Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Работа исполнителей проекта в 2020 году была связана с развитием методик индуцируемой параводородом поляризации ядер (ИППЯ), в частности, с применением подхода SABRЕ (усиление сигнала обратимым обменом). Такие методики являются перспективными для значительного (на порядки величины) повышения чувствительности регистрации сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В ходе работ по проекту особое внимание было уделено развитию методик переноса поляризации и исследованию «долгоживущих» спиновых состояний, а также получению новых субстратов для гидрирования и новых катализиторов для переноса поляризации. Эти результаты помогут решить основную задачу проекта – разработать методы получения долгоживущей спиновой гиперполяризации с использованием параводорода. В 2020 году получены следующие важнейшие результаты: [1] Проведено усовершенствование имеющейся в МТЦ СО РАН уникальной установки для быстрого переключения поля в ЯМР экспериментах. Данная установка является приставкой для ЯМР спектрометра, позволяющей быстро и контролируемым образом переключать магнитное поле в диапазоне 5 нанотесла - 9.4 тесла. В результате усовершенствования установка оснащена набором дополнительных магнитных катушек, которые позволяют возбуждать ЯМР переходы в слабых и ультраслабых полях (в диапазоне частот от 2 Гц до 85 кГц, что соответствует частотам ЯМР протонов в полях от 50 нТл до 2 мТл). Проведены тестовые эксперименты возможностей возбуждения спиновых переходов частотами аудио-диапазона, позволившие косвенным образом зарегистрировать ЯМР переходы для протонов воды в слабых и ультраслабых полях. Проведены первые тестовые эксперименты системы с возбуждением на низких частотах с целью реализации гетероядерной развязки для увеличения времени жизни синглетного порядка селективно 13С-меченного производного нафталина. Показано, что развязка на частоте спинов дейтерия позволяет примерно в полтора раза увеличить время жизни синглетного состояния пары спинов 13С. Магнитная система также усовершенствована для осуществления контролируемого переключения поля в целях реализации эксперимента по адиабатической инверсии магнитного поля. Для этого в имеющейся системе электромагнитов, расположенных внутри магнитного экрана, к катушке настройки магнитного поля подключен генератор сигналов произвольной формы. Данная схема позволяет переключать поле в диапазоне от –100 микротесла до 100 микротесла, позволяя реализовать переключение с любым заданным профилем. [2] Получены первые результаты по переносу поляризации между гетероядрами под действием адиабатической инверсии магнитного поля. Данные получены для молекулы метилпропиолата, имеющей 4 изотопомера с одним атомом 13С (в различных положениях). В экспериментах изучен перенос равновесной поляризации спинов в сильном магнитном поле, которая имеет различную величину для протонов и ядер 13С. Для всех изотопомеров метилпропиолата при времени переключения поля, совместимой с режимом адиабатического переключения поля (времена порядка 1 сек), получен эффективный перенос поляризации на ядра 13С. [3] Получены новые результаты по разработке методов «алгоритмического охлаждения» с использованием синглетного спинового порядка. Проведены эксперименты для производного нафталина с двумя 13С метками, в которых многократно использовался цикл (конверсия намагниченности в синглетный порядок спинов)-(релаксация намагниченности). В данном случае алгоритмическое охлаждение (т.е. увеличение поляризации спиновой системы) возможно благодаря наличию в ней двух реласационных мод. Оптимизированы ЯМР импульсы, которые обеспечивают высокую степень конверсии спиновой намагниченности в синглетный порядок спинов (и обратной конверсии). Протестированы различные схемы алгоритмического охлаждения, показано, что оптимальная схема дает населенность синглетного порядка примерно 0.85 (достигается после 6 циклов конверсии), тогда как однократная конверсия намагниченность=>(синглетный порядок) дает максимальную эффективность конверсии, равную 2/3. С помощью алгоритмического охлаждения удалось увеличить сигнал ЯМР пары спинов в 1.21 раз (по сравнению с