Resonancia Magnetica

RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR:

RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR:

La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es la herramienta analítica que proporciona mayor información estructural y estereoquímica en un tiempo asequible. La técnica no es destructiva y tiene aplicaciones en todas las áreas de la Química y en algunas de la Biología.

Disponiendo de accesorios adecuados permite la observación de tejidos (accesorio de microimagen). Con otros tipos de instrumentos es una técnica de diagnóstico en Medicina.

La Resonancia Magnética Nuclear es una espectroscopia 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.

INTERACIÓN DEL ESPÍN NUCLEAR CON UN CAMPO MAGNÉTICO:

Los núcleos atónicos se caracterizan por un movimiento de rotación en torno a un eje. La frecuencia a la que precesan los núcleos se denomina frecuencia de Larmor:

Como todo movimiento atómico este también está cuantizado, en este caso por el número cuántico de espín nuclear I.

En condiciones normales, a cada núcleo le corresponde un único valor de I.

En el caso de elementos ligeros estas transiciones no se consiguen ya que cada núcleo tiene su propio valor de I, siendo este dependiente del número de protones y neutrones de la siguiente forma:

Nº másico (A) Nº atómico (Z) Valor de I Ejemplos

Impar Impar 1/2, 3/2, 5/2,... 1H, 19F

Par Par 0 12C, 16O

Par Impar 1, 2, 3,... 14N, 2H= D

Impar Par 1/2, 3/2, 5/2... 13C

Si I = 0 No tiene spín, luego no va a producir espectro, ya que no tienen propiedades magnéticas.

Si I " 1 Todos tienen lo que se llama un momento eléctrico cuadrupolar, lo que quiere decir que no son esféricos, es decir, que su distribución de cargas no es esférica.

OBTENCIÓN DEL ESPECTRO DE RMN:

ESPECTRÓMETRO DE RMN:

A continuación, se muestra de forma esquemática los principales componentes de un equipo para medidas de resonancia magnética nuclear.

El espectrómetro de RMN consta de cuatro partes:

1. Un imán estable, con un controlador que produce un campo magnético preciso.

2. Un transmisor de radiofrecuencias, capaz de emitir frecuencias precisas.

3. Un detector para medir la absorción de energía de radiofrecuencia de la muestra.

4. Un ordenador y un registrador para realizar las gráficas que constituyen el espectro de RMN.

Para obtener un espectro de RMN, se coloca una pequeña cantidad del compuesto orgánico disuelto en medio mililitro de disolvente en un tubo de vidrio largo que se sitúa dentro del campo magnético del aparato. El tubo con la muestra se hace girar alrededor de su eje vertical.

En los aparatos modernos el campo magnético se mantiene constante mientras un breve pulso de radiación rf excita a todos los núcleos simultáneamente. Como el corto pulso de radiofrecuencia cubre un amplio rango de frecuencias los protones individualmente absorben la radiación de frecuencia necesaria para entrar en resonancia (cambiar de estado de espín).

A medida que dichos núcleos vuelven a su posición inicial emiten una radiación de frecuencia igual a la diferencia de energía entre estados de espín. La intensidad de esta frecuencia disminuye con el tiempo a medida que todos los núcleos vuelven a su estado inicial.

Un ordenador recoge la intensidad respecto al tiempo y convierte dichos datos en intensidad respecto a frecuencia, esto es lo que se conoce con el nombre de transformada de Fourier (FT-RMN).

El imán superconductor mantiene su temperatura de trabajo gracias a que esta recubierto por capas como muestra la siguiente figura:

DESCRIPCIÓN DE LAS TÉCNICAS UTILIZADAS:

1D TRANSFERENCIA DE POLARIZACIÓN:

SPT Heteronuclear (Selective Polarization Transfer Heteronuclear).

Técnica basada en la Transferencia de Polarización

Permite Determinar el Signo Relativo de las Constantes de Acoplamiento

Identifica el 1H acoplado dipolarmente con un 13C

Secuencia de pulsos:

Emitimos un pulso de 90ºx en el canal de protón y se deja un tiempo fijo igual a 1/2J. La J elegida es un promedio de la sustancia, lo cual es una limitación de la técnica.

INEPT (Insensitive Nuclei Enhanced by Polarization Transfer).

Experimento equivalente al anterior

Aumenta la Intensidad de la Señal de núcleos con baja Relación Giromagnética

Es importante tener en cuenta que los multipletes pueden aparecer distorsionados, por esto esta tecnica no suele utilizarse en la práctica.

