Ensemble-averaged Ab initio Magnetresonanz und Magnetdoppelresonanz Spektra und Linienformen in heterogenen kondensierten Systemen.

• Antragsteller: Dr. Hossam Elgabarty
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398046241

Die Charakterisierung der mikroskopischen Struktur und der molekularen Dynamik in Festkörpern und Flüssigkeiten, die weitreichende Ordnung haben, ist nach wie vor ein Herausforderung, vor allem für heterogene Medien mit vielen Komponenten. Eine der leistungsstärksten Techniken zur Untersuchung solcher Systeme ist die Magnetresonanz (MR) -Spektroskopie.Um die Information in einem Magnetresonanzspektrum zu verstehen, braucht man eine Theorie, welche das Spektrum mit der zugrundeliegenden Molekülstruktur und Dynamik zu verbinden. Allerdings sind die Spektren meist sehr kompliziert, und selbst mit einer Theorie ist ihre genaue Anwendung für solche komplizierten Fälle eine gewaltige Aufgabe, die weit über die heutigen Rechenfähigkeiten hinausgeht. Hier ist der umgekehrten was, die Berechnung des Spectrums aus computer ist sehr wertvoll. In diesem Projekt schlage ich mehrere Entwicklungen in dieser Richtung vor. Konkret beabsichtige ich, die Anwendung molekularer Simulationsmethoden, um Magnetresonanz- und magnetische Doppelresonanzspektren zu verstehen.Unser Ziel ist, mehrere theoretische Techniken zusammen zu kombinieren und sorgfältig getestete Methoden zu entwickeln, die bei der Interpretation der Ergebnisse einiger der leistungsfähigsten Magnetresonanztechniken helfen können.Die erste Technik auf die wir uns konzentrieren möchten, ist "ENDOR", eine magnetische Doppelresonanztechnik, die detaillierte Kenntnisse über die Struktur heterogener Medien um eine molekulare Sonde liefert. Zuerst werden wir einige grundlegende Fragen bezüglich der genauen Beziehung zwischen der Struktur der Sonde, der kondensierten Phase und dem Spektrum klären. Unser langfristiges Ziel ist es, eine sorgfältig getestete Toolbox zu entwickeln, die das ENDOR-Spektrum aus einem virtuellen molekularen System berechnet und iterativ das molekulare System modifiziert, bis die beste Übereinstimmung mit dem Experiment erreicht ist.Die zweite Technik ist "dynamische Kernpolarisation" oder "DNP", eine weitere Doppelresonanztechnik, die eng mit ENDOR verwandt ist. In einem überraschenden jüngsten Befund wurde eine besonderer Variante von DNP entwickelt, welche in isolierenden Festkörpern Spektrum zu verbessern; ein Befund, der etablierten Kenntnis widerspricht. Wir haben uns vor kurzem diesem verwirrende Resultat gewidment und es erfolgreich erklärt. In diesem Projekt möchten wir unser Modell weiterentwickeln und dadurch neue Vorhersagen ermöglichen, die die experimentellen Entwicklungen begleiten können.Zuletzt möchten wir einen grundlegenden Aspekt der Magnetresonanz untersuchen. Wir wollen eine quantitative Verbindung zwischen der indirekten (elektronenvermittelten) magnetischen Kopplung zwischen Atomkernen in kondensierten Phasen und den Eigenschaften der Wasserstoffbindung, ihrer Geometrie und ihrer Kovalenz herstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Thomas D. Kühne