RMN

Resonancia Magntica Nuclear

5.11 Ejercicios y problemas

Preguntas

1.- Mencione que propiedades de los ncleos atmicos son importantes desde el punto de

vista de la RMN.

2.- Cmo se clasifican los ncleos de acuerdo a sus propiedades magnticas?

3.- Plantee la ecuacin fundamental de la RMN e identifique cada factor.

4.- Cuales son las funciones de BB0B y BB1B en RMN ?

5.-Explique cuales son las condiciones necesarias para que se produzca resonancia.

6.- Qu efectos tienen sobre los espectros la relajacin espn-red y la relajacin espn-

espn?

7.- Qu mecanismos estn presentes en la relajacin? Cul es el dominante en RMN-

P

1PH?

8.- Compare la sensibilidad en RMN con otros mtodos espectroscpicos.

9.- De que depende el factor de saturacin?

10.-De que depende la eficiencia de la relajacin espn-red?

11.-Cul es el problema principal al estudiar por RMN a ncleos cuadrupolares?

12.- Seale los componentes principales de los equipos de RMN-OC y RMN-FT.

13.- Las ecuaciones de Bloch describen la evolucin de la magnetizacin macroscpica

en el tiempo. Que interacciones tienen en cuenta? Por qu resulta ms conveniente

tratarlas en el sistema de coordenadas rotatorio?

14.- Qu caractersticas tienen los pulsos de RF en la RMN-TF?

15.- Qu caractersticas del ADC son importantes y por qu?

16.-Indique la importancia del sistema de candado o lock en RMN-TF.

17.-Explique el origen del desplazamiento qumico.

18.- Como puede expresarse el desplazamiento qumico?

19.- Exprese las caractersticas que debe poseer una referencia interna.

20.-Qu trminos contribuyen al blindaje de un ncleo? Cules son importantes en

RMN-P1PH y en RMN-P13PC?

21.- Qu origen tienen el trmino CPL y de que factores depende?

22.- Qu origen tiene el trmino CDL y de que depende?

23.- Que origen tiene el trmino de anisotropa magntica y de que factores depende?

241


24.- Exprese los rangos de desplazamientos qumicos en RMN-P1PH y RMN-P13PC. Que

factores qumicos determinan la posicin de una seal en ambos casos?

25.- Cul es el origen del acoplamiento escalar?

26.- Qu propiedades tiene la constante de acoplamiento escalar?

27.- Enumere las reglas de multiplicidad e indique bajo que condiciones son aplicables.

28.- Qu factores determinan la magnitud de la constante de acoplamiento vecinal

interprotnica?

29.- A que sistemas es aplicable la Ecuacin de Mc Connell?

30.- Cul es la importancia prctica de la Ecuacin de Karplus?

31.- Defina equivalencia qumica y equivalencia magntica.

32.- Indique que puede originar equivalencia qumica entre dos ncleos.

33.- Indique las diferencias entre espectros de primer orden y de orden superior.

Ejemplifique en el caso ms sencillo e un sistema compuesto por 2 ncleos magnticos

acoplados.

34.- Cmo se clasifican los acoplamientos escalares espn-espn?

35.- Qu mecanismos pueden estar presentes en los acoplamientos escalares? Cual es el

dominante en los acoplamientos interprotnicos?

36.- Explique como puede realizarse un experimento de desacoplamiento de espines y

seale que utilidad prctica tiene el mismo.

37.- Cul es el origen del efecto NOE? Para el caso homonuclear indique los valores de

BmaxB en los regmenes de agudeza extrema y de difusin de espines.

38.- Qu diferencias existen entre los mtodos de medicin de NOEs estacionarios y

transitorios?

39.- Qu factores determinan la velocidad de crecimiento inicial del NOE?

40.- Indique las ventajas y desventajas de obtener espectros de RMN-P13PC con

desacoplamiento protnico.

41.-Indique el mtodo a utilizar para:-determinar las constantes de acoplamiento P13PC-P1PH.

hacer determinaciones cuantitativas en RMN-P13PC.

42.- En que consiste la RMN-Dinmica? Qu parmetros pueden obtenerse mediante

su aplicacin?

43.- Cmo pueden medirse los tiempos de relajacin longitudinales de P13PC?

