DEPTシーケンス

DEPT (Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer) シーケンスは、¹HからX核（通常は¹³Cまたは²⁹Si）への偏光移動、すなわち¹Hを励起し、X核からのNMR信号を観測することにより、通常の1次元NMRスペクトルに比べて信号強度を増加させることができます。また、RFパルスの持続時間（通常フリップ角と呼ばれる）と、パルス間の遅延時間（¹H-X核の J-カップリングに相関する）を変えることにより、核に結合した¹Hの数に依存する信号を区別するためにシーケンスを使用することができます。

¹³C{¹H} DEPTは、一般的に45°、90°、135°のフリップ角を使用し、CH₃、CH₂、CH、4級炭素を区別します。DEPT-45スペクトルでは、CH₃、CH₂、CHシグナルがすべて同じ位相で観測され、DEPT-90スペクトルでは、CHシグナルのみが観測され、DEPT-135スペクトルではCH₃、CH₂、CHシグナルが観測されますがCH₂シグナルとCH₃、CHシグナルは逆の位相であることが確認されます。標準的な¹³C{¹H}スペクトルと合わせて、異なるCHₓシグナルを区別することができます。

一方、²⁹Si{¹H}では DEPTでは、フリップ角と¹H-²⁹Si J-カップリング（¹JSiH ≈ 200 Hz, ²JSiH ≈ 10 Hz）を適切に選択することで、分子内の異なる ²⁹Si 環境を選択的に観測することが可能です。例えば、1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサンのDEPT-90スペクトルは、200 Hzの J-カップリングに相関した遅延を持つため、2つのSiHシリコン原子に対応する単一のピークしか示しません。一方、10 HzのJ-カップリングに相関する遅延を持つDEPT-24スペクトルは、1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン中の化学的にユニークなシリコン環境の両方であるSi(CH₃)₂環境に対応するピークのみを示すことになります。

²⁹Si{¹H} DEPT-24 & ベンゼン-d₆中の1,1,3,3,5,5-ヘキサメチルトリシロキサン の²⁹Si{¹H} DEPT-24 & DEPT-90 スペクトル

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DMSO-d₆中のキニーネの¹³C{¹H} DEPTスペクトル

パルス磁場勾配スピンエコーシーケンス

パルス磁場勾配スピンエコー (PGSE: Pulsed field Gradient Spin-Echo) シーケンスは、NMR分光法による拡散定数の測定に適した方法です。この実験では、パルス磁場勾配を利用したシーケンスが用いられ、勾配のパワーを上げると（X-Pulseでは0.25 T.m^-¹ 以上）、NMR信号が減衰します。

この効果から拡散定数をStejskal-Tanner式（E. O. Stejskal & J. E. Tanner, J. Chem. Phys., 1965, 42, 288-292）を用いて計算します。ここでは、さらに対象核の性質と勾配パルス間の遅延時間を考慮しています。

PGSEシーケンスは、X-Pulseのすべての核種に対応しており、¹H/¹⁹Fバージョンではオプションで J-コンペンセーションが可能で、得られるスペクトルの位相調整を容易にしてくれます。

アルキルカーボネート中のLi[PF₆]の ¹⁹F PGSE スペクトル

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カーボネート中のLi[PF₆]の ⁷Li PGSE スペクトル

InvRecシーケンス

スピン-格子緩和時間（T₁）の測定には、InvRec (Inversion Recovery) パルスシーケンスが使用されます。InvRecシーケンスは、2つのRFパルスを時間τで区切ったもので、τ の値が増加するにつれて一連のInvRecスペクトルを収集し、スペクトルの位相を同一にすることにより、各信号の位相が τ の増加に伴って反転し、これよりNMRスペクトル中の各信号についてT₁を算出することができます。

X-Pulseでは、対応するすべての核種についてInvRecシーケンスを利用することができます。

重水素化クロロホルム中のクロトン酸エチルの¹H InvRec スペクトル

CPMGシーケンス (Carr-Purcell-Meiboom-Gill)

このCPMGシーケンスは、その開発者の名前を冠した数少ないものの1つです。応用として、スピン-スピン緩和時間（T₂）の測定があります。データ収集前に遅延を増やして一連のスペクトルを収集し、遅延の増加に伴う各信号の減衰を測定することによって、各信号についてT₂を計算することができます。また、CPMGシーケンスは、例えば、高分子サンプル（一般的に短いT₂を持つ大きな分子）中の未反応モノマー（比較的長いT₂を持つ小さな分子）など、混合物内の長いT₂時間のシグナルを選択的に観察するために使用することができます。

X-Pulseでは、サポートされているすべての核種についてCPMGシーケンスが利用可能です。

重水素化クロロホルム中のクロトン酸エチルの¹H CPMG スペクトル

COSYシーケンス (Correlation Spectroscopy)

最初に開発された2次元NMR測定の一つであるCOSYは、現在、最も普及している実験の1つで、様々なバリエーションがあります。COSY実験から得られるスペクトルは、1つの同位体の周波数を両軸に示しています（分光器の構成によっては、同じチャンネルで観測された2つの異なる同位体のCOSYスペクトルを得ることも可能です）。対角線上のピークは標準的な1次元NMR実験のピークに対応し、対角線外のクロスピークは原子核のペア間の結合を示します（一般に1次元スペクトルでJ-カップリングが多重項として観測されれば、COSYスペクトルでも対応するクロスピークが観測されます）。

