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Organic Chemistry
Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN)
 

Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN)

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Espectroscopia de resonancia magnética nuclear, o RMN, es un método importante para determinar la estructura molecular y la pureza de muestras en química orgánica.

En NMR muestras de espectroscopia se exponen a un campo magnético fuerte. Exposición de ciertos núcleos de transición o resonar, entre discretos niveles de energía. El boquete de energía entre estos niveles puede medir y visualizar espectros. Esta información puede utilizarse para dilucidar la estructura química de la muestra.

No todos los núcleos tienen las propiedades necesarias para ser activos NMR. Isótopos comunes estudiados son 1H, 2H, 13C, 19F y 31P.

Este video se introducen los principios de RMN, paso a través de preparaciones de ejemplo de muestras de NMR de diferentes etapas de una reacción química y discutimos varias aplicaciones.

En el instrumento NMR, helio y nitrógeno líquido se utilizan para refrigerar un imán súper conductor. El imán aplica un campo magnético constante a una muestra. Dentro de la muestra, los núcleos atómicos con un número impar de protones y/o neutrones se alinearán con el campo, la adopción de un estado de bajo consumo de energía, o contra él, adoptando un estado de alta energía.

La diferencia de energía entre los dos niveles es la frecuencia de resonancia, que depende de la fuerza del campo aplicado y el tipo de núcleo. Los imanes usados en NMR, el valor es en la radiofrecuencia, o RF, gama.

Una bobina de RF excita la muestra con un pulso de radiofrecuencia, los núcleos de bajo consumo de energía en movimiento al estado mayor, antes de volver hacia atrás. La bobina detecta estos cambios en la magnetización, que aparecen como picos.

La fuerza de la RMN radica en su capacidad para distinguir a los núcleos, en este caso hidrógeno, por su ambiente químico. Electrones de átomos vecinos se bloque o "protector", los núcleos de algunos de los campos magnéticos. Este campo efectivo cambia la frecuencia de resonancia de los núcleos especiales, llamado un cambio químico. En etanol los protones metileno, hidroxilo y metil todos tienen frecuencias de resonancia única. Determinar el área bajo cada pico aclara el número de cada tipo de protón.

Desde instrumentos con diversas fuerzas magnéticas cambiará las frecuencias resonantes, ellos se hace referencia a una molécula estándar añadida a la muestra, a menudo tetramethylsilane o el TMS. El cambio químico de las frecuencias es muy pequeña, divulgado a menudo en partes por millón, o ppm.

Cuando se utiliza un imán fuerte con alta resolución, picos a veces se dividen en subpeaks. Esto es causado por los núcleos vecinos, algunos de los cuales están alineados con el campo magnético, otros en contra; Además cambiando el campo efectivo aplicado a los núcleos. En el etanol, los protones de metileno 2 divide el pico de metilo dos veces en un trío, y los protones de metilo 3 divide el pico de metileno tres veces en un cuarteto. La distancia de la separación, o J-acoplamiento, se relaciona con la distancia de los núcleos, en descubrimiento cualitativo.

Ahora que usted comprende los principios básicos detrás de NMR, vamos a revisar un procedimiento de ejemplo que utiliza el protón NMR para controlar la síntesis de chalcona de un aldehído y cetona.

Comience usando una pipeta Pasteur para agregar una pequeña cantidad de material de partida a un vaso de precipitados. En la capilla del humo y diluir el material de partida con 0,7 mL de disolventes deuterados. Se utilizan disolventes deuterados, como frecuencia de resonancia del deuterio está fuera del intervalo para los protones.

Utilice una pipeta Pasteur para añadir 0,7 mL de material de partida diluido en un tubo limpio 5 mm NMR, llenar el tubo inferior 4.5 a 5 cm. tapa NMR y etiquetarla. Agitar suavemente el tubo, teniendo cuidado de evitar el contacto entre la muestra y la tapa. A continuación, inserte el tubo en la ruleta.

Limpie el exterior del tubo y cono usando 2-propanol y laboratorio de los tejidos. Luego coloque el conjunto de la muestra en el medidor de profundidad y calibrar la profundidad de inserción.

