Analizando las estructuras moleculares con más detalle
Se desarrollaron nuevos métodos de RMN para investigar los complejos paramagnéticos y las jaulas supramoleculares
La química y la biología estructural utilizan los métodos estándar de la espectroscopia de RMN (RMN = resonancia magnética nuclear) para examinar la estructura de las moléculas, incluidas las grandes moléculas como las proteínas en solución. Los núcleos activos de la RMN, como los átomos de hidrógeno, se excitan mediante pulsos de radiofrecuencia en espectrómetros con fuertes campos magnéticos. Los diferentes entornos de los núcleos pueden ser detectados y se pueden sacar conclusiones sobre la estructura molecular a partir del análisis de los espectros generados.
Las "jaulas moleculares" son estructuras de tamaño nano que pueden unir y transportar otras moléculas como los compuestos medicinales. Para poder liberarlas de nuevo de forma dirigida, se necesita información sobre su estructura y propiedades, pero estos compuestos paramagnéticos son difíciles de analizar.
© Anna McConnell
Con tales métodos de RMN la estructura de las moléculas diamagnéticas ya puede ser estudiada muy bien. En estas moléculas los electrones se emparejan y sus espectros de RMN son sencillos de analizar, ya que las señales suelen ser nítidas y en regiones distintivas según la estructura de la molécula. Sin embargo, con los métodos de RMN es difícil investigar la estructura de los compuestos paramagnéticos, que tienen electrones no apareados. Entre ellos figuran, por ejemplo, algunos agentes de contraste médicos. Son atraídos por los 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 los 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 revista Angewandte Chemie.
Incluso las complejas "jaulas moleculares" pueden ser analizadas con más detalle que nunca antes
"El número de métodos de RMN adecuados para los complejos paramagnéticos ha sido limitado hasta ahora. La información estructural se pierde típicamente ya que las señales son amplias y en regiones menos predecibles", explica Anna McConnell, Profesora Adjunta del Instituto Otto Diels de Química Orgánica de la CAU. Ella está investigando las "jaulas moleculares" paramagnéticas, donde varias moléculas se auto-ensamblan en estructuras más complejas con una cavidad que puede unir 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 los datos de RMN sobre los compuestos paramagnéticos. Utilizados 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 los de los métodos estándar comparables para los compuestos diamagnéticos convencionales, según descubrió el equipo. "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 de Química Orgánica Otto Diels para determinar cómo adaptar los experimentos estándar para el análisis de los complejos paramagnéticos. Con esto, produjeron un manual de instrucciones sobre cómo aplicar la caja de herramientas a otros complejos paramagnéticos y espectrómetros. "El desarrollo de estos métodos de RMN paramagnéticos es un gran avance para nuestra investigación diaria y esperamos que ayuden a otros investigadores tanto como a nosotros", dijo Marc Lehr, estudiante de doctorado en el 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, los campos de la química de coordinación y los complejos de cruce de espín a 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 pueden ser cambiadas por la irradiación de la luz son un ejemplo de una jaula más compleja. Usando jaulas sensibles a la luz podríamos ser capaces de liberar las moléculas de huéspedes de una manera realmente dirigida en el futuro", espera McConnell.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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