ЯМР әдісін қолдану

ЯМР спектроскопияны өзінше және басқа физикалық әдістермен қатар қолданылғанда молекулалардың химиялық құрылысын, олардың стереохимиялық конфигурациясын және конформацияларын зерттеу үшін өте эффективті әдіс болып табылады. Кері есептерді шешу үшін, ең алдымен, спектрдің келесі параметрлері пайдаланылады:

1) сигналдардың (мультиплеттердің) орталықтарынан анықталатын ЯМР сигналдарының химиялық ығысулары;

2) әрекеттесуші ядролардың санымен және олардың спиндерімен байланысты мультиплеттіктері;

3) ядролардың спин-спинді әрекеттесу тұрактылары;

4) мультиплеттердегі интенсивтіктердің таралуы;

5) сигналдардың интегралдық интенсивтіктері.

Молекулалардың құрылымын анықтаудан басқа, ЯМР спектрлеріндегі сызықтардың интенсивтіктері сандық талдау жасау үшін пайдаланылуы да мүмкін. Оверхаузердің ядролық эффектісімен байланысты, ЯМР-дің фурье-спектроскопиясында сигналдың интегралдық интенсивтілігі ядролардың санына әрқашанда пропорционалды бола бермейді. Стационарлы ЯМР-әдісі үшін мұндай шектеу жоқ, және де фундаменталды ереже жұмыс істейді - бір ядроға келтірілген белгілі изотоптың ядроларының барлық топтарының резонансты сигналдарының суммалық интенсивтіктерінің үлесі - түрақты шама. Демек, сигналдардың интегралдық интенсивтіктерін салыстыру арқылы молекуладағы ядролардың әр түрінің салыстырмалы санын табуға болады.

Сандық талдау жүргізуін су-спирт қоспасындағы этанолдың мөлшерін анықтау мысалында көрейік. Оның ПМР-спектрі сызықтардың үш тобынан: синглеттен, квартеттен және триплеттен тұрады. Синглет су және гидроксил тобының бір-бірімен тез алмасатын протондарының резонансты жұтуына негізделеді. Квартет этанолдың СН2 -тобына, ал триплет – СН3 тобына жатады. Алдымен синглеттің S1, квартеттің S2 және триплеттің S3 аудандарын табады. Содан кейін, S2 мен S3 мәндерін пайдаланып, бір протонға келетін S ауданды есептейді.

Осыдан судағы спирттің мөлшері есептеледі.

Заттың құрылымын анықтау үшін, ең алдымен, химиялық ығысулардың корреляциялық кестелерін пайдаланып, ЯМР спектрлері бойынша шыңдардың әр тобының химиялық ығысуларын есептеп, оларды идентификациялайды. Содан кейін әрбір шыңның аса жіңішке бөлінуіне қандай спин-спинді әрекеттесу келтіретінін айқындайды. Соңында, берілген заттың қүрылым формуласын жорамалдап, шыңдардың интенсивтіктерін анықтайды да топтардағы зерттелетін магнитті ядролардың мөлшерінің қатынасын табады. Осы ядролардың жалпы саны белгілі екенін ескере отырып, (мысалы, элементтік талдау арқылы), олардың әрбір топтағы санын табуға болады.

С3Н8О-затының ПМР спектрін қарастырайық (жолақтардың үстіндегі сызықтар интегралдық интенсивтіктерді көрсетеді). Спектр квинтеттен, синглеттен жэне дублеттен тұрады. Олардың химиялық ығысулары 4,0 м.б., 1,6 м.б., 1,2 м.б. Химиялық ығысу кестелеріне сай, бұл мәндер квинтет үшін СН-тобына, синглет үшін - ОН-тобына, дублет үшін – СН3, СН3 топтарына сәйкес болуы мүмкін.

Квинтеттің болуы төрт протонның жақын көршілестігін көрсетеді. Бірақ мультиплеттің шекті компоненталары басқасымен салыстырғанда өте кіші де, спектрде байқалмайды, яғни квинтет септет болып шығуы мүмкін, бұл алты көршілес протондар жағдайында болады. Сызықтардың интенсивтіктерінің қатынасы: төрт көршілес протон үшін 1:4:6:4:1, алты протон үшін - 1:6:15:20:15:6:1 болу керек. Екіншісі дұрыс болып шығады, демек, "квинтет" беретін топ (шынында - септет) алты протонмен қоршалған. Синглет немесе гидроксил тобымен көршілес протондардың болмауымен, немесе осы топтың протондардың ұқсас топтардағы протондармен тез алмасуымен түсіндіріледі (тез алмасу нәтижесінде АЖҚ әдетте тез жойылады). Дублеттік бөліну бір көршілес протонның ықпалына негізделеді.

Шындардың аудандарының қатынасы олардың интенсивтіктерінің қатынасын береді. Септет шыңдарының жалпы ауданын бірге тең деп санасақ, n1:n2:n3=1:1:6 қатынасын аламыз, мүнда n1,n2,n3 - септет, синглет, дублет топтарындағы протондардың саны сәйкесінше. Демек, молекула жалғыз көршілес протоны бар екі СНз-тобынан тұру керек, жэне де ол СНз-СН(ОН)-СНз құрылымына жауапты. Шынында, СНз-тің екі тобынан пайда болатын септетті СН-тобына, ал синглетті ОН-тобына жатқызуға болады, себебі спирт молекуласы гидролиз протондарымен оңай алмасады, ал интенсивті дублетті - екі СН3 -тобына жатқызуға болады.

Тағы бір мысал: Р4S3 қосылысы үшін ядроларының ЯМР спектрінде интенсивтіктерінің қатынасы 3:1 екі сызық байқалады.

Интенсивтігі жоғары шың дублетті береді, интенсивтігі төмен шың – квадру- плетті береді. -ядролардың сигналы спектрде жоқ, себебі оларда I=0. Сон- дықтан спин-спинді бөліну де, сызықтардың салыстырмалы интенсивтіктері де P4S3 те фосфор атомдарының екі тобы бар екенін көрсетеді: біреуінде үш эквивалентті атом, басқасында - бір атом. Осы себептен P4H8 молекуласы үшін 35-суретте келтірілген құрылым қабылданған.

ЯМР әдісінің көмегімен молекулалардың екі (немесе бірнеше) күйі немесе түрі арасындағы алмасу кинетикасын зерттеуге болады. Егер әр түрлерінің әдісінің сипаттаушы уақытынан үлкен байқалады. Ең қарапайым екі позициялық А В алмасулар үшін температура өскен кезде (мен кемуімен) ЯМР сигналдарының формасы өзгереді. Мұндағы А мен В - өмір сүру уақыттары мен болатын ядроларының алмасуларының жағдайы әр түрлі болатын молекулалардың формалары.

Ішкі молекулалық өзгерістердің басқа (баяулатқан ішкі айналу, таутомерия, циклдерінің инверсиясы, конформациялардың өзгеруі т.б.), молекула аралық алмасу реакцияларды да, басқа да тепе-теңдік химиялық реакцияларды да (протонды алмасудың әр түрлі, лигандты алмасу, иондардың рекомбинациясы т.б.) зерттеуге болады.

Қос радикалдардың аралық түзілуімен өтетін химиялық реакция ядролардың химиялық поляризация құбылысы арқылы зерттеледі. Құбылыстың маңызы - қос радикалдардың құраушылары соңғы өнімдерге айналғанда, осы өнімдердің ЯМР-спектрлері түзілуден кейінгі алғашқы уақытта поляризацияланған болып шығады, яғни сигналдарының интенсивтіктері жоғарылау (жұту) немесе сигналдары теріс шығару. Олар бірте-бірте кәдімгі сигналдарға ауысады.

