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Magnetische Resonanzspektroskopie (NMR)

Da die NMR-Spektroskopie präzise strukturelle und dynamische Informationen über chemische Verbindungen mit atomarer Auflösung liefern kann, hat sich diese Methode zu einem unumgänglichen analytischen Werkzeug für die Katalyseforschung entwickelt. Die NMR-Spektroskopie wird benutzt, um die Struktur und Dynamik neuer Katalysatoren sowie Produkte und Intermediate der Katalyse aufzuklären, Stereochemien zu unterscheiden, Reaktionskinetiken in Echtzeit zu verfolgen und Reaktionsmechanismen zu verstehen.

Die NMR-Abteilung am MPI für Kohlenforschung bietet Expertenwissen zur Implementation und analytischen Interpretation von Standard- und komplizierten NMR-Experimenten sowie zur Entwicklung neuer Anwendungen für die verschiedenen Forschungsgruppen. Die NMR-Abteilung beteiligt sich auch an Lehre und Forschung.

Christophe Farès

Dr. Christophe Farès

2009
Leiter der NMR Abteilung (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung) Mülheim an der Ruhr
2007
Wissenschaftlicher Mitarbeiter (University Health Network) Toronto, Kanada
2004
Postdoc (Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie) Göttingen, Betreuer: Prof C. Griesinger
2003
Postdoc (University of Guelph) Guelph, Kanada, Betreuer: Prof G. Harauz
2003
Ph.D. Biophysik (University of Guelph), Guelph, Kanada, Betreuer: Prof J.H. Davis und Prof F.J. Sharom
1994
B.Sc. Biochemie (McGill University), Montreal, Kanada
1972
geboren in Montreal/Kanada
 

Forschungsthemen

Residuale dipolare Kopplungen (RDCs)
Residuale dipolare Kopplungen (RDCs)

Residuale dipolare Kopplungen (RDCs) liefern wichtige Orientierungsinformationen für die NMR-spektroskopische Strukturaufklärung kleiner Moleküle. Sie werden immer häufiger zur Bestimmung von Stereochemien, zur Unterscheidung von Enantiomeren und zum Ermitteln ergänzender Informationen über Konfirmation und Dynamik benutzt. In der NMR Abteilung werden neue Methoden zur Probenvorbereitung (“Alignment” Medien), sowie zur Messung und Analyse von RDCs entwickelt.
 

para-Hydrogen Induced Polarization (PHIP) NMR
para-Hydrogen Induced Polarization (PHIP) NMR

Die geringe Sensitivität der NMR beruht auf der Tatsache, dass das Signal auf der thermischen Polarisierung der Atomspins innerhalb eines starken magnetischen Feldes basiert. Es gibt jedoch auch andere Quellen der NMR Polarisierung, die zu einem viel stärkeren NMR Signal führen. Nimmt zum Beispiel molekularer Wasserstoff in seinem para-Spinzustand (para-H2) an einer Reaktion teil, beispielsweise an der Hydrierung einer Dreifachbindung, so wird seine Symmetrie gebrochen aber der Kernspin-Zustand bleibt erhalten. In der Tat „speichert“ para-H2 100% Polarisierung, die sich durch eine Hydrierungsreaktion „freisetzen“ lässt, und die zu bis zu 10000-fachem Sensitivitätsgewinn führt. Diese Methode (para-Hydrogen Induced Polarization oder PHIP) wird entwickelt und benutzt, um relevante, kurzlebige und geringkonzentrierte Intermediate zu charakterisieren.
 

Echtzeit Reaktionsverfolgung
Echtzeit Reaktionsverfolgung

In vielen Fällen ist es wichtig, NMR Datensätze im Laufe einer chemischen Reaktion zu messen. Diese Echtzeit Experimente liefern kinetische Daten, die Charakterisierung wichtiger Schlüsselintermediate oder das Verständnis katalytischer Reaktionsmechanismen. Jedoch ist es schwierig mit traditionellem NMR Setup, bei dem Minuten bis Stunden von der Probenvorbereitung bis zum Ende der Messungen vergehen. Wir entwickeln inline und in situ NMR Anwendungen, inklusive eines Gerätes für die schnelle Injektion, um Spezies während einer Katalyse unter typischen Laborbedingungen zu verfolgen.
 

 

Technische Ausstattung

Vollautomatische und Routine NMR
Vollautomatische und Routine NMR

Standard Flüssig-NMR-Experimente werden im Hochumsatzmodus an zwei NMR-Spektrometern mit 1H-Frequenz von 300-MHz bei Raumtemperatur durchgeführt. An diesem Gerät kann das wissenschaftliche Personal des Institutes rund um die Uhr Experimente mit minimalem Zeitaufwand starten, die vollautomatisch aufgenommen und prozessiert werden. Die Auswahl der so verfügbaren Experimente ist limitiert auf solche mit hoher Sensitivität, hohem Informationsgehalt und kurzer Messzeit mit vordefinierten Parametern. Diese Experimente sind die 1D Spektren von 1H, 13C, 31P und 11B sowie 2D Korrelationsexperimente wie 1H/1H COSY und 1H/13C HSQC.

Flüssige Proben, die spezielle experimentelle Parameter oder eine eine spezielle Behandlung verlangen, werden an Mitarbeiter der Abteilung übergeben, um an den 400- und 500-MHz Spektrometern vermessen zu werden. Die häufigsten Nachfragen erfolgen für (a) Experimente oder Feldstärken, die nicht im automatischen Modus zugänglich sind, (b) Experimente bei hoher oder niedriger Temperatur, (c) Techniken, die die Anpassung der Aufnahmeparameter zur Spektrenoptimierung verlangen und (d) Spectroskopie der chemischen Reaktionen und Kinetiken in Echtzeit im NMR-Röhrchen.
 

Erweiterte NMR-Analysen
Erweiterte NMR-Analysen

Besonders anspruchsvolle NMR-Studien organischer Moleküle in Lösung werden zur erweiterten Analyse in unserer Abteilung eingereicht. Für diese Proben liefern Mitarbeiter der Abteilung alle Experimente sowie deren Auswertung und Unterstützung bei der Interpretation, die in enger Zusammenarbeit mit den chemischen Forschungsgruppen erfolgt. Das 600-MHz Spektrometer ist mit einem mit Helium-gekühlten Kyroprobenkopf ausgestattet, der das Signal-zu-Rausch-Verhältnis bis zu einem Faktor von 8 gegenüber der konventioneller Ausstattung erhöht. Der größte Teil der analytischen Arbeit ist der Bestimmung oder Bestätigung von Strukturen, Stereochemien, Konfirmationen und Dynamiken gewidmet.
 

Festkörper-NMR
Festkörper-NMR

Festkörper-NMR-Spektroskopie ist eine der wichtigsten Techniken zur Charakterisierung komplexer, fester Katalysatorträger und anderer unlöslicher Materialien, die am Institut untersucht werden, wie z.B. Mesopöser Silikate, Aluminiumhydride, Kohle und organometallische Moleküle. Die beiden der Festkörper-NMR-Spektroskopie zugeordneten Spektrometer, die bei 300- und 500-MHz laufen, sind mit MAS Probenköpfen ausgestattet, um hoch-aufgelöste Signale für ein großes Spektrum NMR-aktiver Kerne zu erhalten.
 

 

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