242


44.- Describa la secuencia de pulsos del eco de Hahn. Indique que parmetros

evolucionan durante el mismo.

45.- Describa el experimento INEPT y su aplicacin prctica.

46.- Qu parmetros son correlacionados en los siguientes experimentos

bidimensionales:

-HETCOR, -COLOC, -COSY, -TOCSY, -HMQC, -HMBC, -HSQC, NOESY, -ROESY?

47.- Bajo que condiciones resulta imprescindible sustituir al experimento NOESY por el

ROESY?

48.- Qu informacin adicional nos brinda un experimento TOCSY respecto al COSY?

49.- Qu ventajas tiene un experimento HMQC respecto al HETCOR?

50.- Que parmetros son importantes a la hora de disear un experimento NOESY?

243


Ejercicios

1.- Para los compuestos mostrados en la Tabla 5.31

-clasifique los sistemas de espines (protones)

-prediga las caractersticas de los espectros de RMN-P1PH (A temperatura ambiente) de los

compuestos mostrados en la Tabla 5.31, especificando los desplazamientos qumicos

(segn tablas), -intensidades relativas, -multiplicidad, constantes de acoplamiento e

intensidades relativas dentro del multiplete (en el caso de que se pueda considerar al

sistema de primer orden a 500 MHz).

-estime los desplazamientos qumicos en RMN-P13PC

Tabla 5.31 Compuestos para estimar sus caractersticas espectrales

A CH3CH2OCH2CH3 B CH3OCH2CH2OCH3 C CH3NHCH2CH3

D CH3CH2CH2CONH2

E H3C

CH2

CH

O

F

Cl

H2C

C

H

OH

Br

G

C CH

CO

H

H

H H

C CCH3

CO

OCH3

H

H I

C CH

CO

OH

H3C

H

J NO2O2N

K

NO2

O2N L

NH2O2N

M

NO2

OCH3 N

Br

Br O

BtBr

OH

P CH2

H2C

OCH3

Q

CH3

CH3

CH2OH

R

H2C

H2CCH2

C

OC

O

O

S

CH3

CH3C CH3

Cl

T

CH3

CH3C O

HCH3 U

H

CCl OCH3

H

244


2.- Clasifique los sistemas de espines que corresponden a los protones en las siguientes

3.- Sugiera

molculas:

la estructura para cada uno de los compuestos cuya frmula global y

parmetros del espectro de RMN-P1PH a 60 MHz se indican en la Tabla 5.32. Todas las

seales son singletes o cuasi singletes (s) en esas condiciones. Los valores relativos de la integracin de las seales se sealan entre parntesis. act- intercambia con DB2BO.

Tabla 5.32 Compuestos problema slo con singletes A CB2BHB4BOB2B 11.37(1 act) 2.10 (3) B C2H4O2B 8.08(1) 3.77(3) B B B B BC C7H8B B B B 7.17(s 5) 2.32 (3) D C H B B8B B10 7.10(2) 2.25(3) E C HB9B B12B 6.78(1) 2.25(3) F C H BO B4B B10 3.41(1 act) 0.78(9) G C H N B4B B11B 1.23(2 act) 1.15(9) H C7BH8BO B B 7.28( s 5) 4.58(2) 2. 43(1 act) I CB5BHB8BOB4B 3.79(3) 3.33 (1) J C H OBB6B B12B 2B 1.87(1) 1.45(3) K C4H9BNOB B B .97(1) 3.02(1) 2.82(1) 1L C9H1 O B B B 0B 7.13 (s 5) 3.50(2) 1.91(3) M C H OB5B B8B B3B 3.62(3) 3.45(2) 2.17(3) N C H NOB3B B5B 4.20(2) 3.47(3) O C H NOB4B B7B 3.22(1 act) 1.63(6) P C H NOB4B B5B B2B 3.82(3) 3.48(2) Q C4BH2BOB B B3B 7.10(2) R C3H7NO B B B B 7.02(1) 1.97(3) 1.88(3) S C4H1 OB B B 2B B3BSi 3.51(3) 0.02(9) T C3H7BNOB B B B2B 3.82 (3) 2.90(2) 3.05(2 act) U C6H1 OB B B 2B B2B 4.08(1, act) 2.58(2) 2.31(3) 1.20(6) V CB8BHB10BOB4B 4.70(2) 2.08(3)

