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BDPA-Nitroxide Biradicals Tailored for Efficient Dynamic Nuclear Polarization Enhanced Solid-State NMR at Magnetic Fields up to 21.1 T
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2018-09-25 , DOI: 10.1021/jacs.8b08081
Dorothea Wisser 1 , Ganesan Karthikeyan 2 , Alicia Lund 1 , Gilles Casano 2 , Hakim Karoui 2 , Maxim Yulikov 3 , Georges Menzildjian 1 , Arthur C. Pinon 4 , Armin Purea 5 , Frank Engelke 5 , Sachin R. Chaudhari 1 , Dominik Kubicki 4 , Aaron J. Rossini 4 , Ilia B. Moroz 3 , David Gajan 1 , Christophe Copéret 3 , Gunnar Jeschke 3 , Moreno Lelli 6, 7 , Lyndon Emsley 4 , Anne Lesage 1 , Olivier Ouari 2
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2018-09-25 , DOI: 10.1021/jacs.8b08081
Dorothea Wisser 1 , Ganesan Karthikeyan 2 , Alicia Lund 1 , Gilles Casano 2 , Hakim Karoui 2 , Maxim Yulikov 3 , Georges Menzildjian 1 , Arthur C. Pinon 4 , Armin Purea 5 , Frank Engelke 5 , Sachin R. Chaudhari 1 , Dominik Kubicki 4 , Aaron J. Rossini 4 , Ilia B. Moroz 3 , David Gajan 1 , Christophe Copéret 3 , Gunnar Jeschke 3 , Moreno Lelli 6, 7 , Lyndon Emsley 4 , Anne Lesage 1 , Olivier Ouari 2
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Dynamic nuclear polarization (DNP) solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) has developed into an invaluable tool for the investigation of a wide range of materials. However, the sensitivity gain achieved with many polarizing agents suffers from an unfavorable field and magic angle spinning (MAS) frequency dependence. We present a series of new hybrid biradicals, soluble in organic solvents, that consist of an isotropic narrow electron paramagnetic resonance line radical, α,γ-bisdiphenylene-β-phenylallyl (BDPA), tethered to a broad line nitroxide. By tuning the distance between the two electrons and the substituents at the nitroxide moiety, correlations between the electron-electron interactions and the electron spin relaxation times on one hand and the DNP enhancement factors on the other hand are established. The best radical in this series has a short methylene linker and bears bulky phenyl spirocyclohexyl ligands. In a 1.3 mm prototype DNP probe, it yields enhancements of up to 185 at 18.8 T (800 MHz 1H resonance frequency) and 40 kHz MAS. We show that this radical gives enhancement factors of over 60 in 3.2 mm sapphire rotors at both 18.8 and 21.1 T (900 MHz 1H resonance frequency), the highest magnetic field available today for DNP. The effect of the rotor size and of the microwave irradiation inside the MAS rotor is discussed. Finally, we demonstrate the potential of this new series of polarizing agents by recording high field 27Al and 29Si DNP surface enhanced NMR spectra of amorphous aluminosilicates and 17O NMR on silica nanoparticles.
中文翻译:
为高效动态核极化量身定制的 BDPA-氮氧化合物双自由基在高达 21.1 T 的磁场下增强固态核磁共振
动态核极化 (DNP) 固态核磁共振 (NMR) 已发展成为研究各种材料的宝贵工具。然而,使用许多偏振剂获得的灵敏度增益受到不利的场和魔角旋转 (MAS) 频率依赖性的影响。我们提出了一系列新的混合双自由基,可溶于有机溶剂,由各向同性窄电子顺磁共振线自由基 α,γ-双二亚苯基-β-苯基烯丙基 (BDPA) 组成,连接到宽线氮氧化合物上。通过调整两个电子与氮氧化合物部分的取代基之间的距离,一方面建立了电子-电子相互作用和电子自旋弛豫时间之间的相关性,另一方面建立了 DNP 增强因子之间的相关性。该系列中最好的自由基具有短的亚甲基连接基并带有庞大的苯基螺环己基配体。在 1.3 mm 原型 DNP 探头中,它在 18.8 T(800 MHz 1H 共振频率)和 40 kHz MAS 下产生高达 185 的增强。我们表明,在 18.8 和 21.1 T(900 MHz 1H 共振频率)下,该基团在 3.2 毫米蓝宝石转子中提供了超过 60 的增强因子,这是当今 DNP 可用的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形铝硅酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。它在 18.8 T(800 MHz 1H 共振频率)和 40 kHz MAS 下产生高达 185 的增强。我们表明,在 18.8 和 21.1 T(900 MHz 1H 共振频率)下,该基团在 3.2 毫米蓝宝石转子中提供了超过 60 的增强因子,这是当今 DNP 可用的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形铝硅酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。它在 18.8 T(800 MHz 1H 共振频率)和 40 kHz MAS 下产生高达 185 的增强。我们表明,在 18.8 和 21.1 T(900 MHz 1H 共振频率)下,该基团在 3.2 毫米蓝宝石转子中提供了超过 60 的增强因子,这是当今 DNP 可用的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形铝硅酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。目前可用于 DNP 的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形铝硅酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。目前可用于 DNP 的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形硅铝酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。
更新日期:2018-09-25
中文翻译:
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为高效动态核极化量身定制的 BDPA-氮氧化合物双自由基在高达 21.1 T 的磁场下增强固态核磁共振
动态核极化 (DNP) 固态核磁共振 (NMR) 已发展成为研究各种材料的宝贵工具。然而,使用许多偏振剂获得的灵敏度增益受到不利的场和魔角旋转 (MAS) 频率依赖性的影响。我们提出了一系列新的混合双自由基,可溶于有机溶剂,由各向同性窄电子顺磁共振线自由基 α,γ-双二亚苯基-β-苯基烯丙基 (BDPA) 组成,连接到宽线氮氧化合物上。通过调整两个电子与氮氧化合物部分的取代基之间的距离,一方面建立了电子-电子相互作用和电子自旋弛豫时间之间的相关性,另一方面建立了 DNP 增强因子之间的相关性。该系列中最好的自由基具有短的亚甲基连接基并带有庞大的苯基螺环己基配体。在 1.3 mm 原型 DNP 探头中,它在 18.8 T(800 MHz 1H 共振频率)和 40 kHz MAS 下产生高达 185 的增强。我们表明,在 18.8 和 21.1 T(900 MHz 1H 共振频率)下,该基团在 3.2 毫米蓝宝石转子中提供了超过 60 的增强因子,这是当今 DNP 可用的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形铝硅酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。它在 18.8 T(800 MHz 1H 共振频率)和 40 kHz MAS 下产生高达 185 的增强。我们表明,在 18.8 和 21.1 T(900 MHz 1H 共振频率)下,该基团在 3.2 毫米蓝宝石转子中提供了超过 60 的增强因子,这是当今 DNP 可用的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形铝硅酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。它在 18.8 T(800 MHz 1H 共振频率)和 40 kHz MAS 下产生高达 185 的增强。我们表明,在 18.8 和 21.1 T(900 MHz 1H 共振频率)下,该基团在 3.2 毫米蓝宝石转子中提供了超过 60 的增强因子,这是当今 DNP 可用的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形铝硅酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。目前可用于 DNP 的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形铝硅酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。目前可用于 DNP 的最高磁场。讨论了转子尺寸和 MAS 转子内部微波辐射的影响。最后,我们通过记录无定形硅铝酸盐的高场 27Al 和 29Si DNP 表面增强 NMR 光谱和二氧化硅纳米颗粒上的 17O NMR 来证明这一系列新偏振剂的潜力。