Новые тренды в спиновой химии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-63-46034

НазваниеНовые тренды в спиновой химии

Руководитель Юрковская Александра Вадимовна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт "Международный томографический центр" Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №46 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (ведущие ученые)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-504 - Электронно-возбужденные системы, фотохимия, радиационная химия, спиновая химия

Ключевые слова спиновая химия, ХПЯ, гиперполяризация, МАРИ, ЯМР с переключением поля

Код ГРНТИ31.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Настоящий проект посвящен решению актуальных проблем спиновой химии в рамках сложивших трендов в данной области науки. Спиновая химия – это область науки, связанная с ролью магнитных взаимодействий и спиновых степеней свободы при протекании быстрых химических реакций. Спиновая химия объединяет ряд явлений, таких как магнитные эффекты при рекомбинации радикальных пар, химическая поляризация электронов и ядер, косвенные методы регистрации магнитного резонанса, и позволяет исследовать короткоживущие парамагнитные частицы. Современные тренды в области спиновой химии связаны как с развитием и применением традиционных подходов, так и с расширением методологии для решения актуальных задач квантового компьютинга, спинтроники и фотовольтаики, а также для изучения парамагнитных дефектов в кристаллах, таких как NV- центры в алмазах и дефекты в кристаллах карбида кремния. Настоящий проект связан с работой по всем указанным направлениям с использованием мощного арсенала методов и подходов спиновой химии. Конкретные задачи проекта связаны с разработкой методик спиновой химии, которые позволят повысить чувствительность регистрации короткоживущих парамагнитных частиц и исследовать молекулярные системы, такие как замещенные дифенилацетилены. В проекте запланировано развитие методик спиновой гиперполяризации, индуцируемой химическими реакции, которое позволит добиться значительных – на порядки величины – усилений сигналов в спектрах магнитного резонанса и детально охарактеризовать радикальные интермедиаты реакций с участием биологически важных молекул, таких как структурные единицы белковых молекул и ДНК. Исследования спиновой динамики электрон-ядерных спиновых систем в рамках проекта позволит получить новые результаты в области квантового компьютинга с использованием электронных и ядерных спинов, а также управлять реакционной способностью радикальных пар. Данные исследования будут подкреплены развитием теоретической спиновой химии, что также позволит изучить магнитные и спиновые явления в точечных дефектах в кристаллах карбида кремния и детально охарактеризовать такие дефекты. В качестве ведущих ученых в работе по проекту примут участие академик РАН К. М. Салихов и проф. Х.-М. Фит (Германия) – сотрудничество с ними позволит проводить исследования широкого профиля на высоком научном уровне и обогатит коллектив участников проекта из МТЦ СО РАН и ИХКГ СО РАН. Ожидается, что помимо научных результатов данное сотрудничество будет способствовать профессиональной подготовке кадров и позволит написать новую современную монографию по спиновой химии, сформулировав при этом современные парадигмы данной области науки. Актуальность проекта обусловлена неисчерпаемыми возможностями методов спиновой химии и ее перспективными приложениями в смежных областях науки, таких как спинтроника, фотовольтаика, физика твердого тела, магнитный резонанс и квантовый компьютинг. Новизна проекта связана с применением оригинальных новых методов, связанных с исследованием магнитных эффектов и спиновой гиперполяризации, с исследованием новых молекулярных систем, таких как замещенные дифенилацетилены, с развитием теоретической спиновой химии, а также с оригинальными постановками задач, связанных с решением актуальных вопросов квантового компьютинга и физики твердого тела. Таким образом, работа в рамках предлагаемого проекта будет способствовать развитию и широкому применению методологии спиновой химии, решению широкого круга актуальных задач в смежных областях науки и развитию научного сотрудничества между российскими и зарубежными учеными в заявленной области исследований.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Козиненко В.П., Кирютин А.С., Кнехт С., Бунтковски Г., Фит Х.М., Юрковская А.В., Иванов К.Л. Spin dynamics in experiments on orthodeuterium induced polarization (ODIP) JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, Том: 153 Выпуск: 11 Номер статьи: 114202 (год публикации - 2020)
10.1063/5.0022042

2. Сосновский Д.В., Иванов К.Л. Level-crossing induced spin phenomena in SiC: a theoretical study Physical Review B (год публикации - 2020)