Después de la calibración, carga el conjunto de la muestra en el espectrómetro de RMN ya sea manualmente o utilizando un muestreador automático. Por último, utilizar una estación de trabajo de la computadora para adquirir el espectro de RMN.

Generan los espectros de RMN utilizando este procedimiento para cada uno de los materiales a partir de la reacción. Para la síntesis de chalcona, se deben generar espectros de metoxi y Metilacetofenona.

A continuación, realizar la síntesis de la muestra mediante la combinación de los materiales de partida y reactivos en un matraz para comenzar la reacción.

A intervalos de 30 min, saque una pequeña alícuota de la mezcla de reacción con una pipeta Pasteur y añadir 3 gotas a un tubo limpio de NMR.

Diluya este producto crudo de reacción con solventes deuterados y prepararse para NMR utilizando el procedimiento anteriormente descrito.

Conforme avanza la reacción, se forma un precipitado amarillo. Cuando la reacción es completa, lavar y filtrar el precipitado y generan espectros de RMN para el producto de reacción purificado.

Ahora que hemos generado espectros de RMN en cada etapa de la reacción química, vamos a analizarlos.

Los picos de los espectros de NMR para cada una de las materias primas se asignan a grupos de protones diferentes dentro de la molécula según sus cambios químicos y el número de protones que contribuyen a cada pico. Aquí, asignamos a los 4 grupos principales protón Metilacetofenona y metoxi, observando el pico de aldehído entre 9.5 y 10.5 ppm. Al comparar los espectros de RMN de los productos de reacción cruda en diferentes puntos del tiempo, la evolución de la reacción química que se sintetiza la chalcona es aclarada. Por ejemplo, el pico del aldehino de la partida metoxi material todavía está presente después de 30 minutos de reacción, pero desaparece completamente después de 3 horas, lo que significa la terminación de la reacción.

Examinando el espectro del producto purificado podemos asignar cada pico a un grupo de protones en la estructura de la chalcona. Por ejemplo, examinando picos 3 y 4 vemos que sus integrales son ambos, correspondiente a grupos que contienen un protón.

Picos de 3 y 4 son llamados dobletes indicando un protón vecino. Ambos tienen constantes de acoplamiento J de 16 Hz, lo que sugiere que los protones se encuentran a través de un E-enlace doble. Mediante la asignación de todos los picos de NMR de producto de la reacción purificado, confirmamos la síntesis de una chalcona puro.

Espectroscopia RMN tiene una amplia gama de aplicaciones y se utiliza en muchos campos científicos y médicos.

En esta aplicación, protón NMR se utiliza para verificar la síntesis y estructura de diamidocarbene y mononoamidocarbine, cuyos espectros de RMN tienen diferentes patrones de separación máxima. Estos carbenos también generan productos de reacción aparentemente diferente cuando se combina con fósforo blanco; DAC1 genera un producto de la reacción de rojo brillante, mientras que MAAC2 produce un producto naranja brillante. Estas diferencias en los productos de reacción fueron confirmadas mediante una segunda aplicación de la RMN, 31P NMR, que genera espectros basados en diferencias en la frecuencia de resonancia de los núcleos de fósforo.

Aquí, la proyección de imagen de resonancia magnética nuclear, o RMN, fue utilizado para generar un mapa anatómico del cerebro y para seleccionar las regiones cerebrales de interés. Luego se utilizó espectroscopia RMN para generar espectros de metabolitos claves. Por último, usando MRI se evaluaron cambios en el metabolismo cerebral en diferentes condiciones experimentales.

En esta aplicación, NMR se utilizó para analizar las propiedades de enlace y proponer una estructura 3D de un péptido de cobre-que ata. En primer lugar, se compararon los espectros de RMN para el péptido no Unido y enlazado a cobre Estados. Luego, mediante técnicas de RMN de 2 dimensiones más avanzadas, se evaluaron diferentes conformaciones posibles de la estructura del péptido. Finalmente, estas limitaciones estructurales derivados de NMR se utilizaron para desarrollar una estructura 3-Dimensional propuesta para el péptido no consolidado.

Sólo ha visto introducción de Zeus a NMR análisis. Ahora debe entender los principios subyacentes detrás de generación de espectros de NMR y análisis, así como un procedimiento para la preparación de la muestra de NMR.

¡Gracias por ver!

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