Die Anwendung von neuartigen Ir-Komplexen bei der parawasserstoffinduzierten Signalverstärkung in der NMR-Spektroskopie

HONIGHÄUSCHEN (BONN) – Seitdem ALFRED WERNER den Begriff „Komplex“ prägte, hat sich die Forschung an Komplexen und deren Anwendungsgebieten in der Naturwissenschaft, Industrie und Medizin stetig weiterentwickelt. Nach der Definition von WERNER setzt sich ein Komplex aus einem Metall-zentrum (MZ) mit einer bestimmten Anzahl an koordinierten Liganden zusammen. Durch erfolgreiche Forschung auf dem Gebieten der Koordinationschemie und Organometallchemie können heute Übergangsmetallkomplexe (ÜM-Komplexe) effektiv entwickelt und genutzt werden. Sie werden beispielweise bei Hydrierungs- und Polymerisationsreaktionen oder der Herstellung von Feinchemikalien eingesetzt. Die Diversität an Übergangsmetallen (ÜM) und deren Komplexen hat einen entscheidenden Beitrag zum Fortschritt dieser Gebiete geleistet. Die Grundlage dieser Arbeit bilden Iridium (Ir) basierte ÜM-Komplexe. Das Iridium aus der neunten Gruppe im Periodensystem der Elemente (PSE) spielt eine essenzielle Rolle in der Koordinationschemie. Durch die nicht vollständig besetzte d-Elektronenschale des Ir-Atoms kann eine Vielfalt unterschiedlicher Liganden wie zum Beispiel Carbonyle, Phosphine, Cyclooctadiene und N-heterocyclische Carbene (NHC) an Ir koordinieren. Insbesondere die NHC-Liganden weisen eine hohe Elektronentransferkapazität und Koordinationsfähigkeit an Ir auf. Dadurch wird der Einsatz unterschiedlicher Ir-NHC-Komplexe (Ir-NHC) in einer Vielzahl von Reaktionen wie beispielweise Olefinmetathese, Hydroformylierungen und Hydrierung realisierbar. Im Jahr 1991 wurden die NHC-Liganden erstmals von ARDUENGO und seinen Mitarbeitern als stabile Liganden isoliert. Aufgrund der Besetzung von sechs Elektronen in der Valenzschale des Carbenkohlenstoffs weisen NHC-Liganden eine hohe Koordinationsaffinität gegenüber ÜM wie Ir, unabhängig von deren Oxidationsstufe, auf. Dank der Modifikation von Substituenten am Carbenring können sie als funktionalisierte, chelatisierende, chirale sowie als wasserlösliche Liganden synthetisiert werden. Diese Diversität in der strukturellen Konstitution bringt einen enormen Einsatzbereich für diese Liganden und die dazugehörigen Komplexe mit sich. Zur Untersuchung der Eigenschaften und Aufklärung der Struktur und Dynamik von Ir-NHC in Flüssigkeiten und Feststoffen kann als leistungsfähige Technik die kernmagnetische Resonanzspektroskopie (engl.: Nuclear Magnetic Resonance, (NMR)) eingesetzt werden. Eine Herausforderung dabei ist die geringe Empfindlichkeit der NMR bei Raumtemperatur (RT) aufgrund des kleinen Besetzungsunterschieds von den Kernspinzuständen in der BOLTZMANN-Verteilung. Um dem entgegenzuwirken, kann durch die Anwendung von Hyperpolarisationsmethoden (HP-Methoden) eine Neuverteilung der Kernspinbesetzung erzeugt werden, welche zu einer Signalverstärkung um mehrere Größenordnungen führt. Der erfolgreichste Vertreter dieser Methoden ist die dynamische Kernpolarisation (engl.: Dynamic Nuclear Polarisation, (DNP)). Hierbei wird die Polarisation durch die Wechselwirkung von ungepaarten Elektronen eines Radikals auf Kernspins der Probe übertragen, wodurch in den entsprechenden NMR-Spektren deutlich verstärkte Signale beobachtet werden können. Darüber hinaus bietet sich Parawasserstoff (pH2) für den Polarisationstransfer bei Parawasserstoff-Induzierter Polarisation (engl.: Parahydrogen Induced Polarization, (PHIP) sowie für Signalverstärkung durch reversiblen Austausch (engl.: Signal Amplification By Reversible Exchange, (SABRE)) an. Bei beiden Methoden wird die Polarisation von pH2 auf das zu polarisierende Molekül (Substrat – s. Abschn. 3.2.3-4) übertragen. Bei PHIP wird dies über eine katalytische Hydrierungsreaktion des Substrats erreicht. Der Verlauf der SABRE-Experimente basiert auf einer reversiblen Ir-Ligand-Bindung. Der Polarisationstransfer von pH2 auf das Substrat verläuft im Vergleich zu PHIP ohne chemische Modifikation, welches als besonderer Vorteil dieser HP-Methode betrachtet wird. SABRE besitzt das Potential als hyperpolarisiertes bildgebendes Verfahren in der Medizin Anwendung zu finden. Jedoch verläuft, bis dato, der Großteil der SABRE-Messungen unter nicht biokompatiblen Bedingungen. Wesentliches Problem ist die Trennung des Katalysators vom hyperpolarisierten Substrat. Um die Anwendung und Entwicklung von SABRE als Hyperpolarisationsmethode für bildgebendes Verfahren in der Medizin etablieren zu können, ist die Abtrennung des Ir-NHC-Komplexes unabdingbar. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Möglichkeiten zur Abtrennung des Ir-NHC-Komplexes vorgestellt (s. Abschn. 4.7 u. 5). Die Ligandenkonstitution der NHC-Liganden ermöglicht beispielsweise die Trennung durch Filtration von Ir-NHC entweder durch die Immobilisierung des Komplexes mit dem Alkoxysilan-Ligand auf geeigneten Trägermaterialien oder durch Substitution des Carbenrings mit Polymer-Einheiten. Dadurch wird die Abtrennung des toxischen Ir-NHC-Komplexes nach erfolgter Hyperpolarisation eines relevanten Substrates realisierbar.

