La Resonancia Magntica Nuclear (RMN) es la herramienta analtica que proporciona mayor informacin estructural y estereoqumica en un tiempo asequible. La tcnica no es destructiva y tiene aplicaciones en todas las reas de la Qumica y en algunas de la Biologa. Disponiendo de accesorios adecuados permite la observacin de tejidos (accesorio de microimagen). Con otros tipos de instrumentos es una tcnica de diagnstico en Medicina. Esta multidisciplinariedad y el coste de los instrumentos, fuera del alcance de cualquier Departamento, hacen a la RMN objeto de un servicio general en todas las Universidades modernas.La Resonancia Magntica Nuclear es una espectroscopia de absorcin cuyo fundamento es la absorcin de energa (radiofrecuencias) por un ncleo magnticamente activo, que est orientado en el seno de un campo magntico, y que por efecto de esa energa cambia su orientacin. Las partes fundamentales de un espectrmetro de RMN son un imn, actualmente una bobina superconductora, que suministra el campo magntico principal, un oscilador de radiofrecuencias que suministra la energa necesaria para cambiar la orientacin de los ncleos, una bobina detectora que recibe las seales y un sistema informatizado que gobierna todo el aparato y que incluye un sistema de amplificacin y registro.Entre los ncleos ms frecuentes en los compuestos orgnicos son magnticamente activos el protn (1H), carbono (13C), nitrgeno (15N), fsforo (31P) y flor (19F).Las muestras, generalmente, son disoluciones en disolventes que no tengan tomos de protio (1H). Frecuentemente se usan el deuterocloroformo, hexadeuterodimetilsulfxido, xido de deuterio, deuterobenceno, deuteropiridina y otros.Los espectros ms comunes son representaciones de la intensidad de absorcin frente a la frecuencia de resonancia (generalmente a travs del parmetro ) y presentan seales cuya posicin, forma y tamao estn ntimamente relacionadas con la estructura molecular. El anlisis detallado de estos espectros proporciona valiosa informacin estructural y estereoqumica. Espectros bidimensionales permiten relaciones entre distintos ncleos o distintas magnitudes del mismo ncleo.Adems, el equipamiento del servicio permite el estudio de muestras en estado slido. La RMN en estado slido es una tcnica adecuada y cada vez ms utilizada para el estudio de las propiedades estructurales de una amplia variedad de materiales amorfos o poco cristalinos. A diferencia de las muestras en disolucin, las muestras en estado slido dan lugar a espectros con seales anchas, resultado de la suma de diversos factores. Estos espectros, sin embargo, contienen informacin nica acerca de la estructura y la dinmica de los materiales estudiados.Las interacciones responsables del ensanchamiento de las seales son la anisotropa del desplazamiento qumico, los acoplamientos dipolares (homo y heteronucleares) y el acoplamiento cuadrupolar. Se han desarrollado tcnicas que permitan obtener espectros de alta resolucin conservando en lo posible la informacin que aportan estas interacciones: giro con ngulo mgico (MAS, Magic Angle Spinning), polarizacin cruzada (CP, Cross Polarization) o secuencias multipulso especficas para slidos (CRAMPS, Combined Rotation and Multiple Pulse Spectroscopy).El desarrollo de los mtodos indicados anteriormente ha permitido el uso de la RMN en estado slido para el estudio estructural de sustancias poco solubles, como polmeros, vidrios, cermicas, resinas, etc., siendo una alternativa muy interesante para materiales de baja cristalinidad que no pueden ser estudiados por tcnicas de difraccin. Tambin permite el estudio de factores dinmicos difcilmente observables por otras vas. Existe, as mismo, gran nmero de estudios realizados sobre materiales biolgicos: virus, molculas fibrilares (seda, colgeno, celulosa), protenas, carbohidratos...o compuestos con fines farmacuticos (estudio de polimorfos).La tcnica aporta una informacin complementaria a otras ms convencionales en la caracterizacin de fases condensadas. Por una parte, permite el estudio a corto alcance de materiales estructuralmente desordenados y, por otra, diferencia tomos con nmeros atmicos similares.Finalmente, indicar que este es un servicio abierto que puede usar cualquier organismo pblico o privado interesado en el anlisis estructural qumico.https://investigacion.us.es/scisi/sgi/servicios/rmnFundamento de la Tcnica

La Resonancia Magntica Nuclear (RMN) es una tcnica espectroscpica no destructiva, basada en las propiedades magnticas de la materia y aplicada a cualquier sustancia qumica en estado lquido o slido que contenga ncleos con espines nucleares. La Resonancia Magntica Nuclear es una de las tcnicas espectroscpicas ms utilizadas en la actualidad que permite resolver diversos problemas de la investigacin qumica y de control de calidad.Aplicaciones

