RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR   R. M. N.

Se utiliza para estudiar una serie de núcleos como 1H 13C, 15N, 19F y 31P.   Los más usados son 1H y 13C por ser estos los principales componentes de moléculas orgánicas.

El spin de protón genera un campo magnético llamado momento magnético, debido al movimiento de la carga eléctrica (+).

En un campo magnético fuerte, la diferencia de energía   entre los dos spin α y β es mayor que en un campo débil y se expresa por la ecuación: E = h  Ho Donde E = diferencia de E entre estados 2  y  h = constante de Plank Ho = fuerza del campo magnético externo = velocidad de giro magnético 27.753 gauss/s para el protón.

Para un campo magnético externo de 25 Para un campo magnético externo de 25.000 gauss la diferencia de E entre los dos estados de spin es pequeña (10-5kcal/mol) . Esta pequeña diferencia de E es detectable por la técnica RMN.   Cuando un protón interactúa con un fotón con la E electromagnética necesaria para pasar del spin  al , el núcleo se alinea en la dirección del campo magnético absorbiendo esta E y pasando de  a  alineándose en contra del campo magnético.

Luego un núcleo expuesto a la combinación de campo magnético y radiación electromagnética se dice que está en resonancia. El espectrómetro detecta esta diferencia de E. Los actuales equipos operan a frecuencias entre 100 a 400MHz correspondientes a campos entre 23.486 y 93.945 gauss.

Los protones no se encuentran desnudos, sino rodeados por electrones, los cuales los protegen del campo magnético externo. Estos electrones circundantes generan a su vez un pequeño campo magnético inducido, el cual se opone al campo magnético externo. El campo inducido en el núcleo es más débil que el externo, el núcleo está apantallado. Luego el campo externo debe aumentarse para que ocurra la resonancia a una frecuencia dada. Al aplicar un campo externo de 14.092 gauss (Ho) la E necesaria para entrar en resonancia (salto de  a ) es de 60MHz.  

  Pero dado el campo inducido por los electrones alrededor del núcleo, el Ho baja a 14091,7 gauss, luego no se alcanza la E necesaria para entrar en resonancia. Es necesario aumentar el Ho a 14092,3 gauss y así entrar en resonancia.. Afortunadamente los protones con entorno químico diferentes están apantallados por cantidades diferentes. En el CH3OH el O más electronegativo que el C atrae la densidad electrónica alrededor del OH, el protón de éste no está tan apantallado como lo están los protones del metilo, por lo que este protón absorbe a menor campo que el protón del metilo.  

(CH3)4 Si TETRAMETILSILANO e.n. Si 1.8 e.n. C 2.5    p.p.m.= desplaz. a campo bajo desde TMS(Hz) frecuencia total del equipo (MHz) El desplazamiento químico de un protón absorbe en un espectrofotómetro de 60MHz a 426Hz 426 Hz/ 60MHz = 7,1p.p.m.  

Desplazamiento químico ;nombre que se le da a la posición de un pico en el espectro. Para fijar la escala en el espectro, se necesita un standard. Este standard es a menudo tetrametilsilano, o TMS. Se emplea el TMS porque es la molécula más apantallada que existe y sus protones son equivalentes. Por lo tanto, debería verse como un solo pico, que puede fijar el punto 0 en el espectro. Ese es el pico que usted observa arriba en 0.

Desplazamientos químicos en haluros de alquilo CH3X X F OH Cl Br I   Desplazamientos químicos en haluros de alquilo CH3X X F OH Cl Br I e.n. 4,1 3,5 2,8 2,7 2,2 Δ (p.p.m.) 4,3 3,4 3.0 2,7 2,2 A mayor e.n. del átomo mas atrae electrones y los protones estan muy desapantallados luego absorben a campo bajo

Desplazamiento quimico depende de la distancia desde los protones H H H H protones distantes menos H C C C C H desprotegidos 1.7-1.3= 0.4 H H H H H H H H H C C C C Br protones  desapantallados por 3.4-0.9 =2.5ppm

Tabla de algunos de los muchos desplazamientos químicos posibles en 1H NMR (dados en partes por millón, o ppm) y los protones asociados a dichos desplazamientos, que están resaltados en rojo. protón desplazamiento químico (ppm) etano (H3C-CH3) 1.25 propano (H3C-CH2-CH3) 1.17 ciclopropano (C3H6) 0.22 ciclopentano (C5H10) 1.40 ciclohexano (C6H12) 1.35 tolueno (H3C-C6H5) 2.87 estireno (H2C=CH-C6H5) 5.09 estireno (H2C=CH-C6H5) 6.68

Aromáticos orto meta para benceno (C6H6) 7.54 7.54 7.54 tolueno (H3C-C6H5) 7.16 7.16 7.16 estireno (H2C=CH-C6H5) 7.24 7.24 7.24 bromobenceno (Br-C6H5) 7.49 7.14 7.24 fenol (HO-C6H5) 6.77 7.13 6.87  

El desdoblamiento de la señal indica el entorno de los protones. El Nº de absorciones diferentes implica cuantos tipos diferentes de protones están presentes. La cantidad de apantallamiento mostrada por las absorciones depende de la estructura electrónica cercana a cada protón. La intensidad de la señal implica cuantos protones de cada tipo están presentes. El desdoblamiento de la señal indica el entorno de los protones.  

El desdoblamiento de la señal. El Nº de absorciones diferentes implica cuantos tipos diferentes de protones están presentes. La intensidad de la señal implica cuantos protones de cada tipo están presentes.       El desdoblamiento de la señal. indica el entorno de los protones

Desplazamientos químicos δ (p.p.m.)   Las variaciones de las absorciones –provenientes de los apantallamientos y desapantallamientos – se llaman desplazamientos químicos. Estos representan las diferencias ( en partes por millón) entre la frecuencia de resonancia del protón observado y la de un compuesto de referencia ( tetrametilsilano). Debido a que el Si es menos E.N. que el C, los grupos metilo serán muy ricos en electrones y sus protones estarán apantallados y absorberán a campos altos.