RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

(RMN)

Deyra Catalina Estrada García

Neftalí López Martínez

Viridiana García López

RMN

Es fenómeno físico basado en las propiedades mecánico-cuánticas de los núcleos atómicos.

Con la espectroscopia de RMN se pueden identificar moléculas, determinar su estructura o estudiar procesos dinámicos. Por ejemplo, ha sido clave en la determinación de la estructura de proteínas en disolución y, por otro lado, las técnicas de imagen de RMN son una herramienta indispensable en el diagnostico en medicina

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.

Momento angular 

Bajo ciertas condiciones de simetría rotacional de los sistemas es una magnitud que se mantiene constante con el tiempo a medida que el sistema evoluciona.

Esta magnitud desempeña respecto a las rotaciones un papel análogo al momento lineal en las traslaciones. Sin embargo, eso no implica que sea una magnitud exclusiva de las rotaciones; por ejemplo, el momento angular de una partícula que se mueve libremente con velocidad constante (en módulo y dirección) también se conserva.

Es una práctica común, representar el momento angular total de un núcleo por el símbolo I, y llamarlo "espín nuclear".

El espín de un núcleo está determinado por el número cuántico del espín I. Si el número combinado de protones y neutrones en un isótopo dado es par, entonces I = 0, i. e. no existe un espín general; así como los electrones se aparean en orbitales atómicos, de igual manera se asocian neutrones y protones en números pares (que también son partículas de espín ½ y por lo tanto son fermiones) para dar un espín general = 0.

Espín Nuclear

Explique bajo que condiciones se presenta el fenómenos de RMN

Que un núcleo tenga un espín nuclearUn momento magnético

El requisito fundamental es que la estructura molecular que se pretenda elucidar presente un momento magnético de spin (núcleo del átomo) distinto de 0, ya que este es el que se ve alterado por la influencia de un campo magnético controlado generado por una fuente externa (campo de radiofrecuencia generado por el imán del equipo). el requisito fundamental es que la estructura molecular que se pretenda elucidar presente un momento magnético de spin (núcleo del átomo) distinto de 0, ya que este es el que se ve alterado por la influencia de un campo magnético controlado generado por una fuente externa (campo de radiofrecuencia generado por el imán del equipo).

Cuando las moléculas que contienen átomos de hidrógeno se colocan en un campo magnético externo, los momentos magnéticos de los núcleos de hidrógeno, o protones, tienden a alinearse de dos modos con respecto al campo externo. Estas dos posibles orientaciones se denominan paralela y anti- paralela.

• En la orientación paralela, el momento magnético del protón apunta en el mismo sentido que el campo magnético externo.

• En la orientación antiparalela, el momento magnético del protón apunta en sentido opuesto al campo externo.

A que se le llama que un núcleo esta en fase

Cuando se le agrega una radiofrecuencia al protón permite que el núcleo este en fase. Esto pasa porque llega un momento donde se pueden identificar las señales debido a que no están moviéndose a todos lados.

Se presentan mediante la densidad electromagnética que rodea al núcleo tomando en consideración o con la corriente electrónica en la cual se encuentra el núcleo. Cuando se encuentra a campo alto se dice que se encuentra protegido

Campo bajo (región a la izquierda del espectro) donde se ubican las señales de los H con mayor desprotección electrónica (aromáticos principalmente)

Protegido y Desprotegido

En el espectro inferior se indica la dirección del barrido de campo, yendo de los valores bajos de Ho, hacia los valores altos. En estos espectros se pueden apreciar dos picos principales: el que se encuentra a la izquierda se debe al protón del OH, el de la derecha es debido a los protones del CH3.

Los protones cuyos pin se invierte con más facilidad, absorben energía a Ho, menor. Se dice que dan absorción a campo bajo (hacia la parte izquierda del espectro). Los protones cuyo spin se invierte con más dificultad, absorben energía a Ho, mayor, originando señales a campo alto (en la parte derecha del espectro).

Los protones situados en diferentes ambientes moleculares experimentan inversión de spin a distintos valores de intensidad del campo magnético aplicado, debido a que el campo magnético molecular inducido puede ayudar u oponerse al campo externo.

