Kernspinpolarisation durch Orthodeuterium

Abstract

Bei der Übertragung von kernspinpolarisiertem molekularem Wasserstoff ¹H₂ auf ein unsymmetrisches Substrat bei einer homogen-katalytischen Hydrierung können im NMR-Spektrum deutlich verstärkte Signale in Emission und in Absorption auftreten (PHIP-Effekt, <i>Parahydrogen Induced Polarization</i>). Dieser Effekt tritt auch dann auf, wenn anstelle von ¹H₂ spinpolarisiertes Deuterium D₂ verwendet wird (ODIP <i>Orthodeuterium Induced Polarization</i>). Hierbei bestehen jedoch deutliche Einschränkungen gegenüber der Verwendung von ¹H₂, vor allem durch die effiziente quadrupolare Relaxation der Deuteronen und die geringere Anreicherung von Orthodeuterium, die in einem thermischen Verfahren erzielt wird. In der Arbeit wird gezeigt, dass die ODIP-NMR dennoch eine Messmethode darstellt, die in einem gewissen Rahmen standardmäßig wie die PHIP-Methode einsetzbar ist. Die Anreicherung kann mit dem gleichen technischen Equipment durchgeführt werden. Eine Reihe von <i>in situ</i> Untersuchungen mit verschiedenen Katalysesystemen wird vorgestellt, in denen ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis erreicht wird. Es zeigt sich hierbei, dass die Kinetik der Reaktion gegenüber der Relaxation der Deuteronen eine untergeordnete Rolle spielt und mit der ODIP-Methode nicht mehr erfassbar ist. Des weiteren werden erstmals Spektren vorgestellt, die unter ALTADENA-Bedingungen aufgenommen wurden, d.h. bei denen die Reaktion im Erdmagnetfeld durchgeführt und die Probe anschließend in den Magneten verbracht wird. Bei einigen Katalysesystemen kommt es zu einem Transfer der Polarisation auf benachbarte Protonen. Ferner treten in bestimmten Fällen Signalmuster im Deuteriumspektrum auf, die nicht ohne weiteres erklärt werden können. Zur Deutung dieses Phänomens wird ein Transfer-Rücktransfer-Mechanismus der Polarisation vorgeschlagen. Eine Untersuchung der T₁-Relaxationszeiten konnte diese Annahme jedoch nicht bestätigen.