Публикации

1. Морозова О.Б., Стась Д.В., Юрковская А.В. Kinetic evidence for the transiently shifted acidity constant of histidine linked to paramagnetic tyrosine probed by intramolecular electron transfer in oxidized peptides Physical Chemistry Chemical Physics, том 23, стр. 16698-16706 (год публикации - 2021)
10.1039/d1cp02408f

2. Жуков И. В., Кирютин А. С., Панов М. С., Фишман Н. Н., Морозова О.Б., Лукзен Н.Н., Иванов К. Л., Фит Х.-М., Сагдеев Р. З., Юрковская А.В. Exchange interaction in short-lived flavine adenine dinucleotide biradical in aqueous solution revisited by CIDNP (chemically induced dynamic nuclear polarization) and nuclear magnetic relaxation dispersion Magnetic resonance, том 2, номер 1, стр. 139–148 (год публикации - 2021)
10.5194/mr-2-139-2021

3. Стась Д. В., Багрянский В. А., Молин Ю. Н. Simple rules for resolved level-crossing spectra in magnetic field effects on reaction yields Magnetic resonance, том 2, стр. 77–91 (год публикации - 2021)
10.5194/mr-2-77-2021

4. Шеберстов К. Ф., Козиненко В. П., Кирютин А. С., Фит Х.-М., Циммерман Г., Иванов К. Л., Юрковская А. В. Hyperpolarization of cis-15N,15N'-azobenzene by parahydrogen at ultralow magnetic fields ChemPhysChem, том 22, стр. 1527– 1534 (год публикации - 2021)
10.1002/cphc.202100160

5. Шеберстов К. Ф., Чучкова Л., Жуков И. В., Кирютин А. С., Ештуков А. В., Чешков Д. А., Барский Д. А., Бланшард Дж. В., Будкер Д., Иванов К. Л., Юрковская А. В. Photochemically Induced Dynamic Nuclear Polarization of Heteronuclear Singlet Order The Journal of Physical Chemistry Letters, том 12, стр. 4686−4691 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.jpclett.1c00503

6. Морозова О. Б., Юрковская А. В. Reduction of transient histidine radicals by tryptophan: influence of the amino group charge Physical Chemistry Chemical Physics, Том 23, выпуск 10, стр. 5919-5926 (год публикации - 2021)
10.1039/D0CP06366E

7. Багрянский В. А., Боровков В. И., Молин Ю. Н. Time-Resolved Magnetic Field Effect in the Spin-Dependent Recombination of Immobile Radical Ion Pairs Applied Magnetic Resonance (год публикации - 2021)
10.1007/s00723-021-01368-5

Публикации

1. Бакиров М.М., Хайрутдинов И.Т., Салихов К.М., Шварц Р.Н., Бейлс Б.Л. The Effect of Power Saturation on the Line Shapes of Nitroxide Spin Probes Under the Influence of Spin‑Exchange and Dipole–Dipole Interactions Studied by CW EPR Springer Nature Applied Magnetic Resonance, Applied Magnetic Resonance (2022) 53:1275–1315 (год публикации - 2022)

2. Стась Д.В., Багрянский В.А., Молин Ю.Н. Simple rules for resolved level-crossing spectra in magnetic field effects on reaction yields Magnetic Resonance, том 2, выпуск 1, стр. 77-91 (год публикации - 2021)
10.5194/mr-2-77-2021

3. Фишман Н.Н., Морозова О.Б., Фит Х.М., Юрковская А.В. Reduction of thymine radicals by Tryptophan: A study of CIDNP kinetics Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry, том 426, стр. 113761 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jphotochem.2021.113761

4. Жуков И. В., Кирютин А. С., Панов М. С., Фишман Н. Н., Морозова О.Б., Лукзен Н.Н., Иванов К. Л., Фит Х.-М., Сагдеев Р. З., Юрковская А.В. Exchange interaction in short-lived flavine adenine dinucleotide biradical in aqueous solution revisited by CIDNP (chemically induced dynamic nuclear polarization) and nuclear magnetic relaxation dispersion Magnetic Resonance, том 2, выпуск 1, стр 139-148 (год публикации - 2021)
10.5194/mr-2-139-2021

5. Стась Д.В. Geometrization for Energy Levels of Isotropic Hyperfine Hamiltonian Block and Related Central Spin Problems for an Arbitrarily Complex Set of Spin-1/2 Nuclei International Journal of Molecular Sciences. 2022, 23, 15199., том 23, стр.15199 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms232315199