Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — мощный инструмент, который широко используется во многих научных областях: от аналитической химии до медицинской диагностики. Однако, несмотря на его широкое распространение, все еще существуют области, в которых этот весьма информативный метод не может быть использован из-за его низкой чувствительности.
Поэтому прилагается много усилий для повышения его чувствительности. Одним из методов, способных усиливать сигналы ЯМР, является метод, называемый поляризацией, индуцированной параводородом, который использует уникальное свойство одного из изомеров молекулы водорода называемый параводородом, который может индуцировать сильные сигналы ЯМР в других молекулах, в том числе биологически значимых.
Недавно исследователи из Института физической химии Польской академии наук (IPC PAS) углубились в загадку судьбы молекул параводорода, связанную с гиперполяризацией, и заметили, что молекулы параводорода могут превращаться в ортоводород, обладающий необычным ЯМР. сигнал. Представленные здесь исследования являются шагом вперед в изучении изомеров водорода.
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) позволяет анализировать структуру даже очень сложных молекул. Ее основы основаны на исследовании поведения магнитных свойств ядер, свойства которых проявляются в виде магнитных моментов ядер атомов в присутствии сильного магнитного поля.
Однако это взаимодействие слабое, поэтому его исследование очень сложно и требует дорогостоящего научного оборудования. Короче говоря, ЯМР — очень нечувствительный метод.
Поэтому исследователи пытаются повысить чувствительность ЯМР, и один из наиболее привлекательных методов достижения этой цели использует уникальные свойства молекул водорода. Эта молекула может существовать в двух формах: ортоводородной (o-H2), с двумя спинами, ориентированными в одном направлении, и параводородной (p-H< a i=3>2), с двумя спинами, ориентированными в противоположном направлении.
Уникальность молекул параводорода заключается в том, что их спиновая ориентация при определенных условиях может быть использована для усиления сигнала ЯМР в других молекулах. Эти особые условия могут быть достигнуты с помощью протоколов, в которых параводород взаимодействует с другими молекулами, и это взаимодействие опосредовано катализатором.
Из-за этого взаимодействия сигнал ЯМР во взаимодействующих молекулах усиливается. Однако в ходе этого взаимодействия спины p-H2 переориентируются, а спины o-H2 создан. В некоторых случаях это преобразование может привести к созданию очень специфической молекулы ортоводорода, сигнал которой при обнаружении методом ЯМР проявляется в виде частично отрицательной линии (ПНЛ).
Несмотря на несколько сообщений в литературе, в которых упоминается запись ПНЛ, ее природа остается необъяснимой и широко рассматривается как артефакт, требующий более глубокого исследования.
Недавно исследователи из Института физической химии Польской академии наук под руководством профессора Томаша Ратайчика в сотрудничестве с исследователями из Института физической химии Технического университета Дармштадта и химического факультета Варшавского университета, сосредоточились на этой проблеме и изобрели простую процедуру, которую можно использовать для генерации сигналов PNL.
Они обнаружили, что PNL может быть инициирован в SABER при использовании простых лигандов, таких как пиридин (Py) и диметилсульфоксид (ДМСО), и это можно сделать с помощью простых комплексов N-гетероциклического карбена (NHC) на основе иридия. используются в качестве катализаторов. Эксперименты проводились в трех меченных дейтерием растворителях: метанол-d4, ацетон-< a i=4>d6 и бензол-d6.
В своей работе описанной в Angewandte Chemie International Edition, они сосредоточились на определении условий, необходимых для генерации ПНЛ, предложив гипотезу о возникновении такого эффекта как прелюдию к дальнейшим механистическим исследованиям ПНЛ.
«Мы решили внимательно изучить взаимодействие между процессами активации и возникновением ПНЛ, чтобы выдвинуть гипотезу, какие временные виды могут быть потенциально связаны с необычными сигналами ПНЛ», — сказал он. говорит профессор Томаш Ратайчик
Они зарегистрировали сигнал ПНЛ в процессе активации катализатора, где гиперполяризация лигандов возрастала, а интенсивность сигнала ПНЛ возрастала, достигая максимума, а затем снижаясь. Исследователи обнаружили, что появление ПНЛ связано с химическими процессами, происходящими при активации предкатализатора. Используя несколько растворителей, они также обнаружили, что ПНЛ можно наблюдать лучше, когда процесс активации медленнее.
Представленные исследования определили конкретные условия, необходимые для легкой индукции эффекта ПНЛ с использованием общей гиперполяризации по протоколу SABER для простых молекул, таких как Py или ДМСО, а также условий без каких-либо лигандов.
Они также обнаружили интересную связь между интенсивностью PNL и гиперполяризацией SABER Py и ДМСО. Замечено, что эффект присутствует только на начальной стадии гиперполяризации и затухает по мере повышения эффективности гиперполяризации.
Необычный и необычный сигнал во время исследований ЯМР может стать ключевым моментом исследования, который можно использовать для изучения ранее неизвестных механизмов гиперполяризации.
Профессор Томаш Ратайчик добавляет: «Мы также заметили интересную корреляцию между силой эффекта PNL и эффективностью гиперполяризации SABER Py и ДМСО. Точнее, эффект ПНЛ присутствует только на стадии активации, т. е. когда гиперполяризация в образце действует не в полной мере».
«Понимание условий, в которых эффект PNL может наблюдаться воспроизводимым образом, будет способствовать более глубокому пониманию основных аспектов механизмов SABER, которые имеют решающее значение для эффективной гиперполяризации биорелевантных систем».
Водород является одной из наиболее широко изученных молекул, благодаря чему его химия хорошо изучена. Его можно использовать для изучения многих соединений, что делает его мощным инструментом в исследовании многих механизмов и находит применение даже в биомедицине.
Тем не менее, некоторые аспекты химии водорода до сих пор остаются загадкой, а его свойства могут быть весьма удивительными. Результаты, связанные с его использованием в гиперполяризации в ЯМР, которые были обнаружены исследователями из IPC PAS, все еще требуют дальнейшего изучения, чтобы определить механизмы, лежащие в основе сигнала PNL. Результаты ясно показывают, как важно сохранять любопытство даже в отношении некоторых вещей, которые, по-видимому, хорошо понятны.