La chimica e la biologia strutturale utilizzano i metodi standard della spettroscopia NMR (NMR =risonanza magnetica nucleare) per esaminare la struttura delle molecole comprese le grandi molecole come le proteine ​​in soluzione. I nuclei attivi NMR, come atomi di idrogeno, vengono eccitati mediante impulsi a radiofrequenza in spettrometri con forti campi magnetici. È possibile rilevare i diversi ambienti dei nuclei e trarre conclusioni sulla struttura molecolare dall'analisi degli spettri generati.

Con tali metodi NMR la struttura delle molecole diamagnetiche può già essere studiata molto bene. In queste molecole gli elettroni sono accoppiati tra loro e i loro spettri NMR sono semplici da analizzare poiché i segnali sono solitamente nitidi e in regioni distinte in base alla struttura della molecola. Però, con i metodi NMR è difficile studiare la struttura dei composti paramagnetici, che hanno elettroni spaiati. Questi includono, Per esempio, alcuni mezzi di contrasto medici. Sono attratti da campi magnetici esterni e interferiscono con le misurazioni. I chimici della Kiel University (CAU) sono ora riusciti a sviluppare una cassetta degli attrezzi di metodi NMR che, per la prima volta, consentire un'analisi strutturale dettagliata dei complessi paramagnetici in soluzione. Hanno recentemente dimostrato le ampie possibilità di applicazione della loro cassetta degli attrezzi in vari campi della chimica e oltre nella rinomata rivista Angewandte Chemie .

Anche le "gabbie molecolari" complesse possono essere analizzate in modo più dettagliato che mai

"Finora il numero di metodi NMR adatti per i complessi paramagnetici è stato limitato. Le informazioni strutturali in genere vengono perse poiché i segnali sono ampi e in regioni meno prevedibili, " spiega Anna McConnell, Professore junior presso l'Istituto di chimica organica Otto Diels della CAU. Sta indagando sulle "gabbie molecolari" paramagnetiche, " dove diverse molecole si autoassemblano in strutture più complesse con una cavità che può legare altre molecole. Come obiettivo a lungo termine, queste molecole potrebbero essere Per esempio, sostanze medicinali che vengono trasportate e rilasciate in particolari parti del corpo. "Ma per questo abbiamo prima bisogno di maggiori informazioni sulle strutture di questi complessi paramagnetici, "Continua McConnell.

Insieme a un gruppo di ricerca degli Istituti di chimica organica e inorganica, McConnell ha sviluppato vari metodi NMR per ottenere e interpretare in modo affidabile i dati NMR sui composti paramagnetici. Usato in combinazione, i metodi della loro cassetta degli attrezzi forniscono un quadro completo di tali strutture molecolari. In alcuni casi, i risultati sono persino migliori di quelli con metodi standard comparabili per composti diamagnetici convenzionali, la squadra ha trovato. "L'acquisizione dei dati per i composti paramagnetici è stata molto più veloce e, in alcuni casi, abbiamo ottenuto le informazioni strutturali in un esperimento paramagnetico invece di diversi esperimenti per un composto diamagnetico, " ha detto McConnell.

Il manuale di istruzioni consente un facile adattamento a qualsiasi spettrometro

Il team di ricerca ha svolto indagini dettagliate sugli spettrometri a 500 e 600 MHz nel dipartimento di spettroscopia dell'Istituto di chimica organica Otto Diels per determinare come adattare gli esperimenti standard per l'analisi dei complessi paramagnetici. Con questo, hanno prodotto un manuale di istruzioni su come applicare la cassetta degli attrezzi ad altri complessi paramagnetici e spettrometri. "Lo sviluppo di questi metodi NMR paramagnetici è un grande passo avanti per la nostra ricerca quotidiana e siamo fiduciosi che aiuteranno altri ricercatori tanto quanto noi, " ha detto Marc Lehr, dottorato di ricerca studente del gruppo di McConnell e primo autore dell'articolo. Il team di ricerca spera che ciò contribuirà all'applicazione di questi metodi in diverse aree della chimica e oltre. Nel loro studio hanno dimostrato l'ampia versatilità della cassetta degli attrezzi per almeno campi dalla chimica di coordinazione e complessi spin-crossover alla chimica supramolecolare.

Come passo successivo, il team di ricerca prevede di applicare questi metodi all'analisi di gabbie paramagnetiche più grandi e ancora più complesse. "Le gabbie molecolari le cui strutture possono essere modificate dall'irradiazione con la luce sono un esempio di una gabbia più complessa. Utilizzando gabbie sensibili alla luce potremmo essere in grado di rilasciare le molecole ospiti in modo veramente mirato in futuro, " McConnell spera.