245


4.- Sugiera la estructura para frmula molecular y datos cada uno de los compuestos cuya

del espectro RMN-P PH (60MHz) en CDClB3 B(u otro solvente) se muestran en la Tabla 5.33

Tabla 5.33 Compuestos problema con multipletes A C H Br 7.3ppm(5H+. ancha) 4.32ppm (2H=, s)

1

B7B B7B P P P P

B CB8BHB10B 7.08ppm(5HP=P , s) 2.46ppm(2HP8.0Hz)

+P, q J=8.0Hz) 1.08ppm(3HP+P , t J=

C CB3BHB6BBrB2B 3.54(2 HP+P, t J=7.0 Hz) 2.34ppm(1 HP+P, quintete J=7.0Hz) D CB3BHB7BBr (2 HP+P, t J=7.0Hz) 1.5-2.2 ppm (2 HP P, m) 1.06ppm (3 HP P, t J=8.0 Hz) 3.35ppm + +

E CB3BHB7BBr 4.21ppm(1 HP+P, heptuplete J=6.5Hz) 1.66ppm(6 HP+P, d, J=6.5Hz) F CB8BHB14BOB4B 4.13ppm(2 HP+P, q J=7.5Hz) 2.52ppm(2 HP+P, s) 1.23ppm(3 HP+P, t J=7.5Hz) G CB9BHB12B 7.06ppm(5 HP+P, s) 2.75ppm(1 HP+P, hept. J=7.0Hz) 1.13ppm(6 HP+P, d J=7.0Hz) H CB3BHB7BNOB2B z) (DB2BO)(3 HP+P activos) 4.6ppm (1 HP+P, q, J=8.0Hz) 1.6 ppm(3 HP+P, d, J=8.0HI CB5BHB9BBrOB2B 4.19ppm(2 HP+P, q J=7.5Hz) 3.58ppm(2 HP+P, t J=7.5Hz) 2.86ppm(2 HP+P, t

J=7.5Hz) 1.28ppm(3 HP+P, t J=7.5Hz) J CB8BHB8BOB3B (cido TFA) 8.29ppm(2 HP+P, d J=9.0Hz) 7.20ppm(2 HP+P, d J=9.0Hz)

4.05ppm(3 HP+P, s) K CB7BHB7BNOB2B +P, s) 7.98ppm(2 HP+P, d, J=9.0Hz) 7.25ppm(2 HP+P, d J=9.0Hz) 2.40ppm(3 HPL C8H9BNO2B +P, d J=9.5Hz) 7.27ppm(2 H+P, d J=9.5Hz) 2.38ppm(3 B B B B (DB2BO) 7.65ppm(2 HP P

HP+P, s) seal residual (HOD) a 4.87ppm M CB4BHB9BNO 3.54ppm(4 HP+P, t J=5.0Hz) 3.67ppm(4 HP+P, t J=5.0Hz) 2.25ppm(1 HP+P, activo

s)

N CB9BHB11BNO 8.2-8.3ppm(1 HP+P, activo, s ancho) 7.32ppm(2 HP+P, d J=9.0Hz) 7.00ppm(2 HP+Pd + +

, J=9.0Hz) 2.32ppm(3 H P, s) 2.08ppm(3 H P, s) P P

O CB8BHB7BCl 7.35ppm(4 HP+P, m) 6.69ppm(1 HP+P, dd J= 11.0/18.0Hz) 5.68ppm(1 HP+P, dd J=2.0/18.0Hz) 5.27ppm(1 HP+P, dd J=2.0/11.0Hz)

P CB9BHB6BOB2B 7.70ppm(1 HP+P, d J=10.0Hz) 7.1-7.7ppm(4 HP+P, m) 6.35ppm(1 HP+P, d J=10.0Hz) Q CB10BHB14BO .0/9.0Hz) 6.58ppm (1 HP+P, d 7.02ppm(1 HP+P, d J=9.0Hz) 6.70ppm(1 HP+P, dd J=2

J=2.0Hz) 5.27ppm(1 HP+P, s, activo) 3.11ppm(1 HP+P, heptuplete J=8.0Hz) 2.11ppm(3 HP+P, s) 1.15ppm(6 HP+P, d J=8.0Hz)

246


Problemas

e las informaciones espectroscpicas y frmulas moleculares que se

es y

1.- A partir d

brindan en la Figuras 5.161 a 5.189, determine las estructuras, asigne todas las seal

calcule, cuando proceda, los parmetros espectrales de los compuestos.