Биологиялық белсенді заттар - организмнің қандай да бір қызметін атқаратын, арнайы жоғары әрекетті іске асыратын органикалық қосылыстар^[1]. Бұл заттарғаферменттер, гормондар, дәрумендер және т.б. заттар жатады. Ферменттер организм жасушаларының барлығында бар, олар күрделі химиялық реакциялардыыдыратуды тездетеді. Дәрумендер организмде және одан тыс көкөністер, жеміс-жидектердің т.б. құрамында бар. Дәрумендер - организмнің тіршілік қабілеті үшін қажетті заттар, олар адамның дене және ой еңбегін арттырады, оның өсуі мен дамуын, ауруға қарсы тұруын қамтамасыз етеді.

Организмде белгілі бір әрекетгерді (функцияларды) реттейтін өзіңдік әсері бар органикалық қосылыстарды биологиялық белсенді заттар дейді. Оларды төрт топқа бөледі: гормондар, гормоноидтар, парагормондар, телегрондар.

Ішкі секреция бездерінің өнімдерін (инсулин, тироксин, гидрокортизон т.б.) гормондар деп атайды. Олар қан арқылы бүкіл денеге тарап, гормондық реттеу тетігін қалыптастырады. Жеке торшаларда түзіліп, солардың өзіне ғана әсер ететін физиологиялық белсенді заттарды торшалық гормондар дейді. Ал торшаларда түзіліп, ұлпаларға жайылып, олардың қызметіне әсер ететін физиологиялық белсенді заттарды ұлпалық гормондар немесе гистогормондар деп атайды.

Парагормондар деп ұлпаларда зат алмасу өнімі ретінде бөлініп, физиологиялық белсенділік көрсететін заттарды (мысалы, көмір қышқыл газы, мочевина) атайды. Ішкі секреция бездерінен тыс, басқа мүшелер мен ұлпаларда түзіліп, организмдегі зат алмасу процесі мен көптеген физиологиялық әрекеттерді реттеуге қатысатын химиялық құрылымы жағынан әртекті физиологиялық белсенді заттарды (мысалы, гастрин, серотонин, гепарин, секретин, гистамин, ацетилхолин т.б.) гормоноидтар деп атайды. Олар қысқа мерзім ішінде әсер етеді, ұлпа белоктарымен қосылып кетеді, немесе тез бұзылады.

Бір организмнің сыртқы секрециялық бездерінде түзіліп, басқа дарақтарға әсер ететін физиологиялық белсенді заттарды (ферромондар, алломондар т.б.) телегрондар дейді.

Метаболизмдік гормондар организмдегі зат алмасу процесінің қарқынын реттейді. Зат алмасу процесіне гормондар қажетті ферменттердің түзілуін жандандыру, бәсеңдету немесе тоқтату нәтижесінде әсер етеді. Мысалы, инсулин, глюкагон, адреналин гормондары көмірсулардың алмасуын реттейді, өсу гормоны белоктардың түзілуін жандандырып, көмірсулар мен майлардың алмасу қарқынын өзгертеді; тироксин қуаттың өндірілуін күшейтіп, белоктардың, көмірсулардың, майлардың тотығуын жақсартады.

Морфогенездік гормондар торшалардың генетикалық аппараттарына әсер ету арқылы торшалардың өсуін, көбеюін, жіктелуін бағыттап, реттеп отырады. Олар организм мүшелерінің, бөліктерінің, белгілерінің дамуындағы реттілікті қамтамасыз етеді.

Үйлесімдік гормондар жеке мүшелердің қызмет әрекетін өзгертіп, оларды өзара сәйкестендіреді, үйлестіреді. Мысалы, адреналин жүрек жұмысын күшейтіп, оның жиырылу күшін арттырады, шеткей қан тамырларын тарылтады, қарын мен ішек қимылдарын баяулатады

Атқаратын қызметіне, әсер бағытына қарай гормондар үш топқа бөлінеді. 1) Эффекторлық гормондар — олар тікелей нысана мүшелерге әсер етеді. 2) Троптық гормондар — эффекторлық гормондардың түзілуі мен бөлінуін жандандырады. 3) Рилизинг гормондар — гипофиздің троптық гормондарының бөлінуін және гипоталамустың нейросекрециялық қызметін реттейді.

