La química y la biología estructural utilizan los métodos estándar de espectroscopia de RMN (RMN =resonancia magnética nuclear) para examinar la estructura de moléculas, incluidas moléculas grandes como proteínas en solución. Los núcleos activos de RMN, como los átomos de hidrógeno, se excitan usando pulsos de radiofrecuencia en espectrómetros con fuertes campos magnéticos. Se pueden detectar los diferentes entornos de los núcleos y se pueden extraer conclusiones sobre la estructura molecular a partir del análisis de los espectros generados.

Con tales métodos de RMN, la estructura de las moléculas diamagnéticas ya se puede estudiar muy bien. En estas moléculas, los electrones están emparejados y sus espectros de RMN son fáciles de analizar, ya que las señales suelen ser nítidas y en regiones distintivas de acuerdo con la estructura de la molécula. Sin embargo, con los métodos de RMN es difícil investigar la estructura de los compuestos paramagnéticos, que tienen electrones desapareados. Éstos incluyen, por ejemplo, algunos agentes de contraste médicos. Se sienten atraídos por campos magnéticos externos e interfieren con las mediciones. Los químicos de la Universidad de Kiel (CAU) han logrado desarrollar una caja de herramientas de métodos de RMN que, por primera vez, permiten un análisis estructural detallado de complejos paramagnéticos en solución. Recientemente demostraron las amplias posibilidades de aplicación de su caja de herramientas en varios campos de la química y más allá en la reconocida revista. Angewandte Chemie .

Incluso las "jaulas moleculares" complejas se pueden analizar con más detalle que nunca.

"El número de métodos de RMN adecuados para complejos paramagnéticos ha sido limitado hasta ahora. La información estructural generalmente se pierde porque las señales son amplias y en regiones menos predecibles, "explica Anna McConnell, Profesor Júnior del Instituto Otto Diels de Química Orgánica de la CAU. Ella está investigando jaulas moleculares paramagnéticas, "donde varias moléculas se autoensamblan en estructuras más complejas con una cavidad que puede unirse a otras moléculas. Como objetivo a largo plazo, estas moléculas podrían ser, por ejemplo, Sustancias medicinales que se transportan y liberan en determinadas partes del cuerpo. "Pero para esto primero necesitamos más información sobre las estructuras de estos complejos paramagnéticos, "Continúa McConnell.

Junto con un equipo de investigación de los Institutos de Química Orgánica e Inorgánica, McConnell ha desarrollado varios métodos de RMN para obtener e interpretar de forma fiable datos de RMN sobre compuestos paramagnéticos. Usado en combinación, los métodos de su caja de herramientas proporcionan una imagen completa de tales estructuras moleculares. En algunos casos, los resultados son incluso mejores que aquellos con métodos estándar comparables para compuestos diamagnéticos convencionales, el equipo encontró. "La adquisición de datos para los compuestos paramagnéticos fue mucho más rápida y, en algunos casos, obtuvimos la información estructural en un experimento paramagnético en lugar de varios experimentos para un compuesto diamagnético, "dijo McConnell.

El manual de instrucciones permite una fácil adaptación a cualquier espectrómetro.

El equipo de investigación llevó a cabo investigaciones detalladas en los espectrómetros de 500 y 600 MHz en el departamento de espectroscopia del Instituto Otto Diels de Química Orgánica para determinar cómo adaptar los experimentos estándar para el análisis de los complejos paramagnéticos. Con este, produjeron un manual de instrucciones sobre cómo aplicar la caja de herramientas a otros espectrómetros y complejos paramagnéticos. "El desarrollo de estos métodos de RMN paramagnéticos es un gran avance para nuestra investigación diaria y tenemos la esperanza de que ayudarán a otros investigadores tanto como a nosotros". "dijo Marc Lehr, Doctor. estudiante del grupo de McConnell y primer autor del artículo. El equipo de investigación espera que esto contribuya a la aplicación de estos métodos en diferentes áreas de la química y más allá. En su estudio, demostraron la amplia versatilidad de la caja de herramientas para al menos campos desde la química de coordinación y los complejos de cruce de espín hasta la química supramolecular.

Como siguiente paso, el equipo de investigación planea aplicar estos métodos al análisis de jaulas paramagnéticas más grandes e incluso más complejas. "Las jaulas moleculares cuyas estructuras se pueden cambiar mediante la irradiación con luz son un ejemplo de una jaula más compleja. Usando jaulas sensibles a la luz podríamos liberar las moléculas huésped de una manera verdaderamente específica en el futuro, McConnell espera.