сигналом в равновесном спектре). Получены новые данные по алгоритмическому охлаждению в 15N меченом транс-азобензоле. Данная молекула содержит не только пару спинов 15N, имеющую долгоживущее синглетное состояние, так и ядра другого типа (здесь – протоны). Детально исследована эффективность генерации синглетного порядка спинов 15N при многократной конверсии протонной намагниченности. В контрольном эксперименте амплитуда генерируемого долгоживущего состояния была на 18% меньше, чем при 5 циклах накачки. При этом уже за 3 цикла накачки достигалось 96% от максимальной величины. Максимальная амплитуда долгоживущего сигнала соответствовала 157% от сигнала 15N в термодинамическом равновесии. [4] Разработаны синтетические подходы к получению новых иридиевых катализаторов для переноса поляризации по методу SABRE с фосфит-содержащими лигандами, изучено строение и структура этих комплексов. Получены катализаторы переноса поляризации, содержащие гетероядра в составе некоординирующего противоиона. Получены данные по генерации поляризации SABRE протонов и ядер 15N с их использованием; в качестве субстрата использовался пиридин. Определено оптимальное магнитное поле для переноса поляризации, во всех случаях равное примерно 9 мТл. Наибольшие усиления были получены для комплекса IrImes(COD)PF6, которые составили 305, 216 и 290 для орто-, мета- и пара-протонов пиридина, соответственно. В случае часто используемого в экспериментах SABRE катализатора IrImes(COD)Cl достигаемые усиления несколько выше: 512, 350 и 510 для орто-, мета- и пара-протонов (для тех же экспериментальных условий, таких как температура, концентрации веществ, магнитное поле и давление параводорода). Для всех комплексов получены полевые зависимости коэффициентов усиления сигналов ядер 15N пиридина. Использование комплекса IrImes(COD)PF6 в данном случае позволило получить усиления сигналов 15N равное 34 500, что превосходит значение 6 200, достигаемое при использовании IrImes(COD)Cl. [5] Разработаны синтетические подходы к получению непредельных сложных эфиров фосфорной кислоты, изучена кинетика их гидролиза с зависимости от значения pH и определены времена спин-решеточной релаксации ядер фосфора в этих соединениях. Изучено гидрирование ненасыщенных производных фосфорной кислоты параводородом в условиях эксперимента PASADENA. Определены коэффициенты усиления сигналов протонов и ядер фосфора, подобраны оптимальные значения величины магнитного поля для переноса поляризации на ядра фосфора 31P. Наибольшие усиления сигналов протонов, полученные в результате гидрирования в сильном поле, были достигнуты при использовании диэтилпропаргилфосфата и составили 5 700 и 5 500. Для диэтилпропаргилфосфата удалось осуществить эксперимент по переносу поляризации при гидрировании субстрата в поле 540 нТл; получен коэффициент усиления сигнала ядер 31P, равный 18. [6] Получены новые результаты по генерации ИППЯ гетероядер для этилацетата и аллилпирувата. Для обоих соединений была рассчитана и измерена зависимость эффективность переноса ИППЯ на ядро 13С от величины внешнего магнитного поля и определены оптимальные поля для переноса поляризации, составившие 400 нТл для этилацетата и 200 нТл для аллилпирувата. Использование оптимальных магнитных полей позволило получить усиления сигнала в 900 раз (0.72% поляризации 13С) для этилацетата и в 5100 (4.2% поляризации 13С) и 3140 (2.6% поляризации 13С) раз для двух форм аллилпирувата. Для переноса ИППЯ в сильном магнитном поле для данных соединений был использован метод PH-INEPT+, оптимальные задержки которого были рассчитаны численно. При переносе ИППЯ в сильном поле в этилацетате усиление сигнала составило 800 раз (0.65% поляризации 13С). В случае аллилпирувата метод PH-INEPT+ демонстрирует крайне низкую эффективность переноса (усиление ~ 10), что обусловлено малостью констант взаимодействия между протонами и ядром 13С. Для преодоления данной проблемы была предложена модификация метода PH-INEPT+ под названием PH-ECHO-INEPT+, включающая дополнительный блок спинового эха. Использование данной последовательности с рассчитанными оптимальными задержками позволило получить усиления 161 (0.13% поляризации 13С) и 824 (0.64% поляризации 13С) для двух форм аллилпирувата в сильном поле. [6] Получены новые данные о взаимодействии комплексов [Ni(PR12NR22)2]2+ (где PR12NR22 = 1,5-R2-3,7-R1-1,5-диаза-3,7-дифосфациклооктан) с трифторуксусной кислотой и молекулярным водородом. Такие комплексы являются синтетическим аналогом гидрогеназы и могут использоваться для генерации и окисления Н2. На основе таких комплексов ранее были получены эффективные катализаторы с характеристиками, сравнимыми с таковыми для ферментов гидрогеназы. ЯМР исследование было направлено на изучение (i) переноса протона на атом азота с добавленной в реакционную систему кислоты либо с гидрида Ni(II), (ii) связывания H2 с атомом никеля, (iii) его гетеролитического расщепления в координационной сфере металла. Про помощи ЯМР методов охарактеризованы комплексы никеля, полученные после взаимодействия с молекулярным водородом. Так, установлены положения линий в протонном спектре ЯМР для молекулярного водорода в комплексе, а также охарактеризованы изменения линий лигандов в спектрах ЯМР для протонов и фосфора. При помощи исследования переноса ЯМР насыщения исследованы процессы обмена молекулярного водорода между свободной формой и Н2, связанным с никелевым комплексом. Проведены эксперименты с параводородом, выявившие новые эффекты для одного из комплексов: обнаружен антифазный сигнал Н2, свидетельствующий (а) об обратимом присоединении Н2 к комплексу и (б) о химической неэквивалентности протонов в комплексе. Влияние ЯМР облучения на различных частотах на антифазный сигнал ЯМР позволило охарактеризовать комплексы с молекулярным водородом. Показано, что такие эксперименты дают более детальную информацию о комплексах с молекулярным водородом по сравнению со стандартными экспериментами по переносу насыщения. [7] Получены данные по переносу поляризации в ультраслабых полях в 13С, 15N-меченых аминокислотах лейцин и лизин. Показано, что в полях порядка 100 нТл основной вклад в перенос поляризации дает когерентный механизм, обеспечивающий быстрый перенос внутри каждой подсистемы взаимодействующих спинов, в том числе, спинов гетероядер. Перенос поляризации возможен даже если прямое взаимодействие между спинами близко к нулю, но каждый из них взаимодействует с другим спином либо группой спинов. Таким образом, в ультраслабых поля, где обеспечивается условия «сильной связи» всей спиновой системы, обеспечивающее перенос поляризации между любыми двумя спинами системы. Данный результат открывает путь к экспериментам по гетероядерной полной корреляционной спектроскопии (TOCSY) – аналогично популярной гомоядерной методике TOCSY такой подход позволяет выявить подсистемы взаимодействующих спинов в сложной молекуле. [8] Получены новые данные по поляризации SABRE для ядер 15N в молекуле метронидазола. Показано, что в каждом из трех изотопомеров метронидазола возможна генерация поляризации ядер 15N. Для изотопомера, в котором атом азота координирует к комплексу SABRE поляризация ядер 15N наиболее эффективна и объясняется прямым переносом спиновой поляризации с параводорода на азот. В двух других изотопомерах, где прямое взаимодействие атома азота с параводородом в комплексе пренебрежимо мало, перенос поляризации существенно менее эффективен и объясняется переносом поляризации с параводорода на протон метронидазола с последующим переносом поляризации на атом азота. Для гиперполяризованных молекул метронидазола проведены измерения зависимости времени релаксации поляризации 15N в широком диапазоне полей (от ультраслабых полей порядка 100 нТл до 9.4 Тл). Эксперименты проведены в смеси этанола, метанола и воды, изучено поведение релаксации как в дейтерированном, так и в протонном растворителе. Показано, что в таких зависимостях есть широкое плато, для которого времена релаксации оказываются весьма длинными, достигая нескольких сотен секунд в дейтерированном растворителе. Это позволяет сформулировать оптимальные условия для приготовления и хранения поляризации – приготовление поляризации в поле порядка 500 нТл и ее хранение в поле, находящемся в диапазоне 100 мТл - 1 Тл.