 

Über „Die Anwendung von neuartigen Ir-Komplexen bei der parawasserstoffinduzierten Signalverstärkung in der NMR-Spektroskopie“

Das vorliegende Sachbuch zu Themen aus Umwelt und Natur „Die Anwendung von neuartigen Ir-Komplexen bei der parawasserstoffinduzierten Signalverstärkung in der NMR-Spektroskopie“ wurde erarbeitet und verfasst von Sara Hadjiali. Dieses Sachbuch erschien am 23.10.2020 und wurde herausgegeben von Mensch & Buch.

Bücher wie „Die Anwendung von neuartigen Ir-Komplexen bei der parawasserstoffinduzierten Signalverstärkung in der NMR-Spektroskopie“ sind im Onlineshop des Honighäuschens bestellbar. Online bestellte Fachbücher zur Imkerei und zu anderen Themen der Umwelt und des Artenschutzes sind zu den üblichen Öffnungszeiten auch direkt im Buchladen Bundesamt für magische Wesen in Bonn, der Stauhauptstadt von Nordrhein-Westfalen abholbar und werden auf Wunsch verschickt.

Das Thema Bienensterben, Rückgang von Insekten und allgemeines Artensterben ist in aller Munde und das Honighäuschen als frühere Bioland Imkerei hat sich von Anfang an daran beteiligt. Mehr als 35 Jahre Imkereierfahrung nahmen ihren Anfang 1982 mit den ersten eigenen Bienen.

Der zehnjährige Junge, der 1977 einem Hamburger Imker über die Schulter schaute; der Fünfzehnjährige, der mit der Imkerei in Zeiten begann, in denen es noch keine Varroamilbe gab; der achtzehnjährige Fahrschüler, der lernte, dass man die Windschutzsscheibe seines Autos nach einer längeren Fahrt von Insekten säubern muß; der zwanzigjährige Student, der für seine Bienen einen Platz in Bonn suchte; der dreißigjährige Berufsimker, der seinen Bienen quasi eine Gutenachtgeschichte erzählte und sich den Kopf zerbrach, wie man die Umwelt mit ihren Bienen, Wespen, Schmetterlingen und andere blütenbesuchenden Insekten vor den Machenschaften der Agrargiftindustrie und der Gleichgültigkeit agrarindustriehöriger Politiker schützt; der Imker, der nicht nur auf dem Weihnachtsmarkt Bonn die Öffentlichkeit suchte, um bei Führungen an den Bienen auf dem Dach der Bundeskunsthalle zu erleben, dass Kinder (und deren Helikoptermuttis!) Angst vor Schmetterlingen hatten, bis hin zum Begleiter von Forschungsprojekten zu den Riesenhonigbienen Nepals oder den Killerbienen Afrikas, stellt fest, dass etwas sehr im Argen liegt in unserem Umgang mit der Umwelt.

Es sollte jedem bewußt sein, dass die Haltung „Natur ja, aber bitte woanders!“ nicht in Ordnung ist.

Die wunderschöne Welt der Natur

Jeder Griff zum Unkrautvernichtungsmittel, um den Rasen „schön ordentlich“ zu halten, bevor „die Nachbarn was sagen“; jeder überflüssige Einsatz zur Bekämpfung eines Wespennestes – ja, auch damit habe ich zu tun und berate gern, wenn ein Hornissennest in einem Kindergarten oder ein Wespennest in Bonn den Haus- und Gartenbesitzer vor Fragen stellt, sollte begleitet sein von der Frage, ob das wirklich sein muß.

In unserem Online-Buchshop finden Sie viele Bücher wie „Die Anwendung von neuartigen Ir-Komplexen bei der parawasserstoffinduzierten Signalverstärkung in der NMR-Spektroskopie“, die Ihnen die fantastische Welt der Bienen, Wespen, Ameisen, Hornissen und Schmetterlinge sowie anderer Insekten näherbringen.

Aber nach wie vor stehe ich Ihnen auch gern zu einem Gespräch oder zu einer Beratung im Umgang mit Bienen, Wespen, Hornisse, Wildbienen und Hummeln zur Verfügung, wenn Sie Fragen haben. Besuchen Sie uns in Bonn im Bundesamt für magische Wesen.

Und natürlich gibt es auch weiterhin Honig, Bienenwachskerzen und Met bei uns und zwar das ganze Jahr – nicht nur zu Weihnachten.