Untersuchung von molekularen Erkennungsprozessen in Interphasen mit modernen Methoden der High-Resolution- (HR) und HR-MAS-Suspensions-NMR-Spektroskopie

Abstract

Die molekulare Erkennung stationärer Trennphasen für die Chromatographie wurde mit Hilfe der Kernresonanzspektroskopie charakterisiert. Großes Augenmerk wird in letzter Zeit auf die Entwicklung von chiralen Trennphasen gerichtet. Cyclodextrine haben sich aufgrund ihrer ringförmigen Hohlraumstruktur als sehr geeignet erwiesen. Zur Untersuchung chiraler Wechselwirkungen bieten sich vor allem 2D NMR-Techniken an, mit denen es möglich ist Interaktionen über den Raum hinweg zu detektieren. Gerade bei Makromolekülen hat sich das ROESY-NMR-Experiment als günstig erwiesen, welches eindeutige Zuordnungen auftretender Kreuzsignale ermöglicht. Durch Anwendung des 2D ROESY-NMR-Experiments unter Hochauflösungsbedingungen konnte zwischen Cyclodextrin und Ephedrinisomeren die Bildung von Einschlusskomplexen detektiert werden. Eine Diskriminierung ergab sich dabei durch verschiedene Wechselwirkungen der Ephedrinseitenketten mit der Cyclodextrinaußenseite. Für die Untersuchung von stationären Phasen auf Kieselgelbasis besonders geeignet ist die HR-MAS-Suspensions-NMR-Spektroskopie. Durch Zugabe eines Lösungsmittels kann die Mobilität der unlöslichen stationären Phasen erhöht werden und es resultieren NMR-Spektren mit verbesserter Auflösung. Vorteilhaft ist, dass ähnliche Bedingungen geschaffen werden, wie sie in der Trennsäule vorliegen und es können die Untersuchungen zur molekularen Erkennung direkt an den Rezeptorstellen stattfinden. Die Untersuchungen zeigen, dass es möglich ist Wechselwirkungen an stationären Kieselgelphasen zum Analyten zu detektieren und Unterschiede in der Stärke der Interaktionen zuzuordnen. Die Anwendung eines 2D NMR-Experiments, welches auf der Korrelationszeitabhängigkeit des NOE-Effekts beruht, ermöglicht die empfindliche Charakterisierung. Untersucht wurde die Erkennung einer chiralen stationären Phase, zu zwei Enantiomeren des Leucins, die Kongruenz zu chromatographischen Resultaten wurde eindeutig festgestellt.

The synthesis and development of new stationary phases for chromatographic separations is of increasing interest. To optimize the parameters the NMR technique is a useful method to estimate molecular recognition of new stationary phases. Moreover, there is a big interest to develop new chiral stationary phases due to the demanding separation of drug enantiomers. Cyclodextrins and derivatives are of high interest for the reason of their cavity in which the discrimination of enantiomers will occur. Determination of interactions between the cyclodextrin and the analyte molecules is contented using the 2D NMR experiment ROESY. Therefore, it was possible to observe inclusion complexes formed between a modified cyclodextrin and the enantiomers of ephedrine. Chiral discrimination was found according to different interactions of the analyte side chain at the outside of the cavity. To look into molecular recognition of silica based stationary phases the HR MAS NMR spectroscopy was found to be an effective technique. With this method it is possible to investigate non-soluble compounds by adding solvent, which improves the mobility of the molecule fragments and the resolution of the resulting NMR spectra. The suspended-state spectroscopy allows also doing the investigations under similar conditions as chromatographic separations. Hence direct comparisons of the results are possible. A 2D NMR experiment based on the dependency of the NOE from the molecular correlation time allows a very sensitive characterization of interactions between stationary phases and analyte molecules that will lead to screening experiments with compound libraries. By using the trNOESY NMR experiment it was possible to observe the interaction between a chiral stationary phase and the enantiomers of leucin. The differences of chiral discrimination between both enantiomers are visible and the agreement to chromatographic results is evidently demonstrated.