Отзыв ведущей организации (Новые подходы к извлечению структурной информации из одномерных и двумерных спектров ЯМР высокого разрешения)

«УТВЕРЖДАЮ» Директор Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института «Международны Сибирского отде Отзыв ведущей Организации иа диссертационную работу Чешкова Дмитрия Александровича «Навыс подходы к пзвчечейпю струюурнвй ипформацйи из Одномерных п двумерных спектров ЯМР высаквго разрешении», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 02.00.04 — «Физическая химии» (физико-математические паукй) Диссертационная работа Ч~шкова Д. Л, посвящшш решению ~аж~~й задачй, связанной с разработкой комплексного подхода к получению значений параметров спино- вых систем с высокой точностью при анализе одномерных и двумерных спектров ядерного магнитного резонанса ~ЯМР) высокого разрешения.

Современная ЯМР спектроскопия - зто высокоинформгггивный метод, который позволяет изучать широкий круг органических, элементоорганических, координационных соединений разнообразных классов. Процессов, связанных с их превращениями. а также проводить мегаболомные исследования для фундаментальной медицины. Спектры ЯМР высокого разрешения содержат богатейшую информацию о составе, структуре и молекулярно-динамических свойствах исследуемых соединений на уровне индивидуальных атомов.

Широкое ис- пользование ЯМР спектров в компьютерных базах данных осложняется тем. что вид спектра ЯМР во многом зависит от напряженности магнитного поля спектрометра. Это существенным образом затрудняег сравнение спектров, зарегистрированных с помощью спектрометров с различными рабочими частотами.

Известно, что для моделирования ЯМР спектров на любой доступной в настоящее время частоте достаточно использовать унивсрсальныс, то ссть нс зависящис От маГнитноГО поля парамст1эы. такис. Как химиче" скис сдвиГН МЙГнитных ядер и константы спин-спиново1 О взаимодействия мсжду ними. Параметры ЯМР спектров. Определению которых посвящена диссертационная работа Чешкова Д.А., могут быть использованы в качестве параметров поиска для различных спектроскопических баз данных, например, в фармацевтике, химической промыш- ленности, академических исследованиях, контроле пищевых продуктов, медицинской диагностике и других областях, связанных исследованием малых молекул.

Получение достоверной информапии об этих ЯМР параметрах является актуальной научной задачей, поскольку открывает возможность однозначной спектроскопической ндентифика- ции практически любого соединения в составе сложных смесей. В последнее время активно ведугся работы в области создания долгоживущих состояний спиновых систем.

при этом значения параметров спиновых систем необходимы для моделирования про- цессов генерирования долгоживущих спиновых порядков и ядерной гиперполяризации с целью оптимизации условий эксперимента. Магии гно-резонансная томография (МРТ), основанная на тех же принципах. что и ЯМР-спекгроскопия, в настоящее время является широко используемым неинвазивным диагностическим методом в клинической ме- дицине. Применение возбужденных Долгоживущих состояний в сочетании с гиперполяризацией ядерных спинов позволяет вывести метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) на качественно новый уровень. К сожалению, существующие подходы к определению параметров спиновых систем не являются универсальными, и в некоторых случаях нс приводят к полОжитсльному результату.

В связи с этим, актуальность диссертационной работы Чешкова Д,А., посвященной проблеме определения параметров спнновых систем не вызывает сомнений, Диссертационная работа соискателя изложена на 153 страницах, содержит 21 таблицу и 67 рисунков. В структуре диссерзационной работы выделены 5 традиционных основных частей: введение, обзор литературы. Обсуждение результатов., экспериментальная часть.

выводы, Кроме гого, в работе есть приложение с текстом разработанных программ и списОк литературы. В первой главе, которая называется «Введение». Диссертант кратко обосновал ак- туальность работы, сформулировал цели исследования, научную новизну, теоретическую и практическую значимость результатов работы, личный вклад автора, положения, выносимые на защиту.

н апробацию работы. Во второй главе — «Обзоре литературы» — подробно описаны существующие под- ходы к определению параметров спектров ЯМР высокого разрешения, дана критическая оценка существующих программных комплексов по анализу спектров ЯМР, особенно- стей регистрации и обработки спектральной информации с целью получения спектров высокого качества, а также получения однородного магнитного поля. Рассмотрены методы моделирования спектроскопических данных, получаемых в результате многоимпульсных многомерных экспериментах ЯМР, включая анализ форм сигналов в спектрах в применении к определению консгант спин-спинового взаимодействия.

Особое анима- ние уделено методам теоретического предсказания констант спин-спинового взаимо- действия и их конформационным зависимостям. Третья глава содержит описание полученных в работе результатов, В ее первой части формулируется посгановка задачи диссертационной работы как развитие методов определения параметров спектров ЯМР высокого разрепзения и пугей их пракгической реализации. Во второй части третьей главы в качестве развития уже существующего мегода анализа одномерных спектров ЯМР приведено ошгсание усовершенствованного программного комплекса Ъ'А1.1$А. Автор описывает досгоинства своего варианта программы Ъ'А1.1ЯА-С% по сравнению с первоначальной версией; тем не менее, использованный в обоих вер~и~ ~одел дополнительного ушнрения георетического и экспериментального спектров ооладает существенным недостатком — неспособностью выйти из локального минимума.

Соискатель аргументированно показывает необходимость применения методов г;юбальной оптимизации и делает переход к центральному месту дис- сертационной работы — разработке, созданию и применению метода имитации отжига (программный комплекс Кр1пАппеа1) для нахождеиия глобального минимума в решении обратной задачи в спектроскопии ЯМР. Соискателем убедительно показано, что в применении к спектрам ЯМР этот подход действительно позволяет практически в автома- тическом режиме найти глобальный минимум и определить параметры спектра с высокой точностькх В третьей части главы 3 приведен анализ взаимосвязи вида двумерного гетеро- ядерного /-спектра с параметрами накопления и обработки данных импульсного эксперимента.

11рименение предложенного соискателем алгоритьш обраб~~к~ двумерного массива спектральной информации позволило получать гетероядерный спектры с кросс- пиками в виде двойного поглощения и улучшить точность определения абсолютных значений гетероядерных констант, В четвертой части демонстрируются возможности 1эйзработанных методой рас1пифровкн мультиплетной структуры спекгрой ЯМР на примере ряда небольших молекул й расгворе: стнрола. коричного альдер ила, ментола, пролина и гексагидропиримидинтиона. Важно отметить, что использованный автором комплексный подход позволил надежно определить не только величины. но и знаки протон- протонных констант спин-спинового взаимодействия.

При этом, для определения параметров спинОВых систсм Вссх сосдинсний были использованы экспсримснтальныс данные, полученные на двух спектрометрах с рабочими частотами ЗОО и 600 МГП для про- тонов й сопоставимых услойиях. Для этого Оыл тщательно разработйн единый протокол записи спектров„приготовления обращов, а также процедуры калибровки сслективных импульсов. В некоторых случйях знаки констант спин-спинойогО йзаимодейстйия были установлены с помощью экспериментов Бой-СОЯ', Эти подробности приведены в гла- ве 4 Экспериментальной части. В диссертационной работе разработан усовершенствованный программный комплекс УЛ1 1эЛ-С$$ для аналнза тонкой мультиплетной структуры спектров ЯМР высокого разрешения по полной форме линии с подходом дополнительных ушнрений.

Соискателем иглюльзованы три алгоритма локальной оптимизации Левенберга- Марквардта, МНК главных компонент. Пауэлла. Также автором разработан новый программный комплекс эр1ПЛппеа1, в котором для анализа спектров ЯМР по полной форме линии впервые применен мегод глобальной оптимизации Монте-Карло 1имнтация отжига). Предложен новый способ ооработки двумерных гстероядерных,У-спектров, с помощью которого можно сущестВснно пОВысить точность Опрсдслсния значений КОнстант спин-спинового Взаимодействия. Ценность сформулированных в диссертационной работе рекомендаций состоит не только в том.