Гормондарға оларды биологиялық белсенді заттардың басқа топтарынан ерекшелендіретін бірнеше қасиет тән.

1. Алшақ (дистанциялық) әсер — гормондар өздері түзілген бездер-
ден алшақ орналасқан мүшелер қызметіне әсер етеді.

2. Өзіндік әсер — әрбір гормон организмде жүретін белгілі бір
процеске ғана әсер етеді. Дегенмен, жеке мүшелер қызметіне немесе
белгілі бір процесті реттеуге бірнеше гормон қатысуы мүмкін. Олар-
дың әсеріне бірыңғай (синергиялық), не кереғар (антагонистік) болуы мүмкін

3. Зор биологиялық белсенділік. Гормондардың аз мөлшерінің өзі
үлкен биологиялық жауап тудырады. Мысалы, 1г адреналин 10 млн
бақаның оқшауланған жүрегінің жиырылу күшін арттырып, жұмысын
жиілетеді. 1 г инсулин 125 мың қоянда гипогликемия тудырады.

4. Гормондар молекулалары ықшам болады, сондықтан олар ка-
пиллярлар қабырғасынан оңай өтеді.

5. Көптеген гормондарға түліктік-түрлік өзінділік сипат тән бол-
майды, сондықтан олардың практикада қолданылу аясы кең болады.

6. Гормондар ұлпаларда ұзақ сақталмай, тез бұзылады, сондықтан
ішкі секреция бездері оларды толассыз бөліп отырады.

7. Гормондар тек тірі организмде ғана әрекет етеді, олардың әсері
тірі торшалар мен құрылымдарға ғана бағытталған.

Гормондар өз бетінше жеке реттеуші жүйе құрамайды. Олардың түзілуі мен қанға бөлінуі организм функцияларын реттейтін біртұтас нервті-гуморальдық тізбектің бір ғана буыны болып табылады.

Гормондар нысана мүше торшаларына не тікелей, не нерв жүйесі арқылы әсер етеді. Олардың жеке мүшелер мен зат алмасу процесіне тікелей әсері ферменттік жүйе арқылы атқарылады. Гормондар ферменттер концентрациясы мен белсенділігіне әсер ете отырып, торша мембранасының ферментке деген өтімділігін өзгертеді, ферменттің субстратқа әсерін жандандырып, не тежеп, рибосомалар мен поли-рибосомалар белсеңділігін өзгертеді, митохондриялар мен лизосомаларға ықпал етеді.

Бір гормон бір мезгілде бірнеше ферменттерге ықпал етеді. Мысалы, кортизон митохондриялардағы а-кетоглютаратоксидазаның әрекетін тежеп, бауырда глюкозалы-р-фосфотазаның түзілуін жандандырады, аталық жыныс безінде тестостерон мен гиалуронидазаның белсенділігін күшейтеді, қуық безінде қышқыл фосфотазаның түзілуін жандандырады, тыныс ферменттерінің белсенділігін арттырып, ұлпалық тынысты жақсартады.

Гормон әрекетінің механизмі олардың өздерінің құрылым ерекшеліктеріне, қасиеттеріне молекулаларының мөлшеріне және әсер ететін нысана торшалардың ферменттік жүйелері мен беткейлік мембранасының құрылым ерекшеліктеріне байланысты. Гормондар әсері мембраналық және торшалық болып бөлінеді.

