NMR-basierte 3D Strukturmodelle

Im Vergleich zur Kristallographie, die exakte atomare Koordinaten von Verbindungen in spezifischen Festkörper-stabilen Formen bestimmt, liefert NMR "lockerere" atomare Strukturinformationen, die jedoch unter nahezu allen vorstellbaren Bedingungen (Temperatur, Druck, Lösungsmittel, Gemische usw.) erhalten werden können. Die typischerweise zeit- und raumgemittelten Informationen, die durch Kernspin-Wechselwirkungen wie Kreuzrelaxation (nOes), skalare Kopplungen, chemische Verschiebungen und quadrupolare Kopplungen geliefert werden, sind typischerweise für kurze Strecken, ungenau und empirisch ausgewertet. Dennoch kann ein umfangreicher Datensatz sorgfältig ausgewerteter Spin-Interaktionen benutzt werden, um Ensemblesimulationen zu lenken und aufschlussreiche 3D-Modelle von Molekülen zu liefern.

Orientierungsbasierte Interaktionen wie Residual Dipolar Couplings (RDCs) und Residual Chemical Shift Anisotropies (RCSAs) gelten als NMR-basierte Informationen für „lange Strecken“ und ergänzen die klassischen NMR-Informationen für kurze Strecken (nOes und skalare Kopplungen). Sie können verwendet werden, um Stereochemie zu bestimmen, Enantiomere zu unterscheiden und konformationelle und dynamische Informationen zu erhalten.

In vielen Bereichen der 3D-Modellbestimmung sind Entwicklungen im Gange. Dazu gehören die Probenvorbereitung (Orientierungsmedien), NMR-Messung und -Auswertung sowie theoretischen Ensemblesimulationen mittels klassischer (MD) und quantenmechanischer (DFT) Methoden.

Repräsentative Publikationen:

[1]           H. Kim, G. Gerosa, J. Aronow, P. Kasaplar, J. Ouyang, J. B. Lingnau, P. Guerry, C. Fares, B. List, Nat Commun 2019, 10.
doi: http://doi.org/10.1038/s41467-019-08374-z

[2]           C. Fares, J. B. Lingnau, C. Wirtz, U. Sternberg, Molecules 2019, 24.
doi: http://doi.org/10.3390/molecules24234417

[3]           T. Niklas, P. Schulze, C. Fares, Magn. Reson. Chem. 2018, 56, 1176-1182.
doi: http://doi.org/10.1002/mrc.4786

[4]           O. Lifchits, M. Mahlau, C. M. Reisinger, A. Lee, C. Farès, I. Polyak, G. Gopakumar, W. Thiel, B. List, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6677-6693.
doi: http://doi.org/10.1021/Ja402058v

[5]           C. Farès, J. Hassfeld, D. Menche, T. Carlomagno, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3722-3726.
doi: http://doi.org/10.1002/anie.200800225