La tcnica de Resonancia Magntica Nuclear comprende aplicaciones como son: elucidacin estructural, determinacin conformacional, establecimiento de equilibrios qumicos, cinticas qumicas, cuantificacin de mezclas, control de calidad, anlisis conformacionales y estereoqumicos, entre otros.Los ensayos se realizan en solucin con muestras solubles en disolventes deuterados, o bien se puede realizar RMN de slidos para muestras insolubles.Existe tambin, la posibilidad de realizar ensayos a temperatura variable cuando la investigacin as lo requiere.Servicios

En el Laboratorio de Resonancia Magntica Nuclear del Instituto de Qumica, se cuenta con equipo y personal capacitado que permite ofrecer un servicio de calidad en la obtencin de los espectros.Entre otros se pueden obtener: Espectros en una dimensin deH yC y DEPT Espectros en dos dimensiones: COSY NOESY HSQC HMBC HETCOR ROESY TOCSY DOSY Espectros en solucin, de ncleos como:P,F,Sn yB Espectros de RMN de slidos deC,Si yAl Espectros a temperatura variable.Servicios Especiales

Nuestro Laboratorio cuenta tambin con Servicios Especializados que contribuyen satisfactoriamente en la resolucin de problemas en el mbito de la industria qumica, en instituciones educativas, gubernamentales o de investigacin. Algunos de estos servicios son: Orientacin sobre los ensayos requeridos para dar solucin al problema planteado. Tratamiento qumico previo de las muestras que van a ser analizadas por RMN. Interpretacin de espectros. Tratamiento de datos y elaboracin de informe de resultados.Requerimientos de las muestras

Con el propsito de ofrecerles un mejor servicio el Laboratorio de Resonancia Magntica Nuclear solicita a sus usuarios ciertos requerimientos en las muestras que entregan para ser analizadas:Para experimentos en solucin, las muestras debern ser solubles en 0.5 a 0.85 mL de disolvente deuterado (CDCl3, DMSO-d6, CDOD, Acetona-d6, DO, Tolueno-d8, CD, THF-d8, CDCN).Para los experimentos de deteccin de ncleos de alta abundancia isotpica (H,P,F...) se recomienda entregar como mnimo 5 mg de muestra.Para los experimentos de deteccin de ncleos de baja abundancia isotpica (C,N...), se recomienda entregar como mnimo 25 mg de muestra.Los experimentos se podrn llevar a cabo con menor cantidad de muestra pero en estos casos los tiempos de entrega sern mayores.Para los experimentos de RMN de slidos se requieren como mnimo 150 mg de muestra seca y pulverizada.Las muestras se recibirn en viales de vidrio de 4 ml con tapa.Para los usuarios del Instituto de Qumica, los viales debern ser etiquetados con los siguientes datos: nombre del investigador, nmero de laboratorio, clave de la muestra y nmero de registro correspondiente de acuerdo con la bitcora de recepcin de muestras.http://www.iquimica.unam.mx/index.php/labdeserviciosiq-alias/espectrosrmn-alias

Espectrometra de resonancia magntica nuclearLaespectrometra de resonancia magntica nuclear(RMN), ms comnmente conocida como espectrometra RMN, es una tcnica que explota las propiedades magnticas de ciertos ncleos. Las aplicaciones ms importantes para su uso en qumica orgnica son la espectrometra RMN de protones y la de carbono-13. En principio, la RMN es aplicable a cualquier ncleo que posea espn.

Pueden obtenerse muchos tipos de informacin mediante un espectro RMN. Al igual que se utiliza laespectrometra de infrarrojospara identificar grupos funcionales, el anlisis de un espectro RMN unidimensional proporciona informacin sobre el nmero y tipo de entidades qumicas en una molcula.

El impacto de la espectrometra RMN en las ciencias naturales ha sido sustancial. Puede utilizarse, entre otras cosas, para estudiar mezclas de analitos, para comprender efectos dinmicos como el cambio en la temperatura y los mecanismos de reaccin, y es una herramienta de valor incalculable para la comprensin de la estructura y funcin de lasprotenasy los cidos nucleicos. Este tipo de espectrometra se puede aplicar a una amplia variedad de muestras, tanto en solucin como en estado slido.TCNICAS BSICAS DE ESPECTROMETRA RMN

Cuando se sitan dentro de un campo magntico, los ncleos activos de RMN (como el 1 H, o el 13 C) absorben a una frecuencia caracterstica del istopo. La frecuencia de resonancia, la energa de la absorcin y la intensidad de la seal son proporcionales a la fuerza del campo magntico. Por ejemplo, en un campo magntico de 21 Tesla, los protones resuenan a 900 MHz. Es comn referirse a un imn de 21 T como imn de 900 MHz, aunque distintos ncleos resuenan a una frecuencia diferente en este campo.

En el campo magntico terrestre, los mismos ncleos resuenan en frecuencias de audio. Este efecto se utiliza en los espectrmetros RMN y otros instrumentos. Debido a que estos instrumentos son fciles de transