSPR方法。(b) fMLF的分子结构及与产生NMR相关信号的¹³C/¹H原子信息。

实验结果显示：相对于常用的CP方法，hetSPR可将fMLF三肽中感兴趣的长程¹³C-¹H相关信号增强至5倍，并且有效地压制不需要的短程相关信号（图2）。

图 3. 药物比卡鲁胺的¹H-¹⁹F相关的时间建立曲线(a)及其对应的分子内或分子间距离信息(b)。

固体NMR中异核相关的信号强度与激发时间、原子间距离相关。基于相关信号随hetSPR激发时间的变化曲线，用固体NMR可以半定量地获取药物比卡鲁胺中¹H-¹⁹F距离信息（图3）。 

综上所述，本文建立了一种新的固体NMR异核相关方法，实现了特定异核相关的选择性增强，提高了长程距离信息的探测效率，可有效地促进固体材料的结构分析。

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J. Phys. Chem. Lett.  2022, 13, XXX, 6376–6382

Publication Date: July 7, 2022

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c01527

Copyright © 2022 American Chemical Society

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