X-Pulseを用いて得られるCOSYスペクトルでは、¹H-¹H、¹⁹F-¹⁹F、¹H-¹⁹Fの相関を観測しています。

CDCl₃（重水素化クロロホルム）中の3-ジメチルアミノアクロレインの¹H-¹H gs-COSYスペクトル (+20℃)

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CDCl₃中の1-ブロモ-2,4,5-トリフルオロベンゼンと5-ブロモ-1,2,3-トリフルオロベンゼン混合物の¹⁹F-¹⁹F gs-COSYスペクトル

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CDCl₃中の1,4-ジフルオロ-2,5-ジメトキシベンゼンの¹H-¹⁹F gs-COSYスペクトル

TOCSYシーケンス (Total Correlation Spectroscopy)

COSYスペクトルでは直接結合（通常3結合）から生じるピークのみが示されるのに対し、TOSCYスペクトルでは直接結合と間接結合の両方が示されます。
例えば，Hᵃ，Hᵇ，Hᶜ，Hᵈとラベリングされた4つの水素原子を含む炭化水素鎖を考えてみます。ここで、HᵃはHᵇと結合し、さらにHᵇはHᶜと、HᶜはHᵈと結合しているものとします。COSYでは、(Hᵃ, Hᵇ)、(Hᵇ, Hᶜ)、(Hᶜ, Hᵈ) の位置のペアで、水素原子核間のクロスピークが見られると予想されます。一方、TOCSYでは、すべての核のペア、すなわち、(Hᵃ, Hᵇ)、(Hᵇ, Hᶜ)、(Hᶜ, Hᵈ)、(Hᵃ, Hᶜ)、(Hᵃ, Hᵈ)、(Hᵇ, Hᵈ) のクロスピークを示します。

したがって、3-ジメチルアミノアクロレインの¹H-¹H COSYでは、3結合の¹H-¹H相関に対応するクロスピークしか見られませんでしたが、同じサンプルのTOCSYスペクトルでは、直接（3結合）カップリングだけでなく、炭化水素バックボーンの間接（この場合は4結合）カップリングに対応するクロスピークも見られます。

CDCl₃（重水素化クロロホルム）中の3-ジメチルアミノアクロレインの¹H-¹H gs-TOCSYスペクトル (+20℃)

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CDCl₃中の3-メチルクロトン酸メチルの¹H-¹H gs-TOCSYスペクトル

HMBCシーケンス (Heteronuclear Multiple Bond Correlation)

HSQCが単結合を介した相関に対応するピークを示すのに対し、HMBCは 2 ～ 4 本の結合の間のより長い範囲の異核相関を検出し、分子の結合性に関する情報を得ることにより、未知の化合物の構造解明を可能にするものです。

HSQC 実験と同様に、¹H-¹³C HMBC 2次元スペクトルは、対応する標準的な¹³C{¹H} 1次元スペクトルを得るよりも短時間で得られる情報も多くなります。

ジメチルスルホキシド-D6中のイブプロフェンの¹H-¹³C gs-HMBCスペクトル

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CDCl₃（重水素化クロロホルム）中のゲムフィブロジルの¹H-¹³C gs-HMBCスペクトル

NOESYシーケンス (Nuclear Overhauser Enhancement Spectroscopy)

COSYとTOCSYのスペクトルがJ-カップリング（結合を介する相互作用）に起因する相関を示すのに対し、NOESYは核オーバーハウザー効果（空間を介する相互作用）を利用して空間的に近い原子核から生じるシグナルを識別することが可能となります。そのため、NOESYは、溶液中の分子の3次元的なコンフォメーションや立体化学を同定するのに適した方法です。

3-メチルクロトン酸メチルの場合、アルカンプロトンに十分に接近しているメチル基の一方だけがNOESYでクロスピークを観測するため、¹H-¹H NOESYスペクトルはシスとトランスのアルカン結合メチル基を区別するために使用できます（一方COSYとTOCSYでは、結合を介するJ-カップリングにより、両方のメチル基でアルカンプロトンにクロスピークが観測されます）。

CDCl₃（重水素化クロロホルム）中の3-メチルクロトン酸メチルの¹H-¹H gs-NOESYスペクトル

HSQC-MEシーケンス (Heteronuclear Single Quantum Coherence with Multiplicity Editing)

HSQCは、単結合で隔てられた2つのヘテロ原子(炭素、水素以外の原子)間の相関を検出し、¹Hと¹³Cのシグナルの相関をとるためにしばしば用いられ、それぞれの1次元スペクトルにおけるシグナルを補完します。X-Pulseでは、このHSQCはMultiplicity Edited(多重度編集)実験として拡張されています。これは、HSQC 2次元NMR測定とDEPT-135スペクトルから得られる炭素環境の性質に関する情報、すなわちCH₂から生じるシグナルはCH₃やCH（下のスペクトルにおけるそれぞれ水色と赤）から生じるシグナルと逆の位相を持つという情報を組み合わせたものになります。

HSQCでは、低い総合相対感度(Receptivity)の¹³Cではなく、高い総合相対感度の¹HのNMR信号を励起して観測するため、標準的な¹³C{¹H} 1次元スペクトルよりも¹H-¹³C HSQC 2次元スペクトルを早く得ることができる場合があります。

ジメチルスルホキシド-D6中のイブプロフェンの¹H-¹³C gs-HSQC-MEスペクトル

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CDCl₃（重水素化クロロホルム）中のゲムフィブロジルの¹H-¹³C gs-HSQC-MEスペクトル