固态Photo-CIDNP效应

引用本文: 王孝杰, THAMARATH Smitha Surendran, ALIA A. BODE Bela E., MATYSIK Jörg. 固态Photo-CIDNP效应[J]. 物理化学学报, 2016, 32(2): 399-404. doi: 10.3866/PKU.WHXB201511272 shu

Citation: WANG Xiao-Jie, THAMARATH Smitha Surendran, ALIA A. BODE Bela E., MATYSIK Jörg. The Solid-State Photo-CIDNP Effect[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(2): 399-404. doi: 10.3866/PKU.WHXB201511272 shu

固态Photo-CIDNP效应

1.
1 国防科技大学理学院化学与生物学系, 长沙 410073;
2.
2 莱比锡大学分析化学研究所, 莱比锡 04103, 德国;
3.
3 莱顿大学化学院, 莱顿 2300RA, 荷兰;
4.
4 莱比锡大学医学物理与生物物理研究所, 莱比锡D-04107, 德国;
5.
5 圣安德鲁斯大学化学与生物医学研究院, 圣安德鲁斯KY169ST, 苏格兰

通讯作者: 王孝杰, MATYSIK Jörg; 王孝杰, MATYSIK Jörg

基金项目:
荷兰科学研究组织(NWO)(713.012.001)资助项目 (NWO)(713.012.001)

摘要: 光化学诱导动态核极化(photo-CIDNP)是一种在光照条件下由于产生非玻尔兹曼核自旋极化而使核磁共振(NMR)波谱信号强度发生明显变化的效应。这种效应在液体NMR中已为人所熟知,并通过经典的自由基对机理得到解释。固态photo-CIDNP效应发现的较晚,本文介绍了在光合反应中心及蓝光受体中发现的固态photo-CIDNP效应,详细阐述了固态photo-CIDNP效应产生的自由基对自旋动力学的机理,包括三旋混合(TSM)、衰变差异(DD)和弛豫差异(DR),重点介绍了类球红杆菌光合反应中心固态photo-CIDNP效应的磁场依赖性,这种场依赖性在同一分子中的不同核之间表现出明显的差异。本文综述了固态photo-CIDNP效应的现象、理论及其磁场依赖特性的最新进展。

关键词:

English

The Solid-State Photo-CIDNP Effect

1.
1 Department of Chemistry and Biology, College of Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, P. R. China;
2.
2 Institut für Analytische Chemie, Universität Leipzig, Linnéstr. 3, 04103 Leipzig, Gemany;
3.
3 Leiden Institute of Chemistry, Einsteinweg 55, 2300 RA Leiden, The Netherlands;
4.
4 Institute of Medical Physics and Biophysics, University of Leipzig, D-04107 Leipzig, Germany;
5.
5 EaStCHEM School of Chemistry and Biomedical Sciences Research Complex, University of St Andrews, St Andrews, KY16 9ST, Scotland

Corresponding author: 王孝杰, MATYSIK Jörg; 王孝杰, MATYSIK Jörg

Received Date: 21 September 2015
Fund Project:
荷兰科学研究组织(NWO)(713.012.001)资助项目

Abstract: Photochemically induced dynamic nuclear polarization (photo-CIDNP) is an effect that produces non-Boltzmann nuclear spin polarization, which can be observed as a modification of signal intensity in nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The effect is well known in liquid-state NMR, where it is explained most generally by the classical radical pair mechanism (RPM). In the solid-state, additional mechanisms are operative in the spin-dynamics of radical pairs, such as three-spin mixing (TSM), differential decay (DD) and differential relaxation (DR). The observed solid-state photo-CIDNP effect is strongly magnetic field dependent, and this field-dependence is well distinguished for the various nuclei. Here, we provide an account of the phenomenology, theory and properties of the magnetic field dependence of the solid-state photo-CIDNP effect.

Key words:

