NMR-Spektrometer
Final Report Abstract
Die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) wird, ebenso wie die MR-Tomographie, in vielen wissenschaftlichen, technischen und biomedizinischen Studien verwendet. Seit der Inbetriebnahme im Februar 2011 wurden zahlreiche 1D- und 2D-NMR Spektren an dem NMR-Spektrometer aufgenommen. Diese dienten u.a. der Strukturaufklärung synthetisierter organischer Substrate, der Untersuchung von intermolekularen Wechselwirkungen, dem Nachweis der Markierung von Zellen mit 1 Kontrastmitteln sowie der Beobachtung von Reaktionsabläufen. Neben 1H wurden bisher NMR-Spektren der Heterokerne 11B, 13C, 15N, 19F und 31P aufgenommen. Den Schwerpunkt der an diesem Gerät durchgeführten Forschung bildete jedoch die Erforschung signalsteigernder Techniken, sogenannter Hyperpolarisationsmethoden, aus der bisher vier Publikationen hervorgegangen sind, die Bestandteil verschiedener DFG-Projektanträge sind/waren. In Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Neurobiologie, der TU Darmstadt und der Universität Bonn wird in unserem Labor die Parawasserstoffinduzierte Hyperpolarisation (PHIP) eingesetzt, um die MR-Signale von Heterokernen wie 13C und 19F stark zu erhöhen. Hieraus konnten wichtige Erkenntnisse für die Grundlagenforschung sowie für neue Anwendungen im Bereich der klinischen MR-Bildgebung gewonnen werden. So konnte erstmals im Jahre 2012 hyperpolarisiertes Ethanol vermessen werden, welches aus einer Hydrierung von Vinylacetat mit Parawasserstoff und anschließender alkalischer Hydrolyse dargestellt wurde. Es gelang die Aufklärung bisheriger Problemstellungen der Parawasserstoffinduzierten Hyperpolarisation (PHIP), wie z.B. die pH-Wert abhängige Hydrierung von ungeschützten Aminocarbonsäuren. Zu ihnen gehören die biologisch- und medizinisch bedeutsamen Substanzen Vigabatrin (Antiepileptikum), Allylglycin (ungesättigtes Aminosäurederivat) und GABA (Neurotransmitter). Diese Substanzen konnten erstmals in wässriger Lösung signalverstärkt detektiert werden. Im gleichen Jahr wurden neuartige Messergebnisse zur Signalverstärkung von semifluorierten langkettigen Kohlenwasserstoffen veröffentlicht. Diese Messdaten bildeten die Grundlage für das erste 19F MR-Bild, das mittels hyperpolarisiertem Perfluor(n-hexyl) ethen erzeugt wurde. Darüber hinaus wurde in diesen langkettigen Molekülen ein unerwarteter Transfer der Hyperpolarisation von 1H auf 19F nachgewiesen, der interessanterweise ein Maximum auf weit entfernten Molekülen aufzeigt. Ebenfalls wurden kürzlich in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Neurobiologie (Magdeburg) neue Messergebnisse zur parawasserstoffinduzierten Hyperpolarisation an Valproat (Anitepileptikum) und strukturähnlichen Verbindungen nachgewiesen. In dieser Studie lag der Schwerpunkt auf der Hyperpolarisation des NMR aktiven 13C-Kerns. Eine weitere Hyperpolarisationsmethode (CIDNP) konnte in einer Pilotinstallation realisiert werden. Erste Experimente zeigten eine erfolgreiche optisch induzierte Hyperpolarisation von 19F Kernen.
Publications
- Parahydrogen induced polarization in face of keto-enol tautomerism: proof of concept with hyperpolarized ethanol. Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 5601-5604
T. Trantzschel, J. Bernarding, M. Plaumann, D. Lego, T. Gutmann, T. Ratajczyk, S. Dillenberger, G. Buntkowsky, J. Bargon, U. Bommerich
- Application of Parahydrogen-Induced Polarization to Unprotected Dehydroamino Carboxylic Acids. Appl. Magn. Reson. 2013, 44, 267-278
T. Trantzschel, M. Plaumann, J. Bernarding, D. Lego, T. Ratajczyk, S. Dillenberger, G. Buntkowsky, J. Bargon, U. Bommerich
- Parahydrogen-Induced Polarization Transfer to 19F in Perfluorocarbons for 19F NMR and MRI. Chemistry – A European Journal 2013, 19, 6334-6339
M. Plaumann, U. Bommerich, T. Trantzschel, D. Lego, S. Dillenberger, G. Sauer, J. Bargon, G. Buntkowsky, J. Bernarding
- PHIP of carboxylic acids: A pilot study to hyperpolarize valproic acid and related structures. NMR in Biomedicine, 2014, 27, 810-816
D. Lego, M. Plaumann, T. Trantzschel, J. Bargon, H. Scheich, G. Buntkowsky, T. Gutmann, G. Sauer, J. Bernarding, U. Bommerich
(See online at https://doi.org/10.1002/nbm.3123)
