Conception assistée par ordinateur d'agents polarisants pour la RMN

Publié par Redbran le 22/02/2019 à 14:00
Source: CEA
Des chercheurs de l'Inac proposent une nouvelle famille d'agents polarisants très efficaces pour la RMN couplée à la polarisation dynamique nucléaire. Des simulations numériques les ont aidés à concevoir des biradicaux asymétriques à base de nitroxydes (NO.), associant un radical dérivé de la pipéridine* et un autre, dérivé d'un pyrrole*.

La polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait d'appliquer une tension pour créer du...) dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) (Dynamic Nuclear Polarization, DNP) permet d'exacerber la sensibilité de l'analyse chimique par résonance magnétique nucléaire (La résonance magnétique nucléaire (RMN), aussi dénommée par son application la plus connue l'imagerie par résonance magnétique (IRM), est une technique...) (RMN), grâce à un transfert de polarisation électron-noyau. Cette technique, associée à un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une...) élevé, est en passe de révolutionner la spectroscopie RMN de l'état solide, aussi bien en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et...) qu'en science des matériaux (La science des matériaux repose sur la relation entre les propriétés, la morphologie structurale et la mise en œuvre des matériaux qui constituent les objets qui nous entourent (métaux,...), sous réserve de la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit équipement ou système est opérationnel par la durée totale...) de molécules polarisantes suffisamment efficaces.

Les chimistes de l'Inac et leurs collaborateurs ont développé des outils de simulations avancées, permettant de relier la structure de la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...) polarisante à son efficacité DNP. Ils les ont appliqués à des molécules composées de deux cycles radicalaires. Grâce à leurs simulations, ils ont pu contraindre la distance et l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) relative entre les deux cycles. Ils ont pu également peaufiner les caractéristiques de cette famille d'agents polarisants, baptisée AsymPol. Ils ont ainsi ajouté une liaison double C=C dans le cycle en C5 pour en améliorer la rigidité, remplacé les méthyles (CH3) par des groupements cycliques pour ralentir la relaxation des spins électroniques ou encore introduit des phosphates pour augmenter la solubilité des molécules dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.).

Des études expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan...) et théorique approfondies montrent que deux membres de cette famille offrent des gains en sensibilité substantiels, tant à 9,4 qu'à 18,8 teslas. Leur efficacité et leur robustesse ont été en particulier observées en analysant la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) à haute résolution d'un important catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans...) industriel, à 18,8 teslas.

Ce travail met en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) le rôle essentiel des simulations numériques dans la conception d'agents polarisants.

Notes:
*Pipéridine: C5H11N
*Pyrrole: C4H4NH


Références

Computationally Assisted Design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et conformes aux...) of Polarizing Agents for Dynamic Nuclear Polarization Enhanced NMR: The AsymPol Family, J. Am. Chem. Soc.
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