Institut
Kernresonanzspektroskopie

Kernresonanzspektroskopie

am Institut für Organische Chemie

Die Abteilung versteht sich als Service-Einrichtung für Kernresonanz-Spektroskopie (NMR) und steht allen Einrichtungen der Naturwissenschaftlichen Fakultät zur Verfügung. Die NMR kommt insbesondere bei der Charakterisierung der Haupt- und Nebenprodukte von chemischen Synthesen sowie der Strukturaufklärung von unbekannten Molekülen, beispielsweise isolierter Naturstoffe, zum Einsatz.

Unsere Abteilung mit derzeit fünf Geräten finden Sie im Erdgeschoss des Instituts für Organische Chemie, wo unser Team jederzeit bei Fragen zur Verfügung steht.

 

Die Abteilung versteht sich als Service-Einrichtung für Kernresonanz-Spektroskopie (NMR) und steht allen Einrichtungen der Naturwissenschaftlichen Fakultät zur Verfügung. Die NMR kommt insbesondere bei der Charakterisierung der Haupt- und Nebenprodukte von chemischen Synthesen sowie der Strukturaufklärung von unbekannten Molekülen, beispielsweise isolierter Naturstoffe, zum Einsatz.

Unsere Abteilung mit derzeit fünf Geräten finden Sie im Erdgeschoss des Instituts für Organische Chemie, wo unser Team jederzeit bei Fragen zur Verfügung steht.

 

ÜBERBLICK

Die Abteilung mit ihren fünf Spektrometern ist in zwei Bereiche unterteilt. Ein Open Access Bereich mit zwei 400 MHz Geräten steht in erster Linie den Promovierenden und Masterstudierenden des Instituts für Organische Chemie zur Aufgabe von Standardmessungen zur Verfügung. In einem Service Bereich mit einem weiteren 400 MHz Gerät, sowie einem 500 MHz und 600 MHz Spektrometer, werden Auftragsmessungen vom Fachpersonal durchgeführt. Der Service steht grundsätzlich allen Interessierten der Leibniz Universität Hannover und kooperierenden Forschungseinrichtungen zur Verfügung. Auch für externe Firmen können auf Anfrage Auftragsmessungen durchgeführt werden. Sprechen Sie uns bei Interesse gerne an.

Regelmäßige NutzerInnen des NMR-Service erhalten einen NMR-Account mit eigenem Zwei-Buchstaben-Kürzel, welches für die Probenbezeichnung verwendet wird. Einmalige oder gelegentliche Messaufträge erfolgen über einen Gastaccount. Die Messergebnisse werden über einen FTP-Server zur Verfügung gestellt. Der Dateiname richtet sich nach dem rechts dargestellten System, welches die Art des NMR-Experiments berücksichtigt und bei der Aufgabe von Messungen strikt eingehalten werden sollte.

Beispielname: NKHA001A

  • Pos. 1+2: Namenskürzel (z.B. NK)
  • Pos. 3+4: Experimentenkürzel (z.B. HA)
  • Pos. 5-7: Probennummer(z.B. 001)
  • Pos. 8: Geräte-ID (z.B. A für 600 MHz)

AUSSTATTUNG

Open-Access-Geräte

In Raum 047 stehen zwei 400 MHz Geräte den eingewiesenen Nutzenden rund um die Uhr zur eigenständigen Aufgabe von Standardmessungen zur Verfügung. Beide sind mit einem BACS Probenwechsler mit Platz für 60 Proben ausgestattet. Hier sind nur Messungen in folgenden deuterierten Lösungsmitteln möglich: CDCl3, CD3OD, DMSO-d6, C6D6, D2O, Aceton-d6, CD3CN. Für andere Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische bitte Rücksprache oder Abgabe im Service. 

  • Bruker Ultrashield 400 MHz (ULS400 - linke Seite)

    Tagsüber (8:30-22:30 Uhr) werden 1H 1D Messungen priorisiert, so dass hier jederzeit (auch am Wochenende) ein schnelles Screening möglich ist. 13C und 2D Experimente werden nur über Nacht gemessen. Die Qualität der Spektren bezüglich Auflösung und Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist deutlich vermindert gegenüber dem zweiten Open Access Gerät (ASC400), weshalb letzteres für 13C und 2D Messungen bevorzugt verwendet werden sollte.

