Kernresonanzspektrometer für Messungen bei erhöhtem Druck

• Fachliche Zuordnung: Molekülchemie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516655476

Druck ist ein grundlegender physikalischer Parameter, der generell genutzt werden kann i) um Kinetik und Thermodynamik von chemischen Prozessen zu modulieren und ii) um Reaktionsmechanismen bis zum molekularen Level von Bindungsbildung und -bruch aufzuklären. Unsere Gruppe hat ein langfristiges Interesse und Erfahrung in der Anwendung hoher Drücke (bis 2 kbar) für beide Zwecke, vor allem in Kombination mit NMR für die Studie von Reaktionen in Lösungen, die von biologischer, katalytischer oder ökologischer Bedeutung oder wichtig für Energieumwandlung sind. Das hiermit beantragte NMR Spektrometer für Messungen bei hohen Drücken sollte unsere vielseitige mechanistische Forschung unter diversen Bedingungen ermöglichen, die außer hohen Drücken auch umfassen: i) den Einsatz bei variablen und niedrigen Temperaturen (153 K bis 373 K), ii) Messungen in wässrigen und organischen Lösungsmitteln, iii) Sauerstoff- und/oder lichtempfindliche Proben, iv) biologische/medizinische Proben, v) ein- (flüssige) oder zweiphasige (flüssig/Gas) Systeme, etc. Die Anwendung eines solch seltenen Geräts geht über den normalen Nutzen der NMR hinaus und wird vor allem mechanistische, druckabhängige Studien involvieren, um Aktivierungs- oder Reaktionsvolumina zu bestimmen, Übergangszustände „sichtbar“ zu machen, Zwischenstufen von Reaktionen, dynamische Prozesse und Gleichgewichte in Lösungen zu bestimmen (z.B. Wasseraustausch an Metallzentren, Koordinations-, Spin- und Wirt-Gast-Gleichgewichte). Um diese herausfordernden Aufgaben zu realisieren, sollte das beantragte NMR ausreichend hohe Auflösung und Sensitivität für Messungen unter hohen Drücken bieten, wofür ein 500 MHz Magnet die beste Wahl wäre. Da wir eine hohe Bandbreite von (an-)organischen Molekülen und (bio-)anorganischen Makromolekülen untersuchen, wäre eine 5 mm multinuklearer Breitband-Doppelresonanz Probe mit Z-Gradient optimal, die außer für 1H und 19F auch hohe Sensitivität für die Kerne 13C, 17O, 31P und 57Fe zeigt. Die wichtigste Eigenschaft des beantragten Geräts ist aber dessen Fähigkeit mit zwei verschiedenen Hochdrucksystemen gekoppelt zu werden; i) einem kommerziell erhältlichen (für wässrige Proben oder zweiphasige Experimente) und ii) einer selbstgebauten Hochdruck NMR Probe (basierend auf dem bereits von uns genutzten System für anspruchsvollere Messungen mit Licht-/Sauerstoffempfindlichen Proben, verschiedenen organischen Lösungsmitteln und niedrigen Temperaturen). So ein Hochdruck-NMR mit einzigartigen Leistungen, das mechanistische Studien von multidisziplinärer Relevanz unter sehr variablen Bedingungen erlaubt, gibt es nicht an der LMU, in der Münchner Gegend und unseres Wissens in dieser Kombination nicht einmal in Deutschland. Solch ein Gerät ist unverzichtbar für unsere aktuellen und geplanten Projekte und hat auch das Potenzial zu internationalen Kooperationen in den Forschungsfeldern der bioanorganischen Chemie, biologischen Chemie, Katalyse und chemischen Energieumwandlung beizutragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kernspinresonanzspektrometer für Messungen unter hohem Druck
• Gerätegruppe: 1740 Hochauflösende NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Ludwig-Maximilians-Universität München
• Leiterin: Professorin Dr. Ivana Ivanovic-Burmazovic