Figura 5.161

Figura 5.162

247


Figura 5.163

Figura 5.164

Figura 5.165

248


Figura 5.166

Figura 5.167

Figura 5.168

249


Figura 5.169

Tabla 5.170

Figura 5.171

250


Figura 5. 172

Figura 5.173

251


Figura 5.174

Figura 5.175

252


Figura 5.176

Figura 5.177

Figura 5.178

253


Figura 5.179

Figura 5.180

254


Figura 5.181

255


Figura 5.182

Figura 5.183

256


Figura 5.184

Figura 5.185

257


Figura 5.186

Figura 5.187

258


Figura 5.188

259


Figura 5.189

260


2.- A continuacin en la Figuras 5.190-1 a 5.190-47 se muestran espectros de RMN-P13PC

en CDClB3B o en dioxano (en este caso se indica la seal del disolvente) de diferentes

compuestos con las frmulas moleculares sealadas. En todos los casos se reportan los

desplazamientos qumicos y las multiplicidades correspondientes (q - CHB3B, t - CHB2B, d -

CH, s - C). Determine las estructuras de los compuestos y asigne las seales.

261


262


263


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270


271


Figura 5.190-1 a -47 Espectros problema de RMN-P13PC

272


4.- A una muestra de 2-octanol disuelta en acetona-dB6B se le aplic el experimento de

inversin-recuperacin para determinar los tiempos de relajacin TB1B a todos sus ncleos

de carbono. A continuacin se muestran, en la Figura 5.191, los espectros de RMN-P13PC

20 MHz a 30P0P C para tiempos de evolucin desde 0.4 a 4.4 s (intervalo 0.2 s) y 32.0 s

donde se asume recuperacin total.

Asigne todas las seales y estime los valores de TB1B para todos los carbonos. Qu nos

indican los resultados respecto a la movilidad a lo largo de la cadena carbonada?

Figura 5.191 Experimento de inversin-recuperacin para el 2-octanol

5.- El espectro de RMN-P13PC 22.63 MHz con desacoplamiento alternado de un compuesto

de frmula molecular CB3BHB3BFB3BOB2B se registr en acetona-dB6B y se muestra en la Figura

5.192 Los desplazamientos qumicos y constantes de acoplamiento aparecen indicados.

Determine la estructura del compuesto.

Figura 5.192 Espectro RMN-P13PC con desacoplamiento alternado

273


6.- Los espectros RMN-P13PC de rutina y con desacoplamiento alternado de un

hidrocarburo de frmula molecular CB11BHB12B se muestran en la Figura 5.193. Determine la

estructura del compuesto.

Figura 5.193 Espectros RMN-P13PC de compuesto de frmula molecular CB11BHB12B

7.- En la Figura 5.194 se muestra el espectro RMN-P13PC con extincin de NOE (tiempo

entre pulsos: 120 s) del acetoacetato de etilo. Interprete los resultados y estime

cuantitativamente la proporcin de las especies en equilibrio presentes sobre la base de la

integracin de las seales que se dan a continuacin.

Desplazamiento qumico/integral: 202.3/ 994, 177.6/ 71, 174.3/ 57, 168.6/ 950, 90.6/ 22,

61.7/ 1008, 60.8/ 58, 50.5/ 1021, 30.1/ 1126, 21.1/ 71, 14.5/ 63, 14.4/981.

Tabla 5.194 Espectro de RMN-P13PC con extincin de NOE del acetocetato de etilo

274


8.- En la Figura 5.195 se muestra un experimento de RMN-P1PH-Dinmica de la 3 N-

dimetilamino-acrolena. Asigne las seales y determine los parmetros del proceso

dinmico presente. Las temperaturas de los espectros aparecen indicadas.