DEPT (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer)

Técnica basada en la Transferencia de Polarización; permite aumentar la sensibilidad con núcleos poco sensibles (X). Condición: X debe estar acoplado escalarmente con otro núcleo activo de mayor sensibilidad (1H generalmente).

El experimento X {1H } DEPT distingue para un sistema XHN-jZj las diferentes señales en función del número de H unidos al núcleo activo X.

Así, para 13C-H y la secuencia de pulsos indicada abajo, la selección de la longitud del pulso p3 hace posible discernir entre CH, CH2, CH3 (los C cuaternarios no aparecen):

p3(ðº)/Editado Ejemplo: Sea el espectro 13C{1H}

45º/CH, CH2, CH3

90º/CH

135º/CH, CH2, CH3

No aparecen los C cuaternarios (o X no unidos a H). Si se desea tenerlos en el espectro se debe emplear las secuencias PENDANT o DEPTQ

Es posible obtener espectros donde sólo aparezca un sólo tipo de XHi (i=1,2,...) empleando combinaciones lineales de los resultados obtenidos mediante DEPT135, DEPT90 y DEPT45.

Secuencia de pulsos:

El comienzo de la secuencia de pulsos del DEPT es un pulso de 90° de protón. El tiempo de espera depende (al igual que en el INEPT) de la velocidad de relajación de protón (esto es una ventaja ya que esta es mas rápida que la de carbono). El pulso de protón de ángulo variable transforma la coherencia directamente observable de single cuanto. El pulso de 180 de carbono se aplica para asegurar que los desplazamientos del heteronúcleo X son perfectamente reenfocados. La intensidad de la señal del heteronúcleo que es finalmente detectada depende de la longitud del pulso de ángulo variable y también del numero de protones unidos directamente ( acoplados a un enlace) al núcleo X.

2D CORRELACIÓN HOMONUCLEAR:.

EXPERIMENTOS:

1H,1H-COSY (Correlation SpectroscopY)

Información que proporciona

- Detecta pares de núcleos acoplados escalarmente.

- Orden de Magnitud de J detectada: detecta J 3 Hz (es capaz de medir nJ con n3)

Por ejemplo en:

En un COSY90 deberán dar señal de correlación: sólo H con H y H con H intensos, en un experimento Long Range COSY además deberá dar señal de correlación H con H intensa

- Forma en que aparece la información:

Se obtiene dos espectros de s y Js, las proyecciones sobre cada eje dan el espectro monodimensional.

ESPECTRO:

• De las señales diagonales se lee el desplazamiento químico.

• De las señales de cruce obtenemos la posición de los protones en acoplamiento al protón considerado.

COMO SE MIDE:

Se traza la diagonal donde se encuentran los desplazamientos químicos de todos los protones, y para localizar con cuales se encuentra en acoplamiento un protón dado se trazan horizontales.

• A tener en cuenta:

• No sirve para determinar el valor de J

• El experimento funciona incluso en el caso de sistemas que dan espectros 1D no resueltos

Secuencia de pulsos:

ph1: (x)4, (y)4, (-x)4, (-y)4

ph2: x, y, -x, -y

adq: (x, -x)2, (-y, y)2, (-x, x)2, (y, -y)2

Pulso de 90ºx en el canal de protón, transforma la magnetización longitudinal en magnetización transversal.

Se deja un tiempo de evolución, en el cual el vector de magnetización se desdobla en dos, separadas por un ángulo , cuanto mayor diferencia de desplazamientos químicos exista entre los protones en acoplamiento, mayor será la diferencia de ángulos.

Si transcurrido ese tiempo se emite un segundo pulso:

• Las componentes de x´ no se alteran.

• Las componentes de y´ giran 90º.

La intensidad de la señal que se recibe mediante el FID va a estar modulada por J y por , ya que se mide el valor de las componentes en x´ e y´.

• La primera transformada de Fourier: las líneas estarán moduladas de acuerdo con T1.

• La segunda transformada de Fourier: nos permite determinar los desplazamientos químicos y las constantes de acoplamiento.

VARIANTES DEL COSY:

• COSY-45. Se sustituye el segundo pulso de 90º por uno de 45º, así se disminuye la intensidad de las señales diagonales, aumentando así la intensidad de las señales de cruce.

• COSY-LR (A larga distancia). Se introduce una mayor demora antes y después del pulso de 90ºx, así se logra aumentar la intensidad de las señales de cruce correspondientes a constantes de acoplamiento pequeñas.

• COSY-DQF. Se irradia con dos pulsos de 90º muy próximos en el tiempo (se comporta como un filtro dicuántico), elimina señales de singletes, como por ejemplo la del disolvente.

13C,1H-COSY:

Es

...