Analyse af molekylære strukturer mere detaljeret

Kemi og strukturel biologi bruger standardmetoderne for NMR-spektroskopi (NMR =nuklear magnetisk resonans) til at undersøge strukturen af ​​molekyler, herunder store molekyler som proteiner i opløsning. De NMR aktive kerner, såsom brintatomer, exciteres ved hjælp af radiofrekvensimpulser i spektrometre med stærke magnetfelter. De forskellige miljøer i kernerne kan detekteres, og konklusioner om molekylstrukturen kan drages ud fra analyse af de genererede spektre.

Med sådanne NMR-metoder kan strukturen af ​​diamagnetiske molekyler allerede studeres meget godt. I disse molekyler er elektronerne parret sammen, og deres NMR-spektre er ligetil at analysere, da signalerne normalt er skarpe og i særprægede områder i henhold til molekylets struktur. Imidlertid, med NMR-metoder er det vanskeligt at undersøge strukturen af ​​paramagnetiske forbindelser, som har uparrede elektroner. Disse omfatter, for eksempel, nogle medicinske kontrastmidler. De tiltrækkes af eksterne magnetfelter og forstyrrer målingerne. Kemikere ved Kiel University (CAU) er nu lykkedes med at udvikle en værktøjskasse af NMR-metoder, som bl.a. for første gang, muliggøre detaljeret strukturel analyse af paramagnetiske komplekser i opløsning. De demonstrerede for nylig de omfattende anvendelsesmuligheder for deres værktøjskasse inden for forskellige områder af kemi og videre i det anerkendte tidsskrift Angewandte Chemie .

Selv komplekse "molekylære bure" kan analyseres mere detaljeret end nogensinde før

"Antallet af egnede NMR-metoder til paramagnetiske komplekser har hidtil været begrænset. Strukturel information går typisk tabt, da signalerne er brede og i mindre forudsigelige områder, " forklarer Anna McConnell, Juniorprofessor ved Otto Diels Institut for Organisk Kemi ved CAU. Hun undersøger paramagnetiske "molekylære bure, " hvor flere molekyler selv samler sig til mere komplekse strukturer med et hulrum, der kan binde andre molekyler. Som et langsigtet mål, disse molekyler kunne være, for eksempel, medicinske stoffer, der transporteres og frigives til bestemte dele af kroppen. "Men til dette har vi først brug for mere information om strukturerne af disse paramagnetiske komplekser, " fortsætter McConnell.

Sammen med et forskerhold fra Institut for Organisk og Uorganisk Kemi, McConnell har udviklet forskellige NMR-metoder til pålideligt at opnå og fortolke NMR-data om paramagnetiske forbindelser. Brugt i kombination, metoderne i deres værktøjskasse giver et omfattende billede af sådanne molekylære strukturer. I nogle tilfælde, resultaterne er endnu bedre end dem med sammenlignelige standardmetoder for konventionelle diamagnetiske forbindelser, holdet fandt. "Dataindsamling for de paramagnetiske forbindelser var meget hurtigere, og i nogle tilfælde, vi opnåede den strukturelle information i et paramagnetisk eksperiment i stedet for flere eksperimenter for en diamagnetisk forbindelse, " sagde McConnell.

Brugsanvisningen gør det nemt at tilpasse til ethvert spektrometer

Forskerholdet udførte detaljerede undersøgelser af 500 og 600 MHz-spektrometrene i spektroskopiafdelingen på Otto Diels Institut for Organisk Kemi for at bestemme, hvordan man tilpasser standardeksperimenterne til analyse af de paramagnetiske komplekser. Med dette, de lavede en instruktionsmanual om, hvordan man anvender værktøjskassen på andre paramagnetiske komplekser og spektrometre. "Udviklingen af ​​disse paramagnetiske NMR-metoder er et stort gennembrud for vores daglige forskning, og vi håber, at de vil hjælpe andre forskere lige så meget som os, " sagde Marc Lehr, Ph.D. studerende i McConnells gruppe og første forfatter af papiret. Forskerholdet håber, at dette vil bidrage til anvendelsen af ​​disse metoder inden for forskellige områder af kemi og videre. I deres undersøgelse demonstrerede de værktøjskassens brede alsidighed for i det mindste områder fra koordinationskemi og spin-crossover-komplekser til supramolekylær kemi.

Som næste skridt, forskerholdet planlægger at anvende disse metoder til analyse af større og endnu mere komplekse paramagnetiske bure. "Molekylære bure, hvis strukturer kan ændres ved bestråling med lys, er et eksempel på et mere komplekst bur. Ved at bruge lysfølsomme bure vil vi muligvis kunne frigive gæstemolekylerne på en virkelig målrettet måde i fremtiden, " håber McConnell.