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Química

आयन गतिशीलता-मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करते हुए नी (द्वितीय) और जेडएन (द्वितीय) टर्नरी कॉम्प्लेक्स के थर्मोकेमिकल अध्ययन

Published: June 08, 2022
doi:
10.3791/63722
, , , , , ,
1Department of Chemistry,Texas A&M University-Commerce, 2Laboratoire de Chimie Théorique,Sorbonne Université

Summary

यह लेख इलेक्ट्रोस्प्रे-आयन गतिशीलता-मास स्पेक्ट्रोमेट्री, अर्ध-अनुभवजन्य क्वांटम गणना, और ऊर्जा-हल थ्रेसहोल्ड टकराव-प्रेरित पृथक्करण का उपयोग करके एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है ताकि संबंधित टर्नरी धातु परिसरों के पृथक्करण के सापेक्ष थर्मोकेमिस्ट्री को मापा जा सके।

Abstract

यह लेख इलेक्ट्रोस्प्रे-आयन गतिशीलता-मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ईएस-आईएम-एमएस) और ऊर्जा-हल थ्रेसहोल्ड टकराव-प्रेरित पृथक्करण (टीसीआईडी) का उपयोग करके एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है ताकि नकारात्मक चार्ज [एएमबी + एम (द्वितीय) + एनटीए] के पृथक्करण के थर्मोकेमिस्ट्री को मापने के लिए – टर्नरी कॉम्प्लेक्स दो उत्पाद चैनलों में: [एएमबी + एम (द्वितीय)] + एनटीए या [एनटीए + एम (द्वितीय)]  + एएमबी, जहां एम = जेडएन या नी और एनटीए नाइट्रिलोट्रिएसेटिक एसिड है। परिसरों में प्राथमिक संरचनाओं एसिटाइल-हिज़1-सिस 2-ग्ली 3-प्रो 4-टायर 5-हिज़ 6-सिस 7 या एसिटाइल-एएसपी1-सिस 2-ग्ली 3-प्रो 4-टायर 5-हिज 6-सिस 7 के साथ वैकल्पिक धातु बाध्यकारी (एएमबी) हेप्टापेप्टाइड्स में से एक होता है, जहां अमीनो एसिड एए1,2,6,7 स्थिति संभावित धातु-बाध्यकारी साइटें हैं। टर्नरी कॉम्प्लेक्स और उनके उत्पादों के ज्यामिति-अनुकूलित स्थिर राज्यों को क्वांटम रसायन विज्ञान गणना (वर्तमान में पीएम 6 अर्ध-अनुभवजन्य हैमिल्टनियन) से उनकी इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा और उनके टकराव क्रॉस-सेक्शन (सीसीएस) की तुलना ईएस-आईएम-एमएस द्वारा मापा गया था। पीएम 6 आवृत्ति गणना से, टर्नरी कॉम्प्लेक्स और उसके उत्पादों के आणविक पैरामीटर एक प्रतिस्पर्धी टीसीआईडी विधि का उपयोग करके दो उत्पाद चैनलों की ऊर्जा-निर्भर तीव्रता को मॉडल करते हैं ताकि प्रतिक्रियाओं की दहलीज ऊर्जा निर्धारित की जा सके जो पृथक्करण के 0 के थैलेपीज (Δएच0) से संबंधित हैं। पीएम 6 घूर्णी और कंपन आवृत्तियों का उपयोग करके सांख्यिकीय यांत्रिकी थर्मल और एन्ट्रापी सुधार पृथक्करण के 298 के थैलेपीज़ (ΔH298) प्रदान करते हैं। ये विधियां एक ईआई-आईएम-एमएस दिनचर्या का वर्णन करती हैं जो टर्नरी धातु आयन परिसरों की एक श्रृंखला के लिए थर्मोकेमिस्ट्री और संतुलन स्थिरांक निर्धारित कर सकती हैं।

Introduction

यह अध्ययन व्यावसायिक रूप से उपलब्ध आयन गतिशीलता-द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके एक नई तकनीक का वर्णन करता है जो वैकल्पिक धातु बाध्यकारी (एएमबी) टर्नरी धातु परिसर [एएमबी + एम (द्वितीय) + एनटीए] के पृथक्करण के लिए सापेक्ष थर्मोकेमिस्ट्री के निर्धारण की अनुमति देता है, जहां एम = जेडएन या नी और एनटीए = नाइट्रिलोट्रिसेटिक एसिड (चित्रा 1)। ये प्रतिक्रियाएं स्थिर धातु आत्मीयता क्रोमैटोग्राफी (आईएमएसी) 1,2 के दौरान एनटीए-स्थिर धातु से जुड़े एम्ब-टैग किए गए पुनः संयोजक प्रोटीन के पृथक्करण को मॉडल करती हैं। एक उदाहरण के रूप में, इस विधि को एएमबी ए और एच (चित्रा 2) के एएमबी हेप्टापेप्टाइड टैग का उपयोग करके वर्णित किया गया है (पिछले अध्ययनों से चुना गया 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ) जो जेडएन (द्वितीय) और नी (द्वितीय) -बाध्यकारी गुणों को प्रदर्शित करते हैं और इस प्रकार, शुद्धिकरण टैग के रूप में संभावित अनुप्रयोग हैं। हालांकि, वर्णित प्रक्रिया का उपयोग किसी भी ऑर्गेनोमेटेलिक प्रणाली में थर्मोकेमिकल ऊर्जा का मूल्यांकन करने के लिए किया जा सकता है। इन एम्ब पेप्टाइड्स में एए1-एए 2 और एए6-एए 7 पदों में धातु-बाध्यकारी साइटें हैं जो एनटीए के कार्बोक्सिलेट और अमाइन साइटों के साथ प्रतिस्पर्धा करती हैं। तीन केंद्रीय एम्ब अमीनो एसिड एक स्पेसर (ग्लाई 3), दो हथियारों (प्रो 4) के लिए काज, औरएक लंबी दूरी की π-धातु उद्धरण बातचीत (टायर5) प्रदान करते हैं।

