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Resonancia Magnética Nuclear

RMN

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es una de las técnicas espectroscópicas más importantes por elelucidación de estructuras. Su aplicación es relativamente reciente. El año 1945 dos grupos de físicos trabajando independientemente (Purcell, Torrey y Pound en la Universidad de Harward y Bloch, Hansen y Packard en la de Stanford) observaron por primera vez el fenómeno de la RMN en sólidos y líquidos. Este fenómeno fue utilizado por la resolución de un problema químico al principio de los años 50. Desde entonces, su importancia ha ido creciendo, hasta que el año 1991 el Premio Nobel de Química fue otorgado a R.R. Ernst por su contribución al desarrollo de las técnicas experimentales de RMN.

Solicitud de trabajo

Se recomienda poner entre 10 y 15 mg de muestra en 0.66 mL de disolvente deuterat para poner la muestra dentro de los tubos de RMN.

Con el fin de solicitar el análisis de una muestra para RMN, os tenéis que poner en contacto con el personal responsable del equipo.

Haber que informar de la toxicidad, precauciones de almacenaje y una vez entregada el informe si no se viene a buscar la muestra al cabo de una semana, después de este plazo el restante de esta será destruida.

Características de los equipos

RMN 400MHz (9.4T)

Modelo:
Bruker Ultrashield ASCEND Nanobay
Año:
2014
Descripción:
  • Sonda BBFO (que permito observar 19F)
  • Con Capacidad para trabajar a baja temperatura con N2L hasta -90ºC

SampleXpress Lite:

robot de 16 posiciones que permite la entrada automática de muestras y la ejecución de los diferentes experimentos de RMN

RMN 400MHz (9.4T)

Modelo:
Bruker Ultrashield AVANCE III400
Año:
2008
Descripción:
  • Sonda BBI (Broad Band Inversa)
  • Unidad de baja temperatura que permito trabajar directamente a -40ºC

¿Cómo funciona?

El fundamento físico de la espectroscopia de RMN se encuentra en las propiedades magnéticas del núcleo atómico. La interacción del momento magnético de un núcleo con un campo magnético externo ocasiona un desdoblamiento de los niveles energéticos. Se pueden generar transiciones entre estos diferentes estados y la absorción de energía se puede detectar y registrar como una línea espectral, renombre señal de resonancia. De esta manera, se pueden obtener espectros de compuestos que contienen átomos cuyos núcleos tienen momentos magnéticos diferentes de cero. Entre estos se encuentran el 1H, 19F, 14N y 15N y otros de interés en química. El núcleo de 12C, de gran importancia en química orgánica, presenta demasiado atómica y números atómicos pares y, por lo tanto, no presenta momento magnético. Así, los estudios de RMN de C se limitan al isótopo 13C, que presenta una abundancia natural solo del 1,1%.

De un espectro de RMN podemos extraer tres datos básicos que nos tienen que servir para poder determinar la estructura en disolución de nuestra molécula:

  1. La posición de la señal (desplazamiento químico, δ). Aparecen diferentes señales de resonancia por los diferentes protones de la molécula porque estos protones tienen diferentes entornos químicos.
  2. No todas las líneas sueño sencillas (singlets) sino que algunas se desdoblan en dobletes, triples, quadruplets u otras multiplicidades. Este desdoblamiento es debido al acoplamiento spin-spin. Y nos da idea sobre el sistema de acoplamiento.
  3. El área bajo una señal está relacionada con el número de 1H que dan lugar a la señal y se puede medir mediante integración. También haz falta tener en cuenta que se pueden hacer espectros de otros núcleos, como 13C, 31P, 15N, etc., y aplicar técnicas de correlación bidimensional, técnicas especiales que permiten grabar espectros en dos dimensiones de frecuencia independientes. En muchos experimentos un eje de frecuencia contiene desplazamientos químicos y el otro, constantes de acoplamiento.
    Espectre NMR COSY

También pueden contener frecuencias de un solo núcleo (homonucleares) o de núcleos diferentes (heteronuclears). Este tipo de experimentos es importante por el análisis de espectros complejos con un gran solapamiento de señales y permite el estudio de sistemas tan complejos como los productos naturales, biopolímeros, proteínas o ácidos nucleicos.

Aplicaciones / Casos prácticos

1. Determinación de estructuras

Las correlaciones entre el desplazamiento químico o el acoplamiento spin-spin y la estructura de los compuestos forman la base de la aplicación de la RMN a la determinación de estructuras de compuestos desconocidos. Así, el desplazamiento químico permite conocer el entorno químico en que está situado un núcleo y la integración permite extraer conclusiones relativas al número de núcleos presentes. El acoplamiento spin-spin permite definir las posiciones relativas de los núcleos, dado que la magnitud de la interacción spin-spin (constante de acoplamiento, J) depende del número y tipos de enlaces que separan los diferentes núcleos.

2. Estudio de procesos dinámicos. Estudio de reacciones reversibles rápidas

Otra aplicación de la espectroscopia de RMN se deriva de la observación del hecho de que el espectro de RMN de muchos compuestos depende de la temperatura. Es decir, la forma de la señal de RMN depende de procesos dinámicos y de la velocidad en que estos procesos tienen lugar. Por lo tanto, la espectroscopia de RMN se puede utilizar para el estudio de reacciones reversibles rápidas que no se pueden seguir con los métodos cinéticos clásicos.

3. Estudio de mecanismos de reacción

Además, la espectroscopia de RMN también es útil para el estudio de mecanismos de reacción en todas las ramas de la química. En estos experimentos se utilizan isótopos del hidrógeno, carbono o nitrógeno (2H, 13C, 15N) para el seguimiento de un átomo en particular durante la reacción de interés.

4. Interés en otras áreas científicas

En química orgánica y bioquímica, la espectroscopia de RMN de 13C juega un papel fundamental, aunque el 19F, 15N y 31P también dan información muy valiosa. En química inorgánica, se puede utilizar un gran número de núcleos de interés gracias al rápido desarrollo de las técnicas experimentales. Dado que casi todos los elementos de la tabla periódica contienen un isótopo estable con momento magnético, el área de utilización de la espectroscopia de RMN es muy amplia, aunque la abundancia natural de mucho de estos isótopos es pequeña.

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