A ressonância magnética nuclear (RMN) é uma ferramenta poderosa amplamente utilizada em muitos campos científicos, desde a química analítica até o diagnóstico médico. No entanto, independentemente da sua utilização generalizada, ainda existem áreas em que este método muito informativo não pode ser utilizado porque é limitado pela sua baixa sensibilidade.



Portanto, muitos esforços estão sendo feitos para aumentar a sua sensibilidade. Um dos métodos que é capaz de melhorar os sinais de RMN é um método chamado polarização induzida por parahidrogênio, que utiliza a propriedade única de um dos isômeros das moléculas de hidrogênio chamado parahidrogênio, que pode induzir fortes sinais de RMN em outras moléculas, incluindo aquelas biologicamente relevantes. .

Recentemente, pesquisadores do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências (IPC PAS) investigaram o mistério do destino das moléculas de parahidrogênio associadas à hiperpolarização e observaram que as moléculas de parahidrogênio podem ser convertidas em ortohidrogênio, que possui um RMN incomum. sinal. A pesquisa aqui apresentada é um avanço no estudo dos isômeros de hidrogênio.

A ressonância magnética nuclear (RMN) permite analisar as estruturas até de moléculas muito complexas. Seus fundamentos baseiam-se na investigação do comportamento das propriedades magnéticas dos núcleos, cujas propriedades se manifestam como momentos magnéticos dos núcleos nos átomos na presença de um forte campo magnético.

Esta interacção é, no entanto, fraca e, portanto, a investigação desta interacção é muito difícil e requer equipamento científico caro. Resumindo, a RMN é um método muito insensível.

Portanto, os pesquisadores têm tentado aumentar a sensibilidade da RMN, e um dos métodos mais convincentes para conseguir isso utiliza as propriedades únicas das moléculas de hidrogênio. Esta molécula pode existir em duas formas:ortohidrogênio (o-H₂ ), com dois spins orientados na mesma direção, e parahidrogênio (p-H₂ ), com dois spins orientados na direção oposta.

A singularidade das moléculas de para-hidrogénio reside no facto de a sua orientação de spin, sob condições específicas, poder ser utilizada para melhorar o sinal de RMN noutras moléculas. Estas condições específicas podem ser alcançadas através de protocolos nos quais o para-hidrogénio interage com outras moléculas, e esta interação é mediada por um catalisador.

Devido a esta interação, o sinal de RMN nas moléculas em interação é aumentado. No entanto, durante esta interação, pH₂ os spins são reorientados e o-H₂ é criado. Em alguns casos, esta conversão pode levar à criação de uma molécula de ortohidrogênio muito específica, que, quando detectada por RMN, seu sinal se manifesta como uma Linha Parcialmente Negativa (PNL).

Apesar de vários relatos na literatura mencionarem o registro do PNL, sua natureza permanece inexplicada e é amplamente tratada como um artefato que requer investigação mais aprofundada.

Recentemente, investigadores do Instituto de Físico-Química da Academia Polaca de Ciências, liderados pelo Prof. Tomasz Ratajczyk, em colaboração com investigadores do Instituto de Físico-Química da Universidade Técnica de Darmstadt e da Faculdade de Química da Universidade de Varsóvia, focaram nesta questão e inventaram um procedimento simples que pode ser usado para a geração de sinais PNL.

Eles descobriram que o PNL poderia ser iniciado no SABRE quando ligantes simples como piridina (Py) e dimetilsulfóxido (DMSO) são usados, e isso pode ser feito com complexos simples de N-Heterocíclico Carbeno (NHC) à base de irídio usados ​​como catalisadores. Os experimentos foram realizados em três solventes marcados com deutério:metanol-d₄ , acetona-d₆ e benzeno-d₆ .

Em seu trabalho descrito na Angewandte Chemie International Edition , eles se concentraram na determinação das condições necessárias para a geração do PNL, apresentando uma hipótese sobre a ocorrência de tal efeito como um prelúdio para futuros estudos mecanicistas do PNL.

"Decidimos examinar de perto a interação entre os processos de ativação e a ocorrência de PNL para levantar a hipótese de quais espécies transitórias podem estar potencialmente preocupadas com sinais incomuns de PNL", diz o Prof.

Eles registraram o sinal PNL durante o processo de ativação do catalisador, onde a hiperpolarização dos ligantes foi aumentando, e a intensidade do sinal PNL foi aumentando, atingindo um máximo, e depois diminuindo. Os pesquisadores descobriram que o aparecimento do PNL está relacionado com os processos químicos que ocorrem durante a ativação do pré-catalisador. Usando alguns solventes, eles também descobriram que o PNL pode ser melhor observado quando o processo de ativação é mais lento.

Os estudos apresentados determinaram as condições específicas necessárias para induzir facilmente o efeito PNL utilizando hiperpolarização comum com o protocolo SABRE para moléculas simples como Py ou DMSO, bem como condições sem quaisquer ligantes.

Eles também encontraram uma relação interessante entre a intensidade do PNL e a hiperpolarização SABRE de Py e DMSO. Percebeu-se que o efeito está presente apenas durante o estágio inicial de hiperpolarização e desaparece com o progresso da eficiência da hiperpolarização.

O sinal incomum e incomum durante estudos de RMN pode ser um ponto-chave de pesquisa que pode ser usado para investigar mecanismos de hiperpolarização até então desconhecidos.

O professor Tomasz Ratajczyk acrescenta:"Também notamos uma correlação interessante entre a força do efeito PNL e a eficiência da hiperpolarização SABRE de Py e DMSO. Mais precisamente, o efeito PNL está presente apenas durante o estágio de ativação, ou seja, quando a hiperpolarização não está operando totalmente na amostra."

“A compreensão das condições em que o efeito PNL pode ser observado de forma reprodutível facilitará uma compreensão mais aprofundada dos aspectos básicos dos mecanismos SABRE, que são cruciais para a hiperpolarização eficiente de sistemas biorrelevantes.”

O hidrogênio é uma das moléculas mais amplamente estudadas, o que fez com que sua química fosse bem compreendida. Pode ser utilizado para estudos de diversos compostos, tornando-se uma ferramenta poderosa na investigação de diversos mecanismos e encontrando aplicações até mesmo na biomedicina.

No entanto, alguns aspectos da química do hidrogénio ainda permanecem um mistério e as suas propriedades podem ser bastante surpreendentes. Os achados relacionados à sua utilização na hiperpolarização na RMN, descobertos por pesquisadores do IPC PAS, ainda precisam ser mais investigados para determinar os mecanismos por trás do sinal PNL. Os resultados mostram claramente a importância de permanecer curioso, mesmo sobre algumas coisas que aparentemente são bem compreendidas.

Mais informações: Marek Czarnota et al, Um Método Simples para a Geração de Ortohidrogênio Hiperpolarizado com uma Linha Parcialmente Negativa, Angewandte Chemie Edição Internacional (2023). DOI:10.1002/anie.202309188
Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional

Fornecido pela Academia Polonesa de Ciências