[एएमबी + एम (द्वितीय) + एनटीए] – परिसरों की समग्र 1− चार्ज स्थिति उनके संभावित बाध्यकारी साइटों के प्रोटोनेशन राज्य द्वारा निर्धारित की जाती है। चूंकि 2+ ऑक्सीकरण अवस्था के साथ नी (द्वितीय) या जेडएन (द्वितीय) है, इसलिए तीन डिप्रोटोनेटेड नकारात्मक रूप से चार्ज की गई साइटों का एक जाल होना चाहिए। [एएमबी + एम (द्वितीय) + एनटीए] – परिसरों के आणविक मॉडलिंग की भविष्यवाणी है कि ये एनटीए से दो प्रोटॉन और एएमबी से एक प्रोटॉन हैं (यानी, [एएमबी-एच + एम (द्वितीय) + एनटीए -2 एच]–)। उत्पाद चैनलों में एक आयनिक प्रजाति और एक तटस्थ प्रजाति (यानी, [एनटीए -3 एच + एम (द्वितीय)]– + एएमबी या [एएमबी -3 एच + एम (द्वितीय)]- + एनटीए) शामिल हैं। पांडुलिपि में, परिसरों के नाम में “-3 एच” को बाहर रखा गया है, लेकिन पाठक को पता होना चाहिए कि -3 एच निहित है। उपकरण दो आयनिक द्रव्यमान-से-चार्ज (एम / जेड) प्रजातियों की सापेक्ष तीव्रता को मापता है। ईएस-आईएम-एमएस विश्लेषण की एक प्रमुख विशेषता यह है कि यह एक विशिष्ट एम / जेड प्रजातियों की प्रतिक्रियाशीलता की परीक्षा की अनुमति देता है, जैसा कि यहां और पिछले एएमबी अध्ययनों में उपयोग किया जाता है 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12।

टकराव-प्रेरित पृथक्करण का उपयोग करके बड़े परिसरों के लिए थर्मोकेमिकल डेटा प्राप्त करना महत्वपूर्ण रुचि13,14 का विषय है। गतिज विधि सहित पद्धतियां ऊर्जा की एक श्रृंखला पर डेटा फिट करने के लिए अनुकूल नहीं हैं, न ही वे बहु-टकराव वातावरण 15,16,17,18 के लिए जिम्मेदार हैं। यहां, आर्मेंट्राउट, इरविन और रॉजर्स द्वारा निर्देशित आयन बीम अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करके विकसित थ्रेसहोल्ड सीआईडी (टीसीआईडी) विधि को यात्रा-तरंग आयन गाइड का उपयोग करके एक नए ईएस-आईएम-एमएस इंस्ट्रूमेंट प्लेटफॉर्म पर19 लागू किया जाता है। टीसीआईडी विधि अपने दो उत्पाद चैनलों में टर्नरी कॉम्प्लेक्स के पृथक्करण के सापेक्ष थर्मोकेमिकल विश्लेषण की अनुमति देती है और इसमें अभिकारक की ट्रांसलेशनल ऊर्जा (इस शोध में टर्नरी कॉम्प्लेक्स) और एक निष्क्रिय लक्ष्य गैस (इस मामले में आर्गन) के बीच टकराव ऊर्जा के हस्तांतरण का वर्णन करने वाला एक थ्रेशोल्ड कानून शामिल है। विधि में अभिकारक के आंतरिक ऊर्जा वितरण20 पर एकीकरण, अभिकारक और लक्ष्य गैस21 के बीच अनुवादक ऊर्जा वितरण और कुल कोणीय गति वितरण22,23 शामिल हैं। उत्पादों के अवलोकन के लिए सीमित समय खिड़की के परिणामस्वरूप गतिज बदलावों के पृथक्करण संभावना और सांख्यिकीय राइस-रैमस्पर्गर-कासेल-मार्कस (आरआरकेएम)सुधार शामिल हैं। दो स्वतंत्र उत्पाद चैनलों के लिए, प्रतिस्पर्धी टीसीआईडी विधि दो प्रतिस्पर्धी उत्पाद चैनलों की एक साथ फिटिंग की अनुमति देती है। परिसर का पृथक्करण एक परिक्रमा संक्रमण अवस्था के माध्यम से होता है, जिसमें उत्पादों के गुण होते हैं लेकिन लॉक-द्विध्रुवीय25 द्वारा एक साथ रखा जाता है। टीसीआईडी विधि को क्रंच प्रोग्राम26 में शामिल किया गया है, और उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस के संचालन को टर्नरी [एएमबी + एम (द्वितीय) + एनटीए] – परिसरों के दो पृथक्करण चैनलों के थर्मोकेमिस्ट्री का मूल्यांकन करने के लिए यहां वर्णित किया गया है। क्रंच कार्यक्रम डेवलपर्स26 के अनुरोध पर उपलब्ध है।