El desplazamiento químico se reporta como una medida relativa de algunas frecuencias de resonancia de referencia. (Para los núcleos 1 H, 13 C, y 29 Si, se usa como referencia el tetrametilsilano o TMS.) Esta diferencia entre la frecuencia de la señal y la frecuencia de la referencia se divide por la frecuencia de la señal de referencia para obtener el desplazamiento químico. Los desplazamientos de frecuencia son muy pequeños en comparación con la frecuencia RMN fundamental. Un desplazamiento de frecuencia típico podría ser de 100 Hz, en comparación con una frecuencia RMN fundamental de 100 MHz, por lo que el desplazamiento químico se expresa generalmente en partes por millón (ppm).

Describe la dependencia de los niveles de energía magnética del núcleo atómico con el ambiente electrónico de la molécula. El núcleo de un átomo puede poseer un momento magnético (espín nuclear), el que entrega diferentes niveles de energía. El desplazamiento químico se genera cuando una variación en los niveles de energía es producida por algún campo magnético exterior

tetrametilsilano

El tetrametilsilano se añade a la muestra justo antes de ser registrado el espectro ya que este patrón se emplea para localizar con exactitud la posición de absorción de cada protón de la muestra.

Los grupos metilo del TMS son relativamente ricos en electrones, es decir, sus protones están fuertemente apantallados.

todos los protones del TMS absorben con el mismo desplazamiento químico dando una única absorción intensa.

CAMPO INDUCIDO POR ELECTRONES SIGMA (Σ) Y ELECTRONES PI (Π)

El campo magnético externo induce una corriente en el anillo aromático que se opone a dicho campo magnético. Sin embargo, estas líneas de campo inducido se curvan y en la parte exterior del anillo se suma al campo externo.

El movimiento de los electrones π genera un campo magnético inducido que se opone al campo magnético externo en la parte media del doble enlace. La densidad electrónica de un triple enlace forma un cilindro que rodea al enlace σ C-C, de manera que el protón acetilénico queda situado a lo largo del eje de dicho campo inducido.

QUE SON LOS PROTONES EQUIVALENTES

En una molécula, los protones rodeados del mismo ambiente absorben a la misma intensidad (aplicada) de campo. Un conjunto de protones de un mismo entorno son equivalentes. Por consiguiente, el numero de señales del espectro RMN revela el numero de conjunto de protones equivalentes que contiene una molécula, o sea, cuantos tipos de protones tiene.

Para que los protones sean químicamente equivalentes deben ser estereoquimicamente.

QUE SON LOS PROTONES NO EQUIVALENTES

Los ambientes de protones del C-I no son iguales, los protones no son equivalentes por lo que absorberán a intensidades de campo diferentes. No siempre podemos anticipar –en especial con protones estereoquimicamente diferentes- hasta que punto se diferencian sus ambientes. Pueden ser que no se distingan lo suficiente como para dar señales con separación apreciable, por lo que es posible que aparezcan menos señales de las esperadas. Los dos protones

del 1,2- dicloropropano son diasteretópicos, no equivalentes, y dan señales RMN separadas .

ACOPLAMIENTO ESPIN-ESPINEl acoplamiento espín-espín escalar es una interacción magnética entre espines nucleares trasmitida por los electrones. Los momentos magnéticos nucleares (de espín) pueden interactuar con los momentos magnéticos electrónicos debidos a su movimiento orbital y al espín electrónico generándose diferentes mecanismos de acoplamiento espín-espín. El acoplamiento es una

característica interna de la molécula, dependiente sólo de su estructura por lo que la constante de acoplamiento J es independiente de la intensidad del campo magnético externo B0

Orientaciones estabilizadas de los espines nucleares y signo J

MULTIPLICIDAD DE SEÑALESDe las permutaciones de espines resultan cuatro señales, siendo las dos del centro tres veces mayores que las de los extremos ya que corresponden a tres permutaciones posibles de espín equivalentes (absorben a la misma frecuencia). En general, la multiplicidad o número de picos de una señal, viene dada por la regla N+1, donde N es el número de protones equivalentes que desdoblan una señal. Las áreas relativas del multiplete N+1 vienen dadas por el llamado triángulo de Pascal:

N. De protones equivalentes

N. De picos (multiplicidad)

Relaciones de áreas (triangulo de pascal)

0 1- singlete 1

1 2- doblete 1 1

2 3- triplete 1 2 1

Múltiples (3,4,5,6)

4- cuádruple5- quíntuple6- séxtuple

1 3 3 11 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1