LABOR
Paramagnetische Verbindungen
NMR-Methode für die Komplexchemie Chemiker der Universität Kiel zeigen eine neue NMR-Methode auf, mit deren Hilfe sich paramagnetische Komplexe präziser charakterisieren lassen als üblich. Die Erkenntnisse führen sogar dazu, dass Veränderung von magnetischen Spin-Zuständen bei Komplexen mithilfe der NMR-Spektrometrie genau analysiert werden können. Die Studie ist online frei zugänglich.
Diamagnetisch und paramagnetisch Da alle ihre Elektronen in den Orbitalen jeweils paarweise vorkommen, erzeugen sie normalerweise klare Signale und eindeutige Spektren. Wenn zwei Elektronen sich im selben Orbital befinden, weisen sie jeweils den entgegengesetzten Eigendrehimpuls (Spin) auf. Um den Spin bei der Darstellung von Elektronen miteinzubeziehen, werden die Elektronen als Pfeile (↑) dargestellt. Wenn nun beide Elektronen sich ein Orbital teilen, zeichnet man sie in entgegengesetzter Richtung, entsprechend ihrem entgegengesetzten Spin (↑↓). Genauso verhält es sich mit einem diamagnetischen System. Schwieriger zu untersuchen sind hingegen paramagnetische Verbindungen, die ungepaarte Elektronen besitzen, wie sie bei d6 -Komplexen vorliegen können. Das sind Komplexe, die sechs Elektronen auf dem Energieniveau der d-Orbitale besitzen. Beispielsweise sind Fe(II)-Komplexe d6 -Komplexe. Diese Verbindungen können entweder als Low-Spin oder High-Spin vorliegen. Als High-Spin-Komplexe sind sie parama gnetisch und besitzen ungepaarte Elektronen in den d-Orbitalen. Als Low-Spin11/2020
eg eg t2g
∆O
t2g
Bild: Roger Bieri
Um die Struktur von Molekülen wie zum Beispiel Proteinen zu untersuchen, nutzen die Chemie und die Strukturbiologie Methoden der NMR-Spektroskopie. Die Atomkerne von Molekülen wie Wasserstoff werden hierbei mit HochfrequenzImpulsen in Spektrometern mit starken Magnetfeldern angeregt. Über die erzeugten Spektren lassen sich Unterschiede in den Umgebungen der Kerne feststellen und so Rückschlüsse auf die Molekülstruktur ziehen.
Bild 1: Die schematische Darstellung des Kristallfeldes eines d 6 -Komplexes mit oktaedrischer Struktur. Links liegt ein High-Spin-Komplex vor (paramagnetisch) und rechts ein Low-SpinKomplex (diamagnetisch). Die fünf d-Orbitale des Komplexes sind in zwei unterschiedlichen Energien aufgespaltet (t 2g und eg ). Links ist der Energieunterschied der Aufspaltung (∆O ) sehr gering. Die sechs Elektronen müssen sich nicht alle ein Orbital teilen. Anders sieht dies rechts aus.
Komplexe sind alle Elektronen gepaart und Molekülen zu untersuchen, gab es bisher die Verbindung ist diamagnetisch. An- kaum geeignete NMR-Methoden. In der schaulich zeigt dies die Kristall - Regel gehen hierbei Informationen verlo6 feldtheorie für d -Komplexe (siehe Bild 1). Zu den paramagnetischen Verbindungen gehören auch einige MRT-Kontrastmittel. Sie werden von externen Magnetfeldern Ein Guter Tipp stark angezogen und stören so NMR-Messungen. Chemikern der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist es nun gelungen, mehrere NMR-Methoden zu entwickeln, die zusammen angewendet, erstmals eine detaillierte Strukturanalyse Laborchemikalien für paramagnetische Komplexe in Lösungen ermöglichen. In der Fachzeitschrift Bioanalytik «Angewandte Chemie» zeigten sie die um Chromatofassenden Anwendungsmöglichkeiten ihgraphie rer Methoden in verschiedenen Bereichen Filtration der Chemie und darüber hinaus.
Molekulare Käfige Auch komplexe «molekulare Käfige» lassen sich detaillierter als zuvor analysieren. «Um die Struktur von paramagnetischen
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