  • Bruker Ascend 400 MHz (ASC400 - rechte Seite)

    Tagmessungen

    • 1H 1D
    • 1H-1H DQF-COSY
    • kurzes 13C 1D
    • kurzes NOAH2_BS (HSQC+HMBC)

    Nachtmessungen

    • langes 13C 1D
    • 13C DEPT135/DEPT90/APT
    • 1H-13C HSQC
    • 1H-13C HMBC
    • langes NOAH2_BS (HSQC+HMBC)

    Tagsüber (8-18 Uhr) werden Tagmessungen priorisiert. Bei geringer Auslastung werden auch Nachtmessungen gestartet. Das Wochenende gilt als Nachtmesszeit. Außerhalb der Dienstzeiten erfolgt bis auf Weiteres keine Datenverteilung von diesem Gerät.

Service-Geräte

In Raum 035 stehen drei weitere NMR Geräte (400 MHz, 500 MHz und 600 MHz), an denen ausschließlich vom Fachpersonal der Abteilung Messungen durchgeführt werden. Durch Helium- bzw. Stickstoff-gekühlte Cryo-Probenköpfe weisen diese Geräte eine deutlich erhöhte Empfindlichkeit auf und eignen sich daher insbesondere für Messungen von niedrig konzentrierten Proben sowie komplexeren Molekülen. Zudem sind hier verschiedene spezielle Anwendungen möglich.

  • Bruker Ascend 400 MHz mit Prodigy BBFO Probenkopf

    Das 400 MHz Gerät im Service ist mit einem Prodigy BBFO Probenkopf und Sample Xpress Probenwechsler mit 60 Plätzen ausgestattet. Auf einem Breitbandkanal können verschiedene Heterokerne gemessen werden. Ein zweiter Kanal kommt für die Detektion von 1H oder 19F zum Einsatz.

    Spezifische Anwendungen:

    • 31P, 19F, 11B,29Si
    • 19F-entkoppeltes 13C
    • 19F-13C HMQC     
  • Bruker Ultrashield 500 MHz mit Cryo-Probenkopf TCI

    Das 500 MHz Gerät im Service ist mit einem Sample Xpress Probenwechsler mit 60 Plätzen und einem TCI Cryo-Probenkopf ausgestattet, der neben 1H und 13C auch die Messung von 15N erlaubt.

    Spezifische Anwendungen:

    • 1H-15N HSQC
    • 1H-15N HMBC   
  • Bruker Ascend 600 MHz mit Cryo-Probenkopf DUL

    Das 600 MHz Gerät im Service ist mit einem DUL Cryoprobenkopf ausgestattet, welcher für die Detektion von 13C optimiert ist. 13C Spektren können hier auch von sehr gering konzentrierten Proben aufgenommen werden. Zusätzlich ist hier durch die Non-Uniform-Sampling Methode eine Aufnahme von 2D Spektren mit extrem hoher Auflösung in der indirekten Dimension möglich.

ANGEBOTENE MESSUNGEN

1D Standardexperimente

  • HA - 1H 1D
  • HW - 1H mit Solvens-/Wasserunterdrückung
  • CL - 13C 1D (breitband 1H-entkoppelt)
  • CB - 13C DEPT135
  • CC - 13C APT
  • FA - 19F 1D
  • PA - 31P (mit oder ohne 1H Entkopplung)

2D Standardexperimente

  • ED - 1H-1H COSY/DQF-COSY (Kreuzpeaks zwischen skalar zueinander gekoppelten 1H Resonanzen)
  • MC -1H-13C HSQC (1H-13C Korrelationen über eine Bindung, CH/CH3 positiv, CH2 negativ)
  • MH - 1H-13C HMBC (1H-13C Korrelationen über zwei bis vier Bindungen)
  • BS - NOAH2_BS (BS – kombinierte Aufnahme von HSQC und HMBC)

Weitere speziellere Anwendungen

  • Rauminformationen durch dipolare Kopplung (1D und 2D NOE Experimente, ROESY)
  • 1D und 2D TOCSY (Signale/Korrelationen innerhalb eines Spinsystems)
  • weitere Heterokerne (29Si, 11B...)
  • spezielle heteronukleare 2D Experimente (1H-15N HSQC/HMBC, 19F-13C HMQC)
  • 19F-entkoppeltes 13C
  • Messung bei verschiedenen Temperaturen

Detailinformationen

  • Lösungsmittel-/Wasserunterdrückung

    Eine einfache Wasserunterdrückung durch Presaturation bei Proben in D2O ist sogar im Open Acces möglich (ASC400). An den Service-Geräten kommen bei Bedarf verschiedene Lösungsmittelunterdrückungen zum Einsatz, wobei die Einstrahlfrequenz bei jeder Probe angepasst wird. So kann beispielsweise auch der Wasserpeak in DMSO oder ein großes Methanolsignal unterdrückt werden. Neben der Presaturation stehen auch komplexere Unterdrückungsmethoden zur Verfügung, so dass beispielsweise auch eine Messung in 10%/90% D2O/H2O möglich ist.

  • Multiplzitäten in DEPT/APT/HSQC

    Unter den 13C Experimenten bieten DEPT- und APT-Spektren den Vorteil einer Information über den Substitutionsgrad durch das Vorzeichen der Signale - CH/CH3 positiv, (Cq)/CH2 negativ. Diese Messungen eignen sich daher insbesondere für Proben, die nicht weiter durch heteronukleare 2D Experimente charakterisiert werden. Eine Kombination von APT/DEPT mit HSQC hingegen ist wenig sinnvoll, da letzteres dieselbe Information im Vorzeichen der Kreuzpeaks liefert. DEPT-Spektren bieten den Vorteil einer erhöhten Signalintensität. Allerdings erscheinen dort keine Resonanzen von quartären C-Atomen.

  • 2D-Experimente: Auflösung in der indirekten Dimension

    Für die indirekte 13C-Dimension wird standardmäßig der spektrale Bereich ca. -20 - 230 ppm eingestellt, sofern vorab kein 13C-Spektrum vorliegt. Die Auflösung ist damit typischerweise nicht besser als 0,5 - 1 ppm (dies gilt insbesondere für den Open Access). Wird eine bessere Auflösung benötigt, muss die Messung im Service erfolgen. Die gewünschte Auflösung sowie der erwartete 13C spektrale Bereich sollte dann auf dem Auftragszettel gesondert angegeben werden, damit die Paramter entsprechend angepasst werden können. Am 600 MHz Gerät im Service können durch die Non-Uniform Sampling Methode, extrem hohe Auflösungen in der indirekten Dimension erreicht werden.

  • NOAH2_BS-Experiment (HSQC+HMBC)

    Das NOAH2_BS Experiment spart durch die kombinierte Aufnahme von HMBC und HSQC fast 50% der Messzeit für beide heteronuklearen 2D-Experimente und sollte daher immer gewählt werden, wenn beide Messungen benötigt werden. Vor der Prozessierung muss ein BS-Datensatz in die beiden Subdatensätze aufgeteilt werden (s. Infodokument (pdf)).

  • Rauminformation durch dipolare Kopplung

    Basierend auf dem Kern-Overhauser-Effekt (NOE), bei dem über dipolare Kopplung Magnetisierung auf räumlich benachbarte Spins übertragen wird, können Abstandsinformationen gewonnen werden. Im 2D NOESY erscheinen so Korrelationen zwischen 1H Resonanzen, deren Kerne im Molekül bis zu 5 Å voneinander entfernt sind. Analoge Information kann auch aus dem 2D ROESY gewonnen werden, wobei letzteres bei kleinen Molekülen typischerweise zu bevorzugen ist. Noch einfacher, häufig klarer in der Auswertung und vor allem schneller ist das 1D NOE Experiment. Hierzu muss eine Liste der zu sättigenden Signale von Interesse (markiert im ausgedruckten Spektrum) vorliegen. Die 1D NOE Spektren zeigen dann jeweils nur die „Antwortsignale“ von Protonen in räumlicher Nähe.

