Химики из Технологического Института Карлсруэ и Технического Университета Мюнхена разработали новый метод определения строения химических соединений.

Использованный ими подход представляет собой модернизацию метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР), изобретателям которого – Феликсу Блоху и Эдварду Миллс Пёрселлу вручили Нобелевскую премию по физике уже почти шесть десятков лет назад – в 1952 году, на настоящий момент ЯМР является одним из наиболее часто применяющихся методов установления строения органических соединений.

Рис. 1. Складывая кусочки мозаики: строение
органических соединений можно установить с помощью
расщепления биполярных фрагментов. (Рисунок из
Angewandte Chemie International Edition, 2011;
DOI: 10.1002/anie.2010007305).

Исследователи из групп профессоров Буркхарда Луи (Burkhard Luy) из Карлсруэ и Штефана Кирша (Stefan F. Kirsch) из Мюнхена впервые показали, что определенные параметры спектров ядерного магнитного резонанса, так называемые константы расщепления сигналов от биполярных фрагментов [residual dipolar couplings (RDC)] могут внести существенный вклад в процесс расшифровки строения тех химических соединений, со структурой которых не справляются классические подходы.

Исследователи поместили исследуемое вещество в гель, который слегка ограничивал их подвижность. За счет перемещения слоев геля исследователи добились того, чтобы молекулы заняли друг относительно друга определенное положение. В то время как эффекты расщепления биполярных фрагментов свободно движущихся в растворе частиц усредняются, в образцах с упорядоченно расположенными молекулами появляется возможность измерения этого параметра, а значения параметра позволяют получить важную информацию, которая может быть использована при построении модели молекулы.

Для проверки возможностей разработанного подхода исследователи изучили молекулу, состав которой был известен, однако о строении не было даже предположений – соединение было получено с помощью уникальной реакции, и определить ее структуру по аналогии с продуктами уже известных реакций не было никакой возможности.

Небольшой размер молекулы не позволил определить ее строение с помощью классических методов. В данном случае строение молекулы было возможно определить только с помощью анализа эффектов расщепления биполярных фрагментов. Помимо доказательства возможностей нового метода установления строения органических соединений, результаты работы оказались полезными и тем, что расшифрованная структура молекулы позволит сделать выводы о механизме образования «неуловимого» соединения.

Луй и Кирш отмечают, однако, что разработанный ими метод не может рассматриваться как «ключ от всех потайных дверей, за которыми хранятся тайны молекул», они предполагают, что со временем могут появиться молекулы, строение которых нельзя будет запросто определить даже с помощью самых передовых методов. Тем не менее, новый метод может рассматриваться как новый дополнительный инструмент, позволяющий раскрывать новые тайны природы.