Resonancia Magnética Nuclear

Análisis Instrumental

RMN

RMN

• es la herramienta analítica

• Proporciona información estructural

Técnica

• No destructiva

• Cuantificación

• Aplicada s elucidar estructuras Esteroquímica

Aplicaciones

• Química

• Medicina

• Arqueología

• Biología

• Entre otras

• El fenómeno de la resonancia magnética

nuclear es el resultado de la interacción de

un campo magnético externo, con el

momento magnético de un núcleo atómico.

• ( núcleos con masa impar o número atómico

impar).

• La Resonancia Magnética Nuclear es una

espectroscopía de absorción cuyo fundamento es

la absorción de energía (radiofrecuencias) por un

núcleo magnéticamente activo, que está orientado

en el seno de un campo magnético, y que por

efecto de esa energía cambia su orientación.

• Entre los núcleos más frecuentes en los

compuestos orgánicos son magnéticamente activos

el protón (1H), carbono (13C), nitrógeno (15N),

fósforo (31P) y flúor (19F)

MagnetizaciónCuando se aplica un Campo Magnético (Bo) con una frecuencia

característica denominada frecuencia de Larmor (ωo) que

depende de la intensidad del campo magnético aplicado:

ωo = γ Bo

Constante giromagnética

Movimiento de

precesión

Los núcleos con espín positivo se orientan en la misma

dirección del campo, en un estado de mínima energía

denominado estado de espín α y los núcleos con espín

negativo se orientan en dirección opuesta a la del campo

magnético, en un estado de mayor energía, estado de espín

β.

Estados de espín

La diferencia de energía entre los dos estados de

espín α y β, depende de la fuerza del campo

magnético aplicado Ho: cuanto mayor sea el

campo magnético, mayor diferencia energética

habrá entre los dos estados de espín.

Se representa el aumento de la diferencia energética entre los estados de espín

con el aumento de la fuerza del campo magnético.

• RF intensa

• Núcleos espinα pasan β

Muestra orgánica

• Emiten señales de RF

• Depende de la ΔE

β pasan α• Son detectadas

• registradas

Señales de RMN

La ecuación siguiente muestra la dependencia entre la

frecuencia de la señal y la fuerza del campo magnético Ho

(medida en Teslas, T).

Propiedades magnéticas de

cuatro nucleos importantes

Las partes fundamentales1) Un imán con un controlador; produce un

campo magnético preciso.

2) Una bobina superconductora; suministra el

campo magnético principal.

3) Un oscilador de radiofrecuencias; suministra la

energía necesaria para cambiar la orientación

de los núcleos, es un transmisor de

radiofrecuencias, capaz de emitir frecuencias

precisas.

4) Una bobina detectora que recibe las señales; un

detector para medir la absorción de

energía de radiofrecuencia de la muestra.

5) Un sistema informatizado que rige el aparato y

que incluye un sistema de registro,

amplificación y registro, para realizar las

gráficas que constituyen el espectro de RMN.

Esquema de un equipo RMN

Un espectro RMN es un conjunto de picos de

absorción quereflejan diferencias de entornos

para un mismo núcleo

Protones Equivalentes

Resonancia magnética nuclear de 1H.

Apantallamiento o protección magnética por los electrones.

Los protones o los carbonos que forman las moléculas orgánicas, no se

encuentran aislados sino que están rodeados de electrones que los protegen

parcialmente del campo magnético externo al que se ven sometidos.

Los electrones se mueven generando un pequeño campo magnético

inducido que se opone al campo magnético externo.

En una molécula la nube electrónica que existe alrededor de cada núcleo

actúa como corriente eléctrica en movimiento que, como respuesta al

campo magnético externo, genera una pequeña corriente inducida que se

opone a dicho campo; el campo magnético que llega al núcleo es más débil

que el campo externo, por lo tanto el núcleo está protegido o apantallado.

Este apantallamiento es importante ya que el campo magnético efectivo

(Hef) que siente un protón dentro de una molécula es siempre menor que el

campo externo, y por lo tanto, para que el núcleo entre en resonancia dicho

campo externo debe ser mayor.

Ejemplo:

En el metanol el átomo de oxígeno retira densidad electrónica del

entorno electrónico que rodea al protón del grupo hidroxilo, quedando

este átomo de hidrógeno menos protegido que los protones del grupo

metilo.

La consecuencia es que el protón del grupo hidroxilo toca a un campo

magnético menor que los protones del grupo metilo.

Ejemplos de espectros de RMN

Desplazamiento químico

Resonancia Magnética

Nuclear.

• Sólidos

• Líquidos

Aplicaciones y Preparación de

muestra.• Las aplicaciones de la RMN de estado sólido suelen

utilizarse en investigaciones sobre proteínas de la

membrana, fibrillas de proteínas, todo tipo de polímeros,

análisis en química inorgánica, y también otras más

"exóticas" como las hojas de plantas y las pilas de

combustible.

• Las cantidades de muestra necesarias oscilan entre 1 y 50

mg. Dependiendo del núcleo a observar, del tipo de

experiencia y del peso molecular de la muestra.

Preparación de una muestra para (RMN) de

líquidos

• Una muestra se dispone en un tubo para RMN. La muestra,

típicamente se compone de un soluto y un solvente.

• El solvente es usualmente deuterado, es decir tiene

deuterio (2D) en lugar de protio (1H).

• En el tubo para RMN, con una pipeta Pasteur, se dispone

una cantidad apropiada de solución (0,6 – 0,7 mL), o, de

otro modo, se coloca el soluto en el tubo.

• se agrega el solvente y se agita bien para homogenizar.

• No use cualquier otro tubo diferente RMN.

• Un tubo distinto seguramente tendrá deformaciones

longitudinales y transversales que dificultarán la rotación

uniforme de la muestra en el tubo y la homogenización

del campo magnético en la columna de muestra.

• La limpieza inapropiada de los tubos para RMN puede

también hacer inútil un tubo.

• No deje los tubos en la estufa para secado por periodos

de tiempo prolongados; esto causa deformaciones

permanentes en su geometría. La mejor forma de limpiar

un tubo es enjuagarlo con un solvente apropiado

(acetona, metanol, etc.) y finalmente darle un par de

lavados con acetona grado HPLC. Al final, cualquier

residuo de solvente puede retirarse con un chorro de aire,

nitrógeno o argón seco y limpio.

• Si se considera necesario, el tubo, casi seco, puede

llevarse a la estufa por unos diez minutos, disponiéndolo

acostado sobre una superficie plana.

• Es conveniente disponer la cantidad apropiada de

solvente en el tubo por varias buenas razones. La más

importante es que esto influye en la homogenización del

campo a través de la muestra en los experimentos de

RMN y origina pérdida de sensibilidad (menor relación

señal/ruido) y obviamente deteriora la calidad final del

espectro. Se obtendrá mejor relación señal/ruido si se

usan 600 – 700 µL de muestra; aún cuando se disponga

de una cantidad de soluto limitada.

Bibliografia

• Skoog Douglas A.,Holler James F.,

Crouch Stanley R., Principios de

Analisis Instrumental,CENGAGE,

sexta edicion,628-692.

• http://www.uhu.es/quimiorg/rmn3.

html

• http://www2.chemistry.msu.edu/fa

culty/reusch/VirtTxtJml/Spectrpy/

nmr/nmr1.htm