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Работа исполнителей проекта в 2021 году была связана с развитием методик индуцируемой параводородом поляризации ядер (ИППЯ), в частности, с применением подхода SABRЕ (усиление сигнала обратимым обменом). Такие методики являются перспективными для значительного (на порядки величины) повышения чувствительности регистрации сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В ходе работ по проекту особое внимание было уделено развитию методик переноса поляризации и исследованию «долгоживущих» спиновых состояний, а также получению новых субстратов для гидрирования и новых катализиторов для переноса поляризации. Эти результаты помогут решить основную задачу проекта – разработать методы получения долгоживущей спиновой гиперполяризации с использованием параводорода. В 2021 году получены следующие важнейшие результаты: 1. Были измерены времена релаксации синглетного порядка двух ядер 13С в дважды меченной производной нафталина, а также в дважды меченной 13С соли ди(тетрабутиламмония) сквараиновой кислоты.в разных магнитных полях. Для производной нафталина установлено, что время жизни синглетного порядка в ультраслабом магнитном поле удлиняется незначительно по сравнению со слабым полем, с 5000 сек до 6000 сек. Для сквараиновой кислоты время жизни синглетного порядка в диапазоне от нулевого магнитного поля до магнитного поля порядка 1 Т не зависит от величины магнитного поля и составляет около 700 секунд, в то время как в больших полях происходит резкое уменьшение времени до 250 секунд. 2. Развита теория и создана программа на Matlab, расчитывающая кинетику релаксации параводорода в присутствие катализатора гидрирования, с которым параводород обратимо образует комплексы. 3. Проведены эксперименты по измерению времени релаксации неравновесной поляризации в системах трех эквивалентных протонов и одного гетероядерного спина 13С соли ацетата натрия в D2O, в которой углерод метильной группы обогащён изотопом 13С (13СН3СOONa). Обнаружено, что кинетика релаксации индивидуальных линий квартета существенно отличается в полях 2 мТл или 100 нТл. Показано, что инверсия четвертой компоненты в квартете в поле 100 нТл указывает на заселение гетероядерных долгоживущих состояний высокой симметрии в системе A3X. 4. Измерена полевая зависимость времени жизни синглетного порядка для термически поляризованных протонов молекулы этил циннамата, в которой спины протонов образуют изолированную систему двух спинов. Проведены эксперименты по удержанию синглетного порядка в сильном магнитном поле с помощью РЧ спин-локинга. Показано, что время жизни синглетного порядка протонов в сильном поле в присутствии РЧ спин-локинга более, чем в два раза превышает величину T1 в этом же поле. Также установлено, что при проведении реакции гидрирования в слабом магнитном поле интенсивность сигналов ИППЯ превышает аналогичные сигналы в сильном поле почти на порядок. 5. Для манипулирования спиновыми системами в слабом и ультраслабом магнитном поле была создана система катушек создающая поперечное переменное магнитное поле аудиочастотного диапазона, резонансного частотам переходов между зеемановскими уровнями спинов в этих полях. Система прошла тестирование на образце 80% Н2О + 20% D2O – при включении переменного поперечного магнитного поля появлялись резонансные провалы в интенсивности сигнала ЯМР Н2О вследствие частичного насыщения спектра под воздействием этого поперечного поля. 6. Были проведены эксперименты SABRE с новыми синтезированными катализаторами. Для всех катализаторов было обнаружено значительное усиление поляризации (гиперполяризации) гетероядер, 13C, 19F, 31P; в том числе в ультраслабых полях были зарегистрированы гиперполяризованные сигналы селена 77, содержащийся в одном из катализаторов SABRE. 7. Была измерена зависимость времени T1 релаксации ядер 31P молекулы аденозин-5'-монофосфата (АМР) в широком диапазоне магнитных полей. Показано, что время продольной релаксации атома 31Р остатка фосфорной кислоты молекулы АМР в широком диапазоне промежуточных полей имеет постоянное значение, уменьшаясь только в сильных, выше 1 Тл и ультраслабых (слабее 3 10-6Тл) магнитных полях. 