1. [1]
  (1) Bargon, J.; Fischer, F.; Johnson, U. Z. Naturforsch. A 1967, 22, 1551.(1) Bargon, J.; Fischer, F.; Johnson, U. Z. Naturforsch. A 1967, 22, 1551.
2. [2]
  (2) Ward, H. R.; Lawler, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 5518. doi: 10.1021/ja00997a078(2) Ward, H. R.; Lawler, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 5518. doi: 10.1021/ja00997a078
3. [3]
  (3) Richter, G.; Weber, S.; Rö misch, W.; Bacher, A.; Fischer, M.; Eisenreich, W. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17245. doi: 10.1021/ja053785n(3) Richter, G.; Weber, S.; Rö misch, W.; Bacher, A.; Fischer, M.; Eisenreich, W. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17245. doi: 10.1021/ja053785n
4. [4]
  (4) Zysmilich, M.; McDermott, A. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 8362. doi: 10.1021/ja00097a052(4) Zysmilich, M.; McDermott, A. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 8362. doi: 10.1021/ja00097a052
5. [5]
  (5) Prakash, S.; Alia; Gast, P.; de Groot, H. J. M.; Jeschke, G.; Matysik, J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14290. doi: 10.1021/ja054015e(5) Prakash, S.; Alia; Gast, P.; de Groot, H. J. M.; Jeschke, G.; Matysik, J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14290. doi: 10.1021/ja054015e
6. [6]
  (6) Prakash, S.; Alia; Gast, P.; de Groot, H. J. M.; Matysik, J.; Jeschke, G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12794. doi: 10.1021/ja0623616(6) Prakash, S.; Alia; Gast, P.; de Groot, H. J. M.; Matysik, J.; Jeschke, G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12794. doi: 10.1021/ja0623616
7. [7]
  (7) Janssen, G. J.; Daviso, E.; van Son, M.; de Groot, H. J. M.; Alia, A.; Matysik, J. Photosynth. Res. 2010, 104, 275. doi: 10.1007/s11120-009-9508-1(7) Janssen, G. J.; Daviso, E.; van Son, M.; de Groot, H. J. M.; Alia, A.; Matysik, J. Photosynth. Res. 2010, 104, 275. doi: 10.1007/s11120-009-9508-1
8. [8]
  (8) Roy, E.; Alia, A.; Gast, P.; van Gorkom, H. J.; de Groot, H. J.M.; Jeschke, G.; Matysik, J. Biochem. Biophys. Acta 2007, 1767, 610. doi: 0.1016/j.bbabio.2006.12.012(8) Roy, E.; Alia, A.; Gast, P.; van Gorkom, H. J.; de Groot, H. J.M.; Jeschke, G.; Matysik, J. Biochem. Biophys. Acta 2007, 1767, 610. doi: 0.1016/j.bbabio.2006.12.012
9. [9]
  (9) Prakash, S.; Alia, A.; Gast, P.; de Groot, H. J. M.; Jeschke, G.; Matysik, J. Biochemistry 2007, 46, 8953. doi: 10.1021/bi700559b(9) Prakash, S.; Alia, A.; Gast, P.; de Groot, H. J. M.; Jeschke, G.; Matysik, J. Biochemistry 2007, 46, 8953. doi: 10.1021/bi700559b
10. [10]
  (10) Roy, E.; Rohmer, T.; Gast, P.; Jeschke, G.; Alia, A.; Matysik, J.Biochemistry 2008, 47, 4629. doi: 10.1021/bi800030g(10) Roy, E.; Rohmer, T.; Gast, P.; Jeschke, G.; Alia, A.; Matysik, J.Biochemistry 2008, 47, 4629. doi: 10.1021/bi800030g
11. [11]
  (11) Alia; Roy, E.; Gast, P.; van Gorkom, H. J.; de Groot, H. J. M.; Jeschke, G.; Matysik, J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12819.(11) Alia; Roy, E.; Gast, P.; van Gorkom, H. J.; de Groot, H. J. M.; Jeschke, G.; Matysik, J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12819.
12. [12]
  (12) Diller, A.; Roy, E.; Gast, P.; van Gorkom, H. J.; de Groot, H. J.M.; Glaubitz, C.; Jeschke, G.; Matysik, J.; Alia, A. Proc. Natl.Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 12767. doi: 10.1073/pnas.0701763104(12) Diller, A.; Roy, E.; Gast, P.; van Gorkom, H. J.; de Groot, H. J.M.; Glaubitz, C.; Jeschke, G.; Matysik, J.; Alia, A. Proc. Natl.Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 12767. doi: 10.1073/pnas.0701763104
13. [13]
  (13) Matysik, J.; Diller, A.; Roy, E.; Alia, A. Photosynth. Res. 2009, 102, 427. doi: 10.1007/s11120-009-9403-9(13) Matysik, J.; Diller, A.; Roy, E.; Alia, A. Photosynth. Res. 2009, 102, 427. doi: 10.1007/s11120-009-9403-9
14. [14]
  (14) Hoff, A. J.; Deisenhofer, J. Phys. Rep. 1997, 287, 2.(14) Hoff, A. J.; Deisenhofer, J. Phys. Rep. 1997, 287, 2.
15. [15]
  (15) Hunter, C. N.; Daldal, F.; Thurnauer, M. C.; Beatty, J. T. The Phototropic Purple Bacteria; Springer: Dordrecht, TheNetherlands, 2008.(15) Hunter, C. N.; Daldal, F.; Thurnauer, M. C.; Beatty, J. T. The Phototropic Purple Bacteria; Springer: Dordrecht, TheNetherlands, 2008.
16. [16]
  (16) Thamarath, S. S.; Bode, B. E.; Prakash, S.; Karthick, B. S. S.G.; Alia, A.; Jeschke, G.; Matysik, J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5921. doi: 10.1021/ja2117377(16) Thamarath, S. S.; Bode, B. E.; Prakash, S.; Karthick, B. S. S.G.; Alia, A.; Jeschke, G.; Matysik, J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5921. doi: 10.1021/ja2117377
17. [17]
  (17) Thamarath, S. S.; Heberle, J.; Hore, P.; Kottke, T.; Matysik, J.J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15542. doi: 10.1021/ja1082969(17) Thamarath, S. S.; Heberle, J.; Hore, P.; Kottke, T.; Matysik, J.J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15542. doi: 10.1021/ja1082969
18. [18]
  (18) Hore, P. J.; Hunter, D. A.; McKie, C. D.; Hoff, A. J. Chem. Phys. Lett. 1987, 137, 495. doi: 10.1016/0009-2614(87)80617-6(18) Hore, P. J.; Hunter, D. A.; McKie, C. D.; Hoff, A. J. Chem. Phys. Lett. 1987, 137, 495. doi: 10.1016/0009-2614(87)80617-6
19. [19]
  (19) Closs, G. L.; Closs, L. E. J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 4549. doi: 10.1021/ja01044a041(19) Closs, G. L.; Closs, L. E. J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 4549. doi: 10.1021/ja01044a041
20. [20]
  (20) Kaptein, R.; Oosterhoff, J. L. Chem. Phys. Lett. 1969, 4, 195. doi: 10.1016/0009-2614(69)80098-9(20) Kaptein, R.; Oosterhoff, J. L. Chem. Phys. Lett. 1969, 4, 195. doi: 10.1016/0009-2614(69)80098-9
21. [21]
  (21) Wirtz, A. C.; van Hemert, M. C.; Lugtenburg, J.; Frank, H. A.; Groenen, E. J. J. Biophys. J. 2007, 93, 981. doi: 10.1529/biophysj.106.103473(21) Wirtz, A. C.; van Hemert, M. C.; Lugtenburg, J.; Frank, H. A.; Groenen, E. J. J. Biophys. J. 2007, 93, 981. doi: 10.1529/biophysj.106.103473
22. [22]
  (22) Daviso, E.; Jeschke, G.; Matysik, J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10269. doi: 10.1021/jp900286q(22) Daviso, E.; Jeschke, G.; Matysik, J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10269. doi: 10.1021/jp900286q
23. [23]
  (23) Jeschke, G. J. Chem. Phys. 1997, 106, 10072. doi: 10.1063/1.474063(23) Jeschke, G. J. Chem. Phys. 1997, 106, 10072. doi: 10.1063/1.474063
24. [24]
  (24) Jeschke, G. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4425.(24) Jeschke, G. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4425.
25. [25]
  (25) Polenova, T.; McDermott, A. E. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 535. doi: 10.1021/jp9822642(25) Polenova, T.; McDermott, A. E. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 535. doi: 10.1021/jp9822642
26. [26]
  (26) Diller, A.; Prakash, S.; Alia, A.; Gast, P.; Matysik, J.; Jeschke, G. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 10606. doi: 10.1021/jp072428r(26) Diller, A.; Prakash, S.; Alia, A.; Gast, P.; Matysik, J.; Jeschke, G. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 10606. doi: 10.1021/jp072428r
27. [27]
  (27) Jeschke, G.; Matysik, J. Chem. Phys. 2003, 294, 239. doi: 10.1016/S0301-0104(03)00278-7(27) Jeschke, G.; Matysik, J. Chem. Phys. 2003, 294, 239. doi: 10.1016/S0301-0104(03)00278-7
28. [28]
  (28) McDermott, A.; Zysmilich, M. G.; Polenova, T. Solid State Nucl. Magn. Reson. 1998, 11, 21. doi: 10.1016/S0926-2040(97)00094-5(28) McDermott, A.; Zysmilich, M. G.; Polenova, T. Solid State Nucl. Magn. Reson. 1998, 11, 21. doi: 10.1016/S0926-2040(97)00094-5
29. [29]
  (29) Closs, G. L. Chem. Phys. Lett. 1975, 32, 277. doi: 10.1016/0009-2614(75)85123-2(29) Closs, G. L. Chem. Phys. Lett. 1975, 32, 277. doi: 10.1016/0009-2614(75)85123-2
30. [30]
  (30) Goldstein, R. A.; Boxer, S. G. Biophys. J. 1987, 51, 937. doi: 10.1016/S0006-3495(87)83421-5(30) Goldstein, R. A.; Boxer, S. G. Biophys. J. 1987, 51, 937. doi: 10.1016/S0006-3495(87)83421-5
31. [31]
  (31) Wang, X. J.; Thamarath, S. S.; Matysik, J. Acta Chim. Sin. 2013, 71, 169. [王孝杰, Thamarath, S. S., Matysik, J. 化学学报, 2013, 71, 169.] doi: 10.6023/A12121093(31) Wang, X. J.; Thamarath, S. S.; Matysik, J. Acta Chim. Sin. 2013, 71, 169. [王孝杰, Thamarath, S. S., Matysik, J. 化学学报, 2013, 71, 169.] doi: 10.6023/A12121093
32. [32]
  (32) Jeschke, G.; Anger, B. C.; Bode, B. E.; Matysik, J. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 9919. doi: 10.1021/jp204921q(32) Jeschke, G.; Anger, B. C.; Bode, B. E.; Matysik, J. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 9919. doi: 10.1021/jp204921q
33. [33]
  (33) Wang, J.; Du, X. L.; Pan, W. S.; Wang, X. J.; Wu, W. J.J. Photochem. Photobiol. C 2015, 22, 84. doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2014.12.001(33) Wang, J.; Du, X. L.; Pan, W. S.; Wang, X. J.; Wu, W. J.J. Photochem. Photobiol. C 2015, 22, 84. doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2014.12.001
34. [34]
  (34) Chaves, I.; Pokorny, R.; Byrdin, M.; Hoang, N.; Ritz, T.; Brettel, K.; Essen, L. O.; van der Horst, G. T. J.; Batschauer, A.; Ahmad, M. Annu. Rev. Plant Biol. 2011, 62, 335. doi: 10.1146/annurev-arplant-042110-103759(34) Chaves, I.; Pokorny, R.; Byrdin, M.; Hoang, N.; Ritz, T.; Brettel, K.; Essen, L. O.; van der Horst, G. T. J.; Batschauer, A.; Ahmad, M. Annu. Rev. Plant Biol. 2011, 62, 335. doi: 10.1146/annurev-arplant-042110-103759

扫一扫看文章

计量

PDF下载量: 1
文章访问数: 578
HTML全文浏览量: 31

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142

固态Photo-CIDNP效应

通讯作者: 王孝杰, MATYSIK Jörg; 王孝杰, MATYSIK Jörg

English

The Solid-State Photo-CIDNP Effect

Corresponding author: 王孝杰, MATYSIK Jörg; 王孝杰, MATYSIK Jörg

CCS Chemistry：嵌段共聚物自组装成 “三明治”二维有机材料，实现纳米级压力传感功能

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南：你的皮肤可能是一片SPMs

CCS Chemistry：工作高效不疲劳，只须让催化剂动起来

CCS Chemistry：静电组装导向聚合- 聚电解质纳米凝胶量化制备新策略

CCS Chemistry：金黄色葡萄球菌醛基脱氢酶是如何识别特异性底物的？

计量

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

中国化学会秘书处

固态Photo-CIDNP效应

通讯作者: 王孝杰, MATYSIK Jörg; 王孝杰, MATYSIK Jörg

English

The Solid-State Photo-CIDNP Effect

Corresponding author: 王孝杰, MATYSIK Jörg; 王孝杰, MATYSIK Jörg

CCS Chemistry：嵌段共聚物自组装成 “三明治”二维有机材料，实现纳米级压力传感功能

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南： 你的皮肤可能是一片SPMs

CCS Chemistry：工作高效不疲劳，只须让催化剂动起来

CCS Chemistry：静电组装导向聚合- 聚电解质纳米凝胶量化制备新策略

CCS Chemistry：金黄色葡萄球菌醛基脱氢酶是如何识别特异性底物的？

计量

文章相关

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

中国化学会秘书处

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南：你的皮肤可能是一片SPMs