Modern NMR methodologies for the measurement of homo- and heteronuclear coupling constants in small molecules

Abstract

La present tesis doctoral està basada en el desenvolupament de noves metodologies de RMN per la mesura de constants d’acoblament homo- i heteronuclears en molècules petites. La tesi es presenta com a compendi de publicacions d’articles de recerca que han estat publicats en diferents revistes científiques. El punt de partida està basat en l’experiència i coneixement previ del nostre grup de recerca en aquest camp. S’ha pres com a referència principal l’experiment selHSQMBC, al qual s’hi han implementat noves funcions per tal de dissenyar un conjunt de noves metodologies capaces de resoldre els principals problemes que afecten aquest tipus de mesures. En la majoria de casos s’ha utilitzat la metodologia IPAP per tal d’aconseguir una mesura més exacte. A la vegada, el patró E.COSY, així com el concepte de espectroscòpia J-resolt, s’han implementat conjuntament amb la metodologia IPAP per tal d’obtenir una mesura simultània de diferents constants d’acoblament en un sol experiment de RMN. Tanmateix, també es descriuen nous avenços en la mesura de constants d’acoblament protó-carboni a un enllaç, així com constants d’acoblament protó-protó a dos enllaços en grups metilens diastereotòpics. Cada nou experiment s’analitza des d’un punt de vista metodològic alhora que s’avalua la seva aplicabilitat. La tesi s’ha dividit en cinc apartats. En el primer d’ells es fa una introducció general per situar el lector. Al segon capítol es descriuen els objectius principals. El tercer capítol, i més rellevant, conté les diferents publicacions presentades com a resultats i discussió. El quart capítol conté dos apèndixs diferents que no s’han pogut incloure com a publicacions degut a que encara es troben en preparació. Finalment, l’últim capítol conté les conclusions generals del treball.

The present doctoral thesis is focused on the development of modern NMR methodologies for the measurement of homo- and heteronuclear coupling constants in small molecules. The thesis is presented as a compendium of publications that have been published in different scientific journals as original research papers. The starting point was the previous experience and knowledge of our research group. Taking as a reference the selHSQMBC experiment, several new features have been implemented in order to design a complete set of different methodologies that allow us to overcome some of the most typical drawbacks regarding such measurements. In most of the cases the IPAP methodology is used to achieve an accurate measurement. A spin-state selective technique like the E.COSY pattern, as well as the concept of J-resolved spectroscopy, are implemented in conjunction with the IPAP methodology to obtain simultaneous measurement of several coupling constants in a single-shot NMR experiment. Moreover, advances in the measurement of one-bond proton-carbon and germinal proton-proton coupling constants in diastereotopic methylene groups are also presented. Each new experiment is theoretically discussed from a methodological point of view and an assessment on its application is also performed. The thesis is divided in five chapters. In the first one a general introduction is presented in order to situate the reader. In the second chapter main objectives of the thesis are described. The third section is the main chapter which collects all the publications presented as results and discussion. The fourth chapter contains two different appendixes with the results that could not be included as original research papers because they are still in preparation. Finally, last chapter contains general conclusions of the work.