8. Были разработаны синтетические подходы к получению непредельных эфиров фосфорной кислоты, отличающихся быстрой кинетикой отщепления алкильной группы в условиях гидролиза. Было установлено их строение, структура и определены кинетические характеристики гидролиза, а также изучены времен релаксации ядер 31P в производных фосфорной кислоты и продуктах их гидролиза. 9. Были отработаны подходы, направленные на перенос ИППЯ, образовавшейся при гидрировании параводородом непредельных эфиров фосфорной кислоты, на ядра фосфора 31P, определены коэффициенты усиления. 10. Были получены новые комплексы иридия, пригодные для использования в качестве катализаторов переноса поляризации по методу SABRE, содержащие гетероядра в составе противоионов и дополнительных лигандов. 11. Была впервые продемонстрирована возможность переноса спинового порядка с молекул параводорода на ядра 19F слабо координирующихся противоионов в условиях SABRE и определено оптимальное магнитное поле, обеспечивающее максимальное увеличение интенсивности в спектрах ЯМР.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Работа исполнителей проекта в 2022 году по-прежнему была связана с развитием методик индуцируемой параводородом поляризации ядер (ИППЯ) и усиления поляризации обратимым обменом SABRE. В ходе работ в отчетном периоде особое внимание уделялось развитию методик переноса поляризации и исследованию «долгоживущих» спиновых состояний, а также получению новых субстратов для гидрирования и новых катализаторов для переноса поляризации. Эти результаты соответствуют основной задаче проекта – разработке методов получения долгоживущей спиновой гиперполяризации с использованием параводорода. В 2022 году получены следующие важнейшие результаты: 1. Создана (модернизирована) установка по фотооблучению реакционного раствора в ультраслабых магнитных полях вблизи нуля с полностью отсутствующим влиянием источников света на магнитное поле. Измерение профиля магнитного поля показало, что работающие лазеры не искажают положение нулевого поля и не приводят к неоднородностям магнитного поля. Точность определения точки нулевого поля в наших экспериментах составляет 10 нТл. 2. На модернизированной установке проведены эксперименты с азобензолом-15N,15N, используя то свойство азобензола, что он переключается из транс- в цис- состояние под действием света, а цис-азобензол поляризуется в методике SABRE. Изучена зависимость эффективности интегральной поляризации 15N ядер на азобензоле и эффективность заселения долгоживущих синглетных состояний от магнитного поля 3. В слабых магнитных полях 1-100 мТл с использованием нескольких катализаторов, синтезированных в ИНЭОС РАН, обнаружено, что максимальная эффективность заселения долгоживущих состояний в дважды меченном по ядру 15N азобензоле наблюдается вблизи нулевого магнитного поля. Измерены времена релаксации Т1 и времена TLLS жизни долгоживущего синглетного состояния пары ядер 15N состояний в транс-азобензоле. Измеренное время жизни долгоживущего состояния составило 120 с и, как оказалось, не зависит от выбора катализатора. Следует особо подчеркнуть, что каждая точка кинетики синглетного состояния пары ядер азота 15N в данных экспериментах получается за один скан, так как в SABRE эксперименте это гиперполяризованное состояние. 4. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование спиновой динамики ИППЯ при неадиабатическом многократном переключении постоянного магнитного поля. Расчеты проведены для модельной четырех-спиновой системы, состоящей из трех протонов и одного ядра 13С. 5. Проведены эксперименты с селеноцианат-содержащим иридиевым катализатором [Ir(COD)(SIMes)][SeCN], синтезированным в ИНЭОС РАН, в присутствии параводорода в дейтерированном хлороформе. Обнаружены сильно поляризованные гидридные протоны, что является хорошим индикатором процесса SABRE и, следовательно, вероятной большой гиперполяризации ядро селена в ультраслабых магнитных полях. Найдено, что сигнал ортоводорода по мере барботирования смещался в сторону гидридных протонов, что указывает на изменение условий химического обмена между гидридными протонами и свободным растворенным молекулярным водородом. Разные химические сдвиги гидридных протонов указывают на несимметричный характер активной формы катализатора. Появление сателлитов с интенсивностью около 4-5% каждый относительно сигнала на -14.25 м.