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Struttura di molecole organiche a risoluzione altissima

Un finanziamento dell'UE ha promosso lo sviluppo di una tecnologia mai usata prima, l'uso delle tecnologie di risonanza magnetica nucleare (NMR) per scomporre la distanza tra nuclei di idrogeno accoppiati in molecole organiche solide.
Struttura di molecole organiche a risoluzione altissima
La spettroscopia NMR è un potente strumento per dedurre informazioni strutturali dettagliate su una molecola o su un materiale sulla base del comportamento dei nuclei dei suoi atomi in un campo magnetico. Anche se l'applicazione convenzionale era stata adattata per i materiali in soluzione, la NMR di stato solido (SSNMR) ha fatto rapidi progressi in quanto metodo scelto per studiare sistemi biologici e formulazioni farmaceutiche allo stato solido.

Le molecole biologiche spesso si formano a partire da una struttura di carbonio, una catena di atomi di carbonio alla quale sono legati gruppi funzionali, e sono stati proposti diversi metodi per misurare le distanze tra questi atomi di carbonio per ottenere informazioni circa la loro struttura tridimensionale (3D) e, quindi, acquisire conoscenze sulla loro funzione biologica. Poiché però questi si basano sulla rilevazione di un isotopo di carbonio attivo all'NMR presente in quantità molto bassa, sono normalmente molto costosi e lenti. Il progetto SSNMRMETHOD, finanziato dall'UE, intendeva sviluppare un nuovo metodo di SSNMR basato sull'osservazione di nuclei di idrogeno, i più abbondanti in natura.

I protoni sono attivi magneticamente in alta abbondanza, ma sono difficili da rilevare a causa di forti accoppiamenti dipolari tra di loro che generano segnali molto grandi e non scomposti. Il progetto ha sviluppato il primo metodo di SSNMR che permette una stima diretta dell'accoppiamento dipolare 1H-1H internucleare in sistemi solidi, da cui possono essere derivate ledistanze. La caratteristica unica della soluzione del progetto consiste in un approccio innovativo che fornisce un controllo preciso della quantità di accoppiamento dipolare 1H-1H che contribuisce all'esperimento. Scegliendo accuratamente le condizioni sperimentali, il nuovo metodo SSNMR permette di ottenere spettri protonici ben risolti di campioni organici solidi da cui ricavare le distanze 1H-1H per specifiche coppie di nuclei con impressionante precisione. L'applicazione a due sistemi modello ha dimostrato che il metodo permette di ottenere una risoluzione strutturale 10-50 volte maggiore di quella attualmente raggiungibile con altri metodi per l'analisi strutturale dei solidi.

I risultati di SSNMRMETHOD rappresentano un importante passo avanti della tecnologia disponibile per la determinazione quantitativa delle strutture dei solidi usando atomi di idrogeno. È direttamente applicabile agli studi sui farmaci e, per la prima volta, permette l'analisi della rete di legami dell'idrogeno che spesso stabilizza la struttura sovramolecolare di numerosi solidi organici. L'analisi ad alta risoluzione rapida ed economicamente fattibile di molecole organiche porterà senza dubbio a scoperte e innovazioni in settori che vanno dalla biomedicina all'energia e l'ambiente.

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