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Projekt
Elektronenspinresonanz-Spektrometer für Rapid-Scan, Freeze-Quench und kinetische Messungen
Fachliche Zuordnung
Biologische Chemie und Lebensmittelchemie
Förderung
Förderung in 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500203554
In unserer interdisziplinären, mechanistisch-synthetischen Forschung, die den Weg ebnet zur Kontrolle von Redoxprozessen (Elektronentransfer) in lebenden Systemen, biomimetischer Katalyse und chemischer Energieumwandlung, sind fast alle untersuchten Verbindungen und ihre katalytischen und stöchiometrischen Reaktionen paramagnetisch oder verursachen die Bildung/den Zerfall von paramagnetischen Spezies. Folglich ist die Anwendung von Elektronenspinresonanz (ESR) als eine direkte und nicht-invasive Technik essenziell, um interessante Verbindungen (Komplexe mit redoxaktiven Metallzentren und/oder Liganden und freie Radikale wie Superoxid, Stickstoffmonoxid, Hydroxyl-Radikal usw.) zu charakterisieren und die Mechanismen ihrer Umsetzung aufzuklären. Besonders wichtig ist dies für kinetische Studien, das Einfangen/Charakterisieren von reaktiven Intermediaten und die Echtzeitbeobachtung von schnellen (katalytischen) Prozessen, wenn UV/Vis und NMR Methoden an ihre Grenzen stoßen; was oft der Fall ist in den von uns untersuchten Prozessen, die paramagnetische Reaktionsgemische (z.B. wenn Reaktanden, Intermediate und Produkte alle paramagnetisch sind) und zwei oder mehr parallel ablaufende (katalytische) Reaktionen beinhalten. Daher erfordert die Natur unserer Forschung ein recht unkonventionelles ESR Gerät, das Rapid-Scan- (RS), Freeze-Quench- (FQ) und Stopped-Flow-Messungen (SF) erlaubt (RS/FQ/SF-ESR). Solch ein multifunktionales Hochleistungs-ESR, das schnelle Mischung und Messung erlaubt, existiert nicht an der LMU und unseres Wissens nicht einmal in Deutschland. Für die Ziele unseres kinetisch/mechanistischen Ansatzes sollte das erforderliche ESR Gerät, abgesehen von den Standard ESR Messungen (CW, X-band), die folgenden Bedingungen erfüllen: (i) mit Q-band Mikrowellen arbeiten, (ii) zwei Kühlsysteme mit flüssigem He und N2 verwenden, (iii) FQ-Experimente ermöglichen, um kurzlebige radikale Intermediate zu fangen und zu charakterisieren, (iv) kompatibel mit dem selbstgebauten Resonator sein, der nötig ist um ein SF-ESR Gerät zu konstruieren, (v) im RS-Modus zu arbeiten, um zeitaufgelöste Messungen von sehr kurzlebigen radikalen/paramagnetischen Spezies durchzuführen und (vi) mit einem (Durchfluss-)Mischungs-Resonator zu arbeiten, um kurzlebige Radikale in biologischen Medien zu untersuchen. Solch ein Gerät wird eine breite Anwendung (in unseren Kollaborationen oder Service-Messungen) der ESR Technik für interessierte Gruppen in unterschiedlichen Forschungsfeldern erlauben und wird unverzichtbar für weitere wissenschaftliche Erfolge unserer laufenden und geplanten Projekte sein; es wird dazu beitragen effiziente Katalysatoren, Redox-Modulatoren, Therapeutika oder diagnostische Werkzeuge zu entwickeln. Es wird uns auch erlauben, die Grenzen der ESR Methodik zu überschreiten, indem wir ein einzigartiges RS/SF-ESR mit verbesserter Auflösung konstruieren als derzeit im Feld der bioanorganischen Chemie und in der chemischen Energieumwandlung in Betrieb ist.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Elektronenspinresonanz-Spektrometer für Rapid-Scan, Freeze-Quench und kinetische Messungen
Gerätegruppe
1770 Elektronenspinresonanz-Spektrometer (EPR, ESR)
Antragstellende Institution
Ludwig-Maximilians-Universität München
