Proton transfer reactions studied by NMR spectroscopy and advanced quantum-chemical calculations
Project goals
Proton transfer reactions are ubiquitous in nature and are central to many chemical processes and for intermolecular interactions. An illustrative example is crystal engineering of multicomponent pharmaceutical solids, such as salts and cocrystals, which differ in the position of H atom. The distinction between these two crystalline forms is crucial because they may exhibit different physicochemical and pharmacokinetic performances. New experimental and computational methods for positioning H atoms and for understanding the interplay of molecular structure and proton transfer are needed. We propose to develop methods for the determination of H-atom positions in multicomponent materials based on solid-state NMR experiments, to develop a method for the determination of free energy of H-bonding based on pKA changes induced by a binding partner and to apply proton-transfer reactions for gaining new insights into the mechanism and energetics of H-bonding. The experiments will be complemented with computations that will include nuclear quantum effects, such as proton delocalization.
Keywords
NMR spectroscopyproton transferhydrogen bondingquantum-chemical computations
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202200004
Main participants
Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
22-15374S
Alternative language
Project name in Czech
Reakce s přenosem protonu studované pomocí NMR spektroskopie a pokročilých kvantově chemických výpočtů
Annotation in Czech
Reakce s přenosem protonu jsou všudypřítomné v přírodě a jsou klíčové pro mnoho chemických procesů a pro intermolekulární interakce. Příkladem je krystalové inženýrství vícesložkových farmaceutických pevných látek, jako jsou soli a kokrystaly, které se liší polohou protonu. Rozlišit mezi těmito dvěma krystalickými formami je zásadní, protože mohou vykazovat odlišné fyzikálně-chemické a farmakokinetické vlastnosti. Jsou zapotřebí nové experimentální a výpočetní metody pro určení polohy atomů vodíku a pro pochopení souhry mezi molekulární strukturou a přenosem protonů. Navrhujeme vyvinout metody pro stanovení poloh protonů ve vícesložkových materiálech na základě NMR experimentů v pevné fázi, vyvinout metodu pro stanovení volné energie H-vazby na základě změn pKA vyvolaných přítomností vazebného partnera a aplikovat reakce s přenosem protonů pro získání nových poznatků o mechanismu a energetice vodíkové vazby. Experimenty budou doplněny výpočty, které budou zahrnovat jaderné kvantové efekty, jako je delokalizace protonů.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
10301 - Atomic, molecular and chemical physics (physics of atoms and molecules including collision, interaction with radiation, magnetic resonances, Mössbauer effect)
OECD FORD - secondary branch
10403 - Physical chemistry
OECD FORD - another secondary branch
30104 - Pharmacology and pharmacy
BE - Theoretical physics
CF - Physical chemistry and theoretical chemistry
FR - Pharmacology and apothecary chemistry
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2022
Realization period - end
Dec 31, 2024
Project status
—
Latest support payment
Mar 28, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Mar 12, 2025
Finance
Total approved costs
5,734 thou. CZK
Public financial support
5,178 thou. CZK
Other public sources
156 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
5 734 CZK thou.
Public support
5 178 CZK thou.
0%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Atomic, molecular and chemical physics (physics of atoms and molecules including collision, interaction with radiation, magnetic resonances, Mössbauer effect)
Solution period
01. 01. 2022 - 31. 12. 2024