  • Messung von Heterokernen

    Neben 13C werden am 400 MHz Gerät im Service auch 31P und 19F standardmäßig gemessen. Da für die 19F Messungen die Hardware umgestellt werden muss, sollten diese Aufträge optimalerweise gesammelt abgegeben werden. Für 29Si und 11B sind ebenfalls schon Experimente etabliert. Vor einer Abgabe sollte aber Rücksprache gehalten werden. Hilfreich bei allen heteronuklearen Messungen ist eine Angabe des erwarteten chemischen Verschiebungsbereichs auf dem Auftragszettel. Auf Anfrage kann die Etablierung von Messungen diverser anderer Heterokerne geprüft werden. Für einen guten ersten Überblick über NMR-aktive Isotope und deren Eigenschaften:  Institute of Chemistry | The Hebrew University of Jerusalem

  • Spezielle Heteronukleare Experimente

    Gängige heteronukleare 2D-Experimente kommen selbstverständlich nicht nur für 1H-13C Korrelationen zum Einsatz. Am 500 MHz Gerät im Service beispielsweise können nach Rücksprache 1H-15N HSQC und HMBC Spektren sogar bei natürlicher Häufigkeit aufgenommen werden. 1H-15N Korrelationen können bei der Strukturaufklärung unbekannter Moleküle die Anzahl der möglichen Strukturen signifikant reduzieren. Außerdem kann die gute Dispersion der 15N Resonanzen in komplizierten Fällen helfen, aus stark überlappenden 13C Resonanzen resultierende strukturelle Unklarheiten zu eliminieren.

    Insbesondere bei perfluorierten Molekülen bieten sich 19F-entkoppelte 13C Spektren zur Eliminierung der komplizierten Multiplettstrukturen und einem damit einhergehenden erhöhten Signal-zu-Rausch-Verhältnis sowie 19F-13C HMQC Spektren zur Zuordnung der fluorierten Cs an. Dabei ist allerdings zu beachten, dass mit der aktuellen Ausrüstung keine geichzeitige Aufnahme bzw. Entkopplung von 1H und 19F möglich ist.

  • Messung bei verschiedenen Temperaturen

    Da die chemische Verschiebung temperaturabhängig ist, kann eine Messung bei erhöhter oder verringerter Temperatur im Glücksfall die Überlappung von Signalen reduzieren. Ein meist deutlich erfolgreicherer und einfacherer Ansatz ist hingegen die Messung in einem anderen Lösungsmittel.

    Ebenfalls temperaturabhängig ist die Kinetik chemischer Austauschprozesse, beispielsweise bei Tautomerien sowie Rotations- oder anderen Konformationsisomerien. Bei höherer Temperatur steigt die Austauschrate, so dass eventuell ein schneller Austausch (scharfe gemittelte Signale) erreicht werden kann. Bei tiefen Temperaturen hingegen kann eventuell ein langsamer Austausch (getrennte Signale für im Gleichgewicht stehende Spezies) erreicht werden. In jedem Fall ist zu beachten, dass der zur Verfügung stehende Temperaturbereich durch Schmelz- und Siedepunkte des verwendeten Lösungsmittels sowie durch die verwendete Hardware begrenzt ist. Grundsätzlich werden Messungen bei verschiedenen Temperaturen nur nach persönlicher Rücksprache angeboten.

NMR-SOFTWARE

Topspin

Topspin ist eine Software der Firma Bruker zur Aufnahme und Prozessierung von NMR-Daten. Dank einer Free Academia Lizenz steht sie allen Angehörigen der LUH sowie anderer Hochschulen nach persönlicher Registrierung über die akademische E-Mailadresse kostenlos zur Verfügung. Für die NMR-EndnutzerInnen eignet sich Topspin zur Prozessierung und Visualisierung von NMR-Daten, sowie zur Auswertung insbesondere von 1D Spektren.

MestReNova

Auf Initiative der Chemieinstitute steht seit 2022 eine Campuslizenz für MNova NMR (einschließlich qNMR und Reaction Monitoring) allen Angehörigen der LUH kostenlos zur Verfügung. Mnova NMR bietet vielfältige Funktionen zur  Prozessierung, Visualisierung, Analyse und Auswertung von NMR Daten. Nach erfolgtem Download und Installation muss vor der ersten Nutzung die Lizenz aktiviert werden.

KONTAKT

Dr. Linn Karen Müggenburg
Leitung
Adresse
Schneiderberg 1B
30167 Hannover
Gebäude
Raum
043
Dr. Linn Karen Müggenburg
Leitung
Adresse
Schneiderberg 1B
30167 Hannover
Gebäude
Raum
043