Figura 5.195 Espectros RMN-P1PH 250 MHz en CDClB3B de la 3-N-dimetilamino acrolena

275


9.- Determine la estructura y configuracin relativa del cicloaducto formado por reaccin

del 1-(N,Ndimetilamino)-2-metil-1,3-butadieno con el -nitroestireno a partir de los

espectros RMN-P1PH y COSY a 400 MHz mostrados en la Figura 5.196

Figura 5.196 Espectros COSY y RMN-P1PH del cicloaducto

276


10.- Determine la estructura del flavonoide de frmula global CB18BHB20BOB6B a partir del

espectro combinado HETCOR y COLOC mostrado en la Figura 5.197. La conectividades

HETCOR aparecen en negrita y las COLOC como crculos en blanco. Los espectros

fueron medidos en un equipo con resonancia protnica A 200 MHz en DMSO-dB6B. La

seal a 12.4 ppm corresponde a un hidrgeno activo.

Figura 5.197 Diagrama HETCOR/COLOC de un flavonoide

277


11.- Con el objetivo de asignar todas las seales protnicas del carbohidrato mostrado en

la Figura 5.198 se registraron los espectros 1D-protnico y DQF-COSY. Asigne todos

los protones. Las intensas seales de los grupos acetilo causan considerable ruido en fB1B

en el DQF-COSY.

Figura 5.198 Espectros RMN-P1PH y DQF-COSY

278


12.- Determine la estructura y asigne todas las seales del hidrocarburo CB10BHB8B cuyos

espectros se muestra en las Figuras 5.1.99 a 5.202.

Figura 5.199 Espectros 1D RMN-P1PH y -P13PC

Figura 5.200 Espectro DQF-COSY

279


Figura 5.201 Espectro HMQC

Figura 5.202 Espectro HMBC y ampliacin

280


13.- Determine las fracciones molares en una mezcla de n-butanol y n-propanol cuyo

espectro de RMN-P1PH se muestra en la Figura 5.203

Figura 5.203 Espectro RMN-P1PH de mezcla de n-butanol y n-propanol

14.- Indique los experimentos de RMN ms adecuados para resolver los siguientes

problemas:

(Opciones: COSY, DQF-COSY, TOCSY, NOESy, ROESY, HETCOR, COLOC,

HMQC, HSQC, HMBC, NOEDif, INADEQUATE, DEPT)

a.-Asignar las seales de los carbonos cuaternarios a partir de la asignacin conocida del

espectro protnico de una muestra de 2 mg o de 30 mg de un compuesto.

b.- Asignar los protones correspondientes a los diferentes sistemas de espines de las

unidades de azcar de un pentasacrido.

c.- Determinar la unin de los diferentes azcares de un trisacrido, se cuenta con as

asignaciones de P1PH y P13PC de sus unidades.

d.- Asignar los desplazamientos qumicos protnicos de un esteroide partiendo de la

asignacin del espectro de P13PC.

e.- Asignacin estereoespecfica de los metilos de un grupo gem-dimetilo en un

triterpeno con espectro de RMN-P1PH muy complejo y superpuesto.

281


f.- Determinar la vecindad espacial entre grupos metilos pertenecientes a dos residuos

aminoacdicos remotos en un pptido de masa moleular 1500 Da.

g.- Determinar los protones que estn escalarmente acoplados con un protn particular.

h.- Determinar el nmero de protones unidos a cada carbono en un compuesto de masa

molecular moderada.

i.- Utilizar como patrn para caracterizar una protena marcada con P15PN en la

investigacin farmacetica.

5.12 Bibliografa

1.- T.C.Farrar, An Introduction to Pulse NMR Spectroscopy, Farragut Press, Chicago,

1987

2.- L.M.Jackman, S.Sternhell, Applications of NMR Spectroscopy in Organic Chemistry,

2PndP Edition, Pergamon Press, New York, 1969

3.- E.Breitmaier, W.Voelter, Carbon-13 NMR Spectroscopy, 3rd Edition, VCH, New

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Chemistry, 2nd Edition, Wiley, Chichester, 1995

5.- P.J. Hore, Nuclear Magnetic Resonance, Oxford University Press, Oxford, 1995.

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7.- T.D.W.Claridge, High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry, Pergamon,

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9.- E.Breitmaier, Elucidation by NMR in Organic Chemistry: A Practical Guide, Wiley,

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VCH, Weinheim, 1998

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Advanced Science and Technology (AIST), Japn. Direccin de Internet (acceso libre):

www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/cgi-bin/cre-index.cgi

283

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