Protocol

नोट: चित्रा 1 प्रोटोकॉल का अवलोकन दिखाता है। 1. अभिकर्मकों की तैयारी फ्रीज-सूखे एम्ब पेप्टाइड्स (>98% शुद्धता) खरीदें और उन्हें -80 डिग्री सेल्सियस फ्रीजर में स्टोर करें। …

Representative Results

[एएमबी + एम (द्वितीय) + एनटीए] के प्रतिस्पर्धी टकराव-प्रेरित पृथक्करण – ए और एच के टर्नरी कॉम्प्लेक्स [एएमबी + एम (द्वितीय)]- + एनटीए या [एनटीए + एम (द्वितीय)] – + एएमबी, चित्रा 3 म…

Discussion

महत्वपूर्ण कदम
ईएस-आईएम-एमएस थ्रेसहोल्ड टकराव-प्रेरित पृथक्करण (टीसीआईडी) विश्लेषण करता है। टीसीआईडी ने टकराव सेल के रूप में आर्गन की उपस्थिति में स्थानांतरण टी-तरंग सेल का उपयोग किया। …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

यह सामग्री 1764436, एनएसएफ आरईयू कार्यक्रम (सीएचई -1659852), एनएसएफ इंस्ट्रूमेंट सपोर्ट (एमआरआई -0821247), सफलता के लिए भौतिकी और खगोल विज्ञान छात्रवृत्ति (पास) एनएसएफ परियोजना (1643567), वेल्च फाउंडेशन (टी -0014), और ऊर्जा विभाग (टीएक्स-डब्ल्यू -20090427-000) से कंप्यूटिंग संसाधनों के तहत राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित काम पर आधारित है। लेखक क्रंच कार्यक्रम साझा करने और पीबीए से फिटिंग पर सलाह के लिए केंट एम इरविन (नेवादा विश्वविद्यालय – रेनो) और पीटर बी आर्मेंट्राउट (यूटा विश्वविद्यालय) को धन्यवाद देते हैं। लेखकों ने सिग्मा कार्यक्रम साझा करने के लिए कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय – सांता बारबरा में माइकल टी बोवर के समूह को धन्यवाद दिया।

Materials

Acetonitrile HPLC-grade Fisher Scientific (www.Fishersci.com) A998SK-4
Alternative metal binding (amb) peptides PepmicCo (www.pepmic.com) designed peptides were synthized by order
Ammonium acetate (ultrapure) VWR 97061-014
Ammonium hydroxide (trace metal grade) Fisher Scientific (www.Fishersci.com) A512-P500
Driftscope 2.1 software program Waters (www.waters.com) software analysis program
Gaussian 09 Gaussian Electronic Structure Modeling Software
GaussView Gaussian Graphical Interface to Visualize Computations
Glacial acetic acid (Optima grade) Fisher Scientific (www.Fishersci.com) A465-250
Ion-scaled Lennard-Jones (LJ) method Sigma Michael T. Bowers’ group of University of California at Santa Barbara
MassLynx 4.1 Waters (www.waters.com) software analysis program
Microcentrifuge Tubes VWR 87003-294 1.7 mL, polypropylene
Microcentrifuge Tubes VWR 87003-298 2.0 mL, polypropylene
Ni(II) nitrate hexahydrate (99% purity) Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com) A15540
Poly-DL-alanine Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com) P9003-25MG
Waters Synapt G1 HDMS Waters (www.waters.com)  quadrupole – ion mobility- time-of-flight mass spectrometer
Zn(II) nitrate hexahydrate (99%+ purity) Alfa Aesar (www.alfa.com) 12313
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Referências

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Keywords: Ion Mobility-mass SpectrometryTernary ComplexesThermochemistryMolecular ModelingReaction DynamicsRecombinant Protein PurificationMetal ChelationNitrilotriacetic AcidCollision-induced DissociationCollision Cross-section
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Citar este artigo
Corrales, A. J., Arredondo, A. V., Flores, A. A., Duvak, C. L., Mitchell, C. L., Spezia, R., Angel, L. A. Thermochemical Studies of Ni(II) and Zn(II) Ternary Complexes Using Ion Mobility-Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (184), e63722, doi:10.3791/63722 (2022).
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