д. согласуется с химическими сдвигами гидридных протонов в случае, когда координирующийся лиганд Se-CN имеет магнитный изотоп 77Se. 6. На меченом 15N,15N’-азобензоле проведены эксперименты по измерению влияния развязки по протонам в ультраслабых магнитных полях на время жизни синглетного состояния азотной пары спинов 15N,15N’ в азобензоле. Путем приложения поля с частотой нутации для протонов в 200 Гц удалось увеличить время жизни синглетного состояния азобензола с 131 до 553 с в магнитном поле 10 мкТл. 7. Для двух катализаторов (Crabtree и IrImes) получены экспериментальные зависимости скорости спада синглетного состояния водорода (параводорода) по антифазному сигналу молекул водорода от магнитного поля и по зависимости скорости конверсии параводорода в ортоводород в различных магнитных полях (полевая зависимость). Проведено теоретическое исследование зависимости скорости синглет-триплетной конверсии в присутствии катализатора IrImes от магнитного поля, учитывающее химический обмен между комплексами SABRE и свободным молекулярным водородом. Теоретические зависимости качественно совпали с экспериментом. 8. Проведено теоретическое исследование сохранения синглетного порядка двух ядерных спинов при гидрировании параводородом с использованием ряда спин-локинг последовательностей. Оценено возможное усиление сигнала гиперполяризованного продукта в присутствие спин-локинга при разных соотношениях времени долгоживущего синглетного состояния и времени Т1 релаксации. Проведены эксперименты по генерированию гиперполяризации при парагидрировании этилфенилпропиолата до этилциннамата. Использованы схемы генерации с помощью CW метода, а также последовательностями MLEV, DIPSI и WALTZ. При использовании спин-локинга происходило небольшое увеличение гиперполяризации. 9. Проведены эксперименты, в котором образец, содержащий катализатор SABRE (ImesIrCODCl) и субстрат пиридин, поляризовался параводородом в оптимальном магнитном поле (7.5 мТл) и затем производилось вытеснение параводорода термическим (нормальным) водородом. С использованием этой методики проведены эксперименты с двумя концентрациями катализатора SABRE ImesIrCODCl (2 и 4 мМ). Анализ кинетических кривых спада гиперполяризации орто-протонов пиридина показал, что использование термического водорода сразу после поляризации параводородом снижает стартовую поляризацию субстрата. Можно утверждать, что в отличие от инертного газа, который вытесняет водород полностью, термический водород является стоком поляризации и тем самым ускоряет релаксацию гиперполяризации пиридина. Получены зависимости неравновесной поляризации ортоводорода в этих экспериментах при двух концентрациях катализатора. В обоих случаях наблюдалось влияние замещения термическим водородом, которое было не одинаковым по сравнению с замещением гелием. Это указывает на перенос поляризации с протонов поляризованного пиридина на термический водород, происходящий при образовании пиридином и водородом совместного комплекса с катализатором. Также обнаружено, что при повышенной концентрации катализатора этот перенос происходит эффективнее. 10. Изучен процесс переноса гиперполяризации с молекул параводорода на различные гетероядра для ненасыщенных производных фосфорной кислоты с использованием спонтанного переноса в сильном и слабом поле, а также при применении импульсной последовательности PH-ECHO-INEPT+, при этом конечное усиление сигнала 31P является одним из самых больших среди полученных с использованием подхода ИППЯ. 11. На модельной системе трис(триметилсилил)фосфата показано, что проблема синтеза легкогидролизуемых ненасыщенных сложных эфиров фосфорной кислоты, пригодных для получения гиперполяризованного неорганического фосфата, может быть решена за счет использования гидролитической нестабильность связи Si-O. 12. Изучено влияние противоиона и строения карбенового лиганда на эффективность переноса поляризации с параводорода на ядра катализатора и пиридинового лиганда в условиях SABRE с использованием фосфит-содержащего иридиевого катализатора в широком диапазоне магнитных полей. 13. Изучена возможность переноса поляризации с молекул параводорода на цианидный противоион карбенового иридиевого комплекса в условиях SABRE. Продемонстрировано, что значительные по величине константы спин-спинового взаимодействия позволяют эффективно перенести поляризацию на ядро 13C цианидного лиганда, что позволяет многократно усилить интенсивность его сигнала даже в тех случаях, когда его невозможно зарегистрировать в случае термической поляризации ядер.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Коллективами ИНЭОС РАН и МТЦ СО РАН были проведены тестовые эксперименты с набором синтезированных в ИНЭОС соединений, на основании которых были выбраны перспективные для SABRE соединения, которые не разрушаются при взаимодействии с металлоорганическим комплексом . Наиболее успешные эксперименты по гиперполяризации азота 15N, протонов и 77Se были выполнены с использованием 3-метил[1,2,4]селенодиазоло[4,5-a]пиридин хлорида методом SABRE. Интерес в мире к таким соединениям связан с их фунгицидной активностью и применением в области органической электроники, рецепции и сенсорики, ионного транспорта и органического катализа. В рамках выполнения междисциплинарного проекта на синтезированном коллективом ИНЭОС соединении - 3-метил [1,2,4]селенодиазоло [4,5-a]пиридин хлориде с естественным содержанием изотопов 15N и 77Se в МТЦ СОРАН впервые удалось поляризовать ядра 77Se двумя способами (прямым и через ядра 15N) с коэффициентами усиления сигналов 9000-17000 для ядер 15N и 1100 для ядер 77Se. 2. В мае- июне 2023 в рамках работы по совместному междисциплинарному проекту коллективами ИНЭОС РАН и МТЦ СОА РАН, была окончательно отлажена и запущена в работу ранее изготовленная совместно коллективами установка по барботирования параводородом (степень конверсии 50%) для изучения индуцированной параводородом гиперполяризации в сильных магнитных полях, интегрированная с ЯМР спектрометром Bruker Avance 600 в лаборатории ЯМР ИНЭОС РАН. С применением созданной установки удалось в ИНЭОС РАН выделить первые молекулы-хиты ИППЯ алкильных и аллильных производных цикфосфазенов для дальнейшего более глубокого изучения и оптимизации их гиперполяризации в условиях переменных и осциллирующих магнитных полей на установках в МТЦ СО РАН. 3. Были получены усиления в 23000 и 9200 раз поляризации ядерных спинов 15N цис- и транс-изомеров азобензола, соответственно, по сравнению с сигналами теплового ЯМР при 9,4 Т за счет использования метода усиления сигнала путем обратимого обмена (SABRE) и молекул параводорода в магнитном поле 400 нТл одновременно со световым облучением. Только цис-азобензол способен получить существенную гиперполяризацию своих 15N-спинов непосредственно от параводорода в SABRE за счет когерентного переноса поляризации. Цис-транс фотоизомеризация при сверхнизком магнитном поле под действием света сохраняет образовавшуюся ядерную гиперполяризацию цис-азобензола, что приводит к гиперполяризации ядерных спинов и транс-азобензола, вопреки тому, что прямая координация с Ir-комплексом SABRE стерически затруднена. Более того, предложенный подход, названный нами PHOTO-SABRE, позволяет гиперполяризовать долгоживущий спиновый порядок 15N-спинов транс-изомера со временем жизни около 25 минут, что значительно превышает обычные времена их спиновой релаксации в высоком (10 секунд) и низком (200 секунд) магнитных полях. Показано, что долгоживущий спиновый порядок в транс-азобензоле формируется при участии всех 1Н и 15N спинов молекулы, поэтому он может быть зарегистрирован по сигналам 15N или 1H методом ЯМР. Поученные результаты опубликованы в совместной с МТЦ СО РАН статье: Kiryutin, A. S.; Kozinenko, V. P.; Yurkovskaya, A. V., Photo-SABRE: Nuclear Spin Hyperpolarization of cis-trans Photoswitchable Molecules by Parahydrogen. ChemPhotoChem 2023, e202300151» https://doi.org/10.1002/cptc.202300151 первый квартиль. 4. Была изучена гиперполяризация ненасыщенных производных фосфорной кислоты – пропаргил- и аллил- при их гидрироровании параводородом. Оптимизированные коэффициенты усиления сигналов ядра 31P при гиперполяризации в переменных магнитных полях (условия ALTADENA) составили 10 для аллильного исходного и 3276 для пропаргильного. Показано, что дальнейшее применение полученных гиперполяризованных продуктов нецелесообразно, поскольку в первом случае (аллильное исходное) достигнут слишком низкий коэффициент усиления при ИППЯ, а во втором случае конечный продукт (аллильный эфир фосфорной кислоты) является нестабильным и быстро гидролизуется в водной среде с потерей поляризации, что затрудняет его применение в качестве агента в МРТ. Поученные результаты опубликованы в совместной с МТЦ СО РАН статье: Zlobina, V. V.; Kiryutin, A. S.; Nikovskiy, I. A.; Artyushin, O. I.; Kozinenko, V. P.; Peregudov, A. S.; Yurkovskaya, A. V.; Novikov, V. V., Parahydrogen-Induced Hyperpolarization of Unsaturated Phosphoric Acid Derivatives. International Journal of Molecular Sciences 2023, 24, (1), 557 (первый квартиль) 5. Впервые на примере нового карбенового комплекса иридия, синтезированного исполнителями из ИНЭОС, с помощью параводорода была продемонстрирована возможность создания высокой степени спиновой поляризации ядер 13С и 15N в цианид-ионе, образующем координационную связь с ионом металла. Константы спин-спинового взаимодействия в синтезированном комплексе и структура гидридного интермедиата определены на основе анализа спектров ЯМР 13С, полученных с использованием широкополосного и селективного подавления взаимодействия с другими ядрами. Показано, что цианид-ион координируется с ионом металла по атому углерода в одной из двух экваториальных позиций, а две молекулы пиридина располагаются в аксиальной и экваториальной позициях. Коэффициенты усиления сигнала для ядер 13С и 15N цианид-аниона (5665 и -49555, соответственно) оценены методом ЯМР-спектроскопии поляризованной подложки по методу SABRE в сверхнизкого магнитного поля 0,5 мкТл. Такое усиление соответствует 15,5%-ной поляризации ядер азота, достигаемой за несколько секунд при комнатной температуре. Поученные результаты опубликованы в совместной с МТЦ СО РАН статье: Zlobina, V. V.; Spiridonov, K. A.; Nikovskii, I. A.; Peregudov, A. S.; Kiryutin, A. S.; Yurkovskaya, A. V.; Polezhaev, A. A.; Novikov, V. V., Spin Order Transfer from a Parahydrogen Molecule to a Cyanide Ion in the Iridium Complex under the SABRE Conditions. Russian Journal of Coordination Chemistry 2023, 49, (8), 471-478 https://doi.org/10.1134/S1070328423600444 6. От имени ИНЭОС РАН и МТЦ СО РАН и с благодарностью данному гранту в ноябре 2023 года была представлена рукопись четвертой статьи для опубликования в J. Magn. Res.: «Magnetic field dependence of the para-ortho conversion rate of molecular hydrogen in SABRE experiments», где была измерена полевая зависимость скорость пара-орто конверсии молекулярного водорода в присутствии катализатора SABRE. Рукопись уже прошла первую экспертизу у трех рецензентов, получены положительные рекомендации либо опубликовать в том видев каком получена и рукопись, либо опубликовать после незначительных изменений («minor changes»), которые необходимо сделать до 10 января 2024года. В данной работе экспериментально и теоретически исследовалась кинетика прихода к пара-орто равновесию свободного молекулярного водорода, который вначале эксперимента находится в пара-состоянии, в присутствие катализатора SABRE, к которому он обратимо присоединяется, кинетика исследовалась в широком диапазоне значений внешнего магнитного поля. В эксперименте кинетика прихода к пара-орто-равновесию отслеживалась по кинетике спада гиперполяризации свободного водорода, которая, как было показано в работе, имеет тоже время спада, что и время прихода молекулярного водорода к пара-орто равновесию. Была создана программа расчета кинетики прихода к равновесию, расчеты по которой показали качественное соответствие теории и эксперимента для зависимости времени прихода к равновесию от внешнего магнитного поля. Полученные в 2023 году результаты были представлены на международных конференциях: 1. 4-й Международный симпозиум «Современные тенденции в химии металлорганических соединений и катализе», посвященный 100-летию со дня рождения академика М.Е.Вольпина, Москва, 23–27 мая 2023 г., ИНЭОС РАН 2. International Hyperpolarization Conference, Leipzig, Germany September 24-28, 2023.