Мембраналық әсер белок тектес гормондарға тән. Олар торша ішіне енбей, оның мембранасындағы рецепторлық аппаратқа бекиді де, торша ішіндегі биосинтездік процестерге мембрананың ферменттік жүйелері, простагландиндер, кальций иондары т.б. элеметтер арқылы әсер етеді, Гормоңдардың бұл тобы торша мембранасындағы аденозинциклаза (АЦ) ферментінің белсеңділігін арттырады. Осы фермент пен торша ішіндегі фосфодиэстераза ферментінің қосарланған әсерінен аденозинүшфосфор қышқылы (АТФ) циклдік аденозинді -3-5 — монофосфатқа (цАМФ) айналады. Бұл қосылыс торша ішіндегі алмасу процесінің әмбебап реттеушісі болып табылады және екінші медиатордың ролін атқарады (бірінші медиатор болып гормондар саналады). цАМФ белсенділігін магний иондары, простагландиндер, фосфодиэстераза жандандырады. Аденозинциклаза мен фосфодиэстераза цАМФ-пен біріге отырып ядро қызметіне және торша ішінде жүретін процестерге әсер ететін аденилциклазалық жүйе құрайды.

Торшалық әсер стеройдты гормондар мен рилизинг — гормондарға тән. Олар торша қабығының беткейлік құрылымдарымен әрекеттесіп, мембрананың ішілік қабатындағы фосфолипидтермен, натрий тұздарымен, сульфаттармен және глюкоранидтермен байланысады. Осының нәтижесінде суды тартатын қосылыстар мембранасының липидтік қабатын ажырап, торша ішіне өтеді де, ондағы рецепторлық белоктармен байланысқан соң, торшада жүретін әр түрлі процестерге әсер етеді. Стероидты гормондар торша ішіндегі РНК-полимеразаны жандандырып, белоктың түзілуін реттейді, қуат алмасуын және биосинтездік процестерді күшейтеді, торша мембранасының амин қышқылдары мен басқа да заттарға өтімділігін жақсартады.

Гормондар әрекеті антигормондар мен антагонист гормондар әсерімен шектеледі. Организмде олар бауыр мен басқа мүшелер торшаларында жойылады. Олар күкірт және глюкурон қышқылдарымен байланысады да, қосылыс түрінде әр түрлі экскреттер құрамына енеді. Кейбір гормондар ешқандай өзгеріссіз де бөлінеді.

Орытынды

Магнит резонансты әдістер көмегімен зат және сәуленің магнит компонентасының әрекеттесуін зерттейді. Оларға радиоспектроскопияның екі әдісі жатады - ядролық магниттік резонанас (ЯМР) және электрондық магниттік резонанас (ЭПР). Осындай спектрлердегі ауысуларға сәйкес келетін энергия айырымы өте кіші (жиіліктері 40 МГц-тен 10000 МГц-ке дейінгі радиодиапазонында жатады) Демек, бұл әдістердің айыру қабілеті және сипаттаушы уақыттары жоғары, бірақ сезімталдықтары төмен. Бұдан баска, әрекеттесулерге катысатын энергия деңгейлері меншікті емес, себебі олар тек сыртқы магнит өрісінде пайда болады, бұл деңгейлер бөлшектердің химиялық құрылысына тәуелді.

Магнит резонанасты әдістердің физикалық негіздерін тұрақты магнит моменті бар бөлшектер (атомдар, молекулалар, иондар) кіретін жүйемен айнымалы электромагнит өрісінің энергиясын резонанасты жұту құрайды. Мүндай бөлшектер парамагнитті бөлшектер деп аталады. Эффект жүйенің сыртқы магнит өрісіндегі энергия деңгейлерінің азғындауы жойылғандықтан болатын бөлшектердің магнит моменттерінің кеңістікте әртүрлі бағытталу нәтижесінде байқалады.

Биологиялық белсенді заттар - организмнің қандай да бір қызметін атқаратын, арнайы жоғары әрекетті іске асыратын органикалық қосылыстар^[1]. Бұл заттарғаферменттер, гормондар, дәрумендер және т.б. заттар жатады. Ферменттер организм жасушаларының барлығында бар, олар күрделі химиялық реакциялардыыдыратуды тездетеді. Дәрумендер организмде және одан тыс көкөністер, жеміс-жидектердің т.б. құрамында бар. Дәрумендер - организмнің тіршілік қабілеті үшін қажетті заттар, олар адамның дене және ой еңбегін арттырады, оның өсуі мен дамуын, ауруға қарсы тұруын қамтамасыз етеді.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: