TEMA 2: Resonancia Magnética Nuclear RMN-1H y 13C Fundamentos
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- José Miguel Villalba Vidal
- hace 7 años
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1 Fundamentos La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es la técnica que mayor información estructural proporciona. Ello se debe a que se observan los núcleos de los átomos y se puede conocer la influencia de cada entorno molecular sobre cada uno de los átomos. Los átomos más abundantes en los compuestos orgánicos, y, se pueden observar fácilmente con cantidades no muy grandes de muestra. Puesto que en cada caso se pueden sacar conclusiones sobre el entorno próximo (e incluso lejano) a cada átomo, se puede llegar a deducir la estructura de dichos compuestos. Además de los átomos de y, se pueden observar otros átomos, siempre que haya una abundancia suficiente (en función de la sensibilidad de cada uno de ellos) de un isótopo magnéticamente activo (momento magnético). En el caso del hidrógeno el isótopo más abundante 1, es el que se observa. Para el carbono, el isótopo observado es el 13, mientras que el más abundante, 12, es magnéticamente inactivo. tros isótopos magnéticamente activos que pueden observarse son 15 N y 31 P, para los átomos más relevantes entre las biomoléculas. Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 1
2 Fundamento En presencia de un campo magnético, los núcleos de los átomos que poseen momento magnético de spin, pueden tener dos (o más) orientaciones en dicho campo. En el caso de los núcleos de 1 y 13, con momento de spin ½, pueden tener dos orientaciones, una a favor y otra en contra del campo externo. b DE = hu a a b u El comportamiento de los núcleos en el campo magnético puede verse influido de múltiples maneras, para dar diverso tipo de información, pero la información básica que se obtiene es: - Frecuencia a la que sale cada núcleo en concreto DESPLAZAMIENT - Número de núcleos de cada tipo INTEGRAL - Número y disposición de los núcleos próximos - MULTIPLIIDAD Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 2
3 Desplazamiento En presencia de un campo magnético, todos los núcleos de 1 deberían resonar igual, pero para cada tipo resuenan diferente. Esto se debe a los efectos de la estructura, ya que: 1) el aumento o disminución de la densidad electrónica en torno al núcleo observado influye sobre el campo efectivo en cada núcleo, y 2) los campos inducidos sobre la estructura circundante pueden afectar también al campo efectivo en cada núcleo a b APANTALLAMIENT DESAPANTALLAMIENT ampo externo Efecto de pantalla ampo externo ampo efectivo Mayor campo externo ampo efectivo Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 3
4 Desplazamiento El efecto apantallante aumenta con el aumento de la densidad electrónica en el núcleo a observar: si la densidad electrónicas del enlace - aumenta, el apantallamiento aumenta y las señales aparecen desplazadas a mayor campo (10 0); si la densidad electrónica en el enlace - disminuye, el apantallamiento disminuye y las señales aparecen desplazadas a menor campo (10 0). El desplazamiento δ de cada señal respecto de la referencia (TMS) se mide en ppm, y suele abarcar el rango entre 12-0 ppm (pudiendo llegar a estar fuera del mismo). Efecto inductivo de sustituyentes en : 3 --X ,4-1 F > > N > sp 2 > sp 3 > > Si +2, F < 3 - < 3 -N 2 < 3 -= 2 < 3-3 < 3 - < ( 3 ) 4 -Si F < 3 -l < 3 -Br < 3 -I < Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 4
5 Desplazamiento El efecto de diversos sustituyentes es más o menos aditivo y pueden hacerse predicciones sobre el desplazamiento de las señales correspondientes a cada tipo de 1 presentes. -l 3 < 2 -l 2 < 3 -l < La disminución de la densidad electrónica también puede deberse al efecto resonante, haciendo que se produzca un desapantallamiento (en caso de aumentar la densidad electrónica, apantallamiento) Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 5
6 Desplazamiento Por ejemplo, en los compuestos alifáticos se puede hacer un cálculo aproximado en los y 2, a partir de la contribución de cada sustituyente. En el caso de los compuestos bencénicos se puede calcular, apreciándose el apantallamiento (sustituyentes dadores) o el despantallamiento (sustituyentes atractores) en las posiciones orto- y para-. Igualmente se conoce el efecto aproximado de los sustituyentes geminales o vecinales (cis o trans) en los dobles enlaces. Tabla realizada por onstantino Iglesias Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 6
7 Desplazamiento e integral. Además del desplazamiento, la señal correspondiente a cada tipo de protones indica el número de protones que integran dicha señal. INTEGRAL. Un compuesto de fórmula molecular , presenta el siguiente espectro de RMN- 1. omo puede observarse, existen 5 tipos de protones diferentes y la intensidad relativa de las señales nos indican los protones que hay de cada tipo. 11,0 (1, s) 5,45 (2, s) 4,58 (1, s) 2,13 (3, s) 1,19 (9, s) Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 7
8 Multiplicidad doblete triplete cuadruplete La señal de un tipo de protones se ve escindida en DS por cada protón diferente sobre el mismo carbono o sobre carbonos vecinos. La separación producida se llama constante de acoplamiento y se mide en z. Si la escisión la producen dos protones iguales (igual ) se produce una señal triple conocida como triplete y si la producen tres protones iguales, la señal es cuádruple y es conocida como cuadruplete. Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 8
9 Multiplicidad doble doblete: dd triple doblete: td doble doble doblete: ddd Diferencia entre acoplarse a tres protones con diferente : doble doble doblete, ddd Y acoplarse a tres protones con igual : cuadruplete, c cuadruplete: c Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 9
10 Desplazamiento, integral y multiplicidad. Ejemplo 1 El compuesto orgánico cuyo espectro RMN- 1 se presenta a continuación tiene las siguientes propiedades: f INTEGRAL: DESPLAZAMIENT: MULTIPLIIDAD: s f c t PPM Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 10
11 Desplazamiento, integral y multiplicidad. Ejemplo IR: s s d h PPM Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 11
12 Desplazamiento, integral y multiplicidad. Ejemplo N IR: 3350 cm -1 N s s δ - variable t t t x t Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 12
13 Acoplamiento El efecto por el que unos protones hacen escindirse a los protones próximos (acoplados) es mutuo y de la misma magnitud. Por tanto, la constante de acoplamiento () es idéntica entre los dos tipos de protones que se acoplan. La magnitud del acoplamiento (valor en z de la constante de acoplamiento ) es variable, dependiendo de la disposición relativa de los protones acoplados (enlaces que los separan, disposición, agrupaciones próximas, disposición espacial ) El acoplamiento entre protones alifáticos vecinos (en carbonos contiguos), cuando existe libre rotación tiene un valor ~ 6 z Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 13
14 Acoplamientos. Anillos de benceno. Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 14
15 Acoplamientos. Dobles enlaces. Desapantallado por el efecto inductivo atractor de e - del. Apantallados por el efecto resonante dador de e - del. Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 15
16 Acoplamientos. Alifáticos. onstante de acoplamiento entre protones VEINS (sobre átomos de carbono contiguos) onstante de acoplamiento entre protones GEMINALES (sobre el mismo átomo de carbono) Las constantes de acoplamiento entre protones vecinos dependen del ángulo diedro entre los enlaces - de los átomos implicados. Es máxima para ángulos de 180º y mínima para ángulos de 90º. Ayudan a establecer la estereoquímica de las moléculas. Univ. Salamanca. Fac. Farmacia - Química rgánica II - M. Medarde, R. Peláez, R. Álvarez 16
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