Kern-Overhauser-Effekt

a) Der Gleichgewichtszustand, b) Die Energieniveaus des ersten Kerns werden durch die Sättigung gleichbesetzt, die dipolare Kopplung mit Umgebungskernen ermöglicht die Übergänge W₀ und W₂, c) Änderung der Intensität des zweiten Kerns

Der Kern-Overhauser-Effekt (engl. nuclear Overhauser effect, NOE), benannt nach Albert Overhauser, ist ein Effekt in der Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR). Er wurde 1965 durch Anet und Bourn entdeckt, die in einem Entkopplungsexperiment, bei dem sie die Resonanz eines Protons sättigten, beobachteten, dass die Intensität der Resonanz eines räumlich benachbarten Protons um 45 % anstieg.

Sättigt man im NOE-Experiment die Übergänge eines Kernes z. B. in einem AX-Zweispinsystem, so ändert man damit die Besetzungsverhältnisse der Energieniveaus, die nun keinen Gleichgewichtszustand mehr darstellen. Da die dipolare Kopplung, die Haupttriebkraft der Relaxation, mit r⁻⁶ abnimmt, wird das Relaxationsverhalten des zweiten Kerns nur dann stark genug beeinflusst, wenn die Abstände der Kerne AX (durch den Raum, through space) klein genug sind (≤5,5 Å). Bei der Relaxation wird hierdurch die Wahrscheinlichkeit von Null- und Doppelquantenübergängen erhöht, es kommt zu Intensitätsveränderungen der Signale. Vernachlässigt man alle anderen Relaxationsmechanismen und berücksichtigt nur die dipolare Relaxation, so ergibt die Theorie des NOE einen maximalen Verstärkungsfaktor von

$\eta = \frac{\gamma_A}{2\gamma_X}$.

Nach der Formel für die Gesamtintensität

$I = (1 + \eta) \, I_0$

kann die maximale Verstärkung beim homonuklearen ¹H-Experiment somit 50 % betragen.

Der NOE wird heute für viele NMR-Experimente zur Struktur- und Konformationsaufklärung großer und kleiner Biomoleküle sowie ihrer Interaktion verwendet.

Literatur

• Overhauser, A. W.: Polarization of Nuclei in Metals, Phys. Rev. 91 (1953) 476.
• Overhauser, A. W.: Polarization of Nuclei in Metals, Phys. Rev. 92 (1953) 411-415.
• Anet, F. A. L. & Bourn, A. J. R.: Nuclear magnetic resonance spectral assignments from nuclear Overhauser effects. , J. Am. Chem. Soc. 87 (1965) 5250.