Resonancia Magnetica Nuclear

HISTORIA

La espectroscopia de RMN fue desarrollada a finales de los años cuarenta para estudiar los núcleos atómicos. En 1951, los químicos descubrieron que la espectroscopia de resonancia magnética nuclear podía ser utilizada para determinar las estructuras de los compuestos orgánicos.

DEFINICION

Es una exploración radiológica que no emite radiación ionizante, es no imbaciva y permite obtener imágenes en cualquier plano.

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica empleada principalmente en la elucidación de estructuras moleculares, aunque también se puede emplear con fines cuantitativos y en estudios cinéticos y termodinámicos.

Algunos núcleos atómicos sometidos a un campo magnético externo absorben radiación electromagnética en la región de las frecuencias de radio o radiofrecuencias. Como la frecuencia exacta de esta absorción depende del entorno de estos núcleos, se puede emplear para determinar la estructura de la molécula en donde se encuentran éstos.

Para que se pueda emplear la técnica los núcleos deben tener un momento magnético distinto de cero. Esta condición no la cumplen los núcleos con número másico y número atómico par (como el 12C, 16O, 32S). Los núcleos más importantes en química orgánica son: 1H, 13C, 31P, 19F y 15N. Otros núcleos importantes: 7Li, 11B, 27Al, 29Si, 77Se, 117Sn, 195Pt, 199Hg, 203Tl, 205Tl, 207Pb

Se prefieren los núcleos de número cuántico de espín nuclear igual a 1/2, ya que carecen de un momento cuadrupolar eléctrico que produce un ensanchamiento de las señales de RMN. También es mejor que el isótopo sea abundante en la naturaleza, ya que la intensidad de la señal dependerá de la concentración de esos núcleos activos. Por eso, uno de los más útiles en la elucidación de estructuras es el 1H, dando lugar a la espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protón. También es importante en química orgánica el 13C, aunque se trata de un núcleo poco abundante y poco sensible.

La técnica se ha empleado en química orgánica, química inorgánica y bioquímica. La misma tecnología también ha terminado por extenderse a otros campos, por ejemplo en medicina, en donde se obtienen imágenes por resonancia magnética.

http://www.fundacion-barcelo.com.ar/medicina/diagnostico%20por%20imagenes%20medicina/resonancia%20principios%20fisicos.pdf

La ecuación de Larmor

Un análogo mecánico a la naturaleza magnética del núcleo es que es una masa giratoria con una pequeña carga neta positiva. Debido al movimiento de la carga eléctrica se crea un pequeño campo magnético.

En presencia de un campo magnético externo, el comportamiento puede ser comparado con el de una peonza (Figura 02-07).

Cuando el trompo está sometido a la gravitación de la tierra, su movimiento es complejo: gira sobre su propio eje y realiza un movimiento de precesión en relación con la dirección de la tierra. En este segundo movimiento el eje de la peonza está inclinado con respecto a la dirección de la gravedad. Si la gravitación estuviera ausente la precesión no sucedería. Las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos los hacen precesar alrededor del campo externo.

En realidad para los protones existen dos conos de precesión: uno para los núcleos en el estado de baja energía (representado en la Figura 02-07) y otro en la dirección opuesta, para los núcleos en el estado de alta energía.

La frecuencia de este movimiento de precesión ωviene dada por la siguiente ecuación, llamada ecuación de Larmor. Es una de las pocas ecuaciones fundamentales para comprender la RMN, la RM, su tecnología y aplicaciones:

ω = γ × B0

ω es la frecuencia angular de Larmor (MHz), γes la relación giromagnética (MHz /T) que viene dada por la relación entre las propiedades mecánicas y magnéticas del núcleo y depende del tipo de núcleo. B0 es la fuerza del campo magnético en Tesla (T).

http://www.ugr.es/~olopez/estruct_macromol/RMN/RMN_1_ppt.pdf

http://www.ugr.es/~olopez/estruct_macromol/RMN/RMN_1_ppt.pdf

Espectrometría de resonancia magnética nuclear

La espectrometría de resonancia magnética nuclear (RMN), más comúnmente conocida como espectrometría RMN, es una técnica que explota las propiedades magnéticas de ciertos núcleos. Las aplicaciones más importantes para su uso en química orgánica son la espectrometría RMN de protones y la de carbono-13. En principio, la RMN es aplicable a cualquier núcleo que posea espín.

Pueden obtenerse muchos tipos de información mediante un espectro RMN. Al igual que se utiliza la espectrometría de infrarrojos para identificar grupos funcionales, el análisis de un espectro RMN unidimensional proporciona información sobre el número y tipo de entidades químicas en una molécula.

El impacto de la espectrometría RMN en las ciencias naturales ha sido sustancial. Puede utilizarse, entre otras cosas, para estudiar mezclas de analitos, para comprender efectos dinámicos como el cambio en la temperatura y los mecanismos de reacción, y es una herramienta de valor incalculable para la comprensión de la estructura y función de las proteínas y los ácidos nucleicos. Este tipo de espectrometría se puede aplicar a una amplia variedad de muestras, tanto en solución como en estado sólido.

TÉCNICAS BÁSICAS DE ESPECTROMETRÍA RMN

Cuando se sitúan dentro de un campo magnético, los núcleos activos de RMN (como el 1 H, o el 13 C) absorben a una frecuencia característica del isótopo. La frecuencia de resonancia, la energía de la absorción y la intensidad de la señal son proporcionales a la fuerza del campo magnético. Por ejemplo, en un campo magnético de 21 Tesla, los protones resuenan a 900 MHz. Es común referirse a un imán de 21 T como imán de 900 MHz, aunque distintos núcleos resuenan a una frecuencia diferente en este campo.

En el campo magnético terrestre, los mismos núcleos resuenan en frecuencias de audio. Este efecto se utiliza en los espectrómetros RMN y otros instrumentos. Debido a que estos instrumentos son fáciles de transportar y baratos, a menudo se utilizan para la enseñanza y el trabajo de campo.

Desplazamiento químico

Dependiendo del entorno químico local, los diferentes protones en una molécula resuenan a frecuencias ligeramente diferentes. Dado que tanto este desplazamiento como la frecuencia de resonancia fundamental son directamente proporcionales a la fuerza del campo magnético, el desplazamiento de frecuencia se convierte en un campo independiente de valor adimensional conocido como desplazamiento químico. El desplazamiento

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