Развитие и применение новых методов усиления сигналов ЯМР с использованием параводорода.

Параводород является одним из наиболее эффективных источников генерации гиперполяризации для повышения чувствительности в ядерном магнитном резонансе (ЯМР). При помощи методов ИППЯ (индуцируемая параводородом поляризация ядер) и SABRE (англ. Signal Amplification By Reversible Exchange – усиление сигнала за счет обратимого обмена) можно увеличить амплитуду сигналов ЯМР на несколько порядков величины. Однако формирование гиперполяризации типа ИППЯ и SABRE обусловлено сложной спиновой динамикой и химической кинетикой – полное описание данных явлений в настоящее время отсутствует. Данное обстоятельство является серьезной проблемой с точки зрения эффективного применения ИППЯ и SABRE для анализа структуры и реакционной способности молекул. Таким образом, первая цель нашего исследования – детальный анализ формирования ИППЯ и SABRE в целом и, в частности, углубленное исследование роли пара-орто-конверсии в данном процессе – наличие такой конверсии может существенно уменьшить возможное усиление сигналов ЯМР. На основе этого анализа будет разработано общее теоретическое описание процесса, которое будет подтверждено экспериментами на модельных соединениях. Параллельно будут разработаны надежные и эффективные методы конверсии гиперполяризации ИППЯ в интегральную спиновую намагниченность. Применение такой интегральной намагниченности необходимо для разработки эффективных протоколов экспериментов по ИППЯ. С ее использованием мы планируем реализовать (i) ультрабыстрые двумерные эксперименты 2D-NOESY и 2D-TOCSY с усилением сигнала за счет ИППЯ/SABRE, дающие принципиальную возможность получения полного двумерного спектра для структурного анализа за одно накопление с беспрецедентной чувствительностью; (ii) надежные методы переноса гиперполяризации с протонов на гетероядра для ЯМР в одном и двух измерениях; (iii) новые улучшенные методы SABRE в сильных магнитных полях, (iv) экспериментальные протоколы для сохранения созданной гиперполяризации в форме долгоживущих спиновых состояний в специально разработанных маркерах ИППЯ. Параллельно мы продолжим нашу работу над экспериментом PANEL, который делает возможной сверхчувствительную регистрацию промежуточных комплексов Н2-катализатор, и применим его к серии активных катализаторов ИППЯ и SABRЕ. Данные методы будут апробированы для малых модельных молекул с ненасыщенной связью в случае ИППЯ либо простых производных пиридина в случае SABRЕ. В дальнейшем мы будем применим разработанные методы к олигопептидам, содержащим активные группы ИППЯ или SABRЕ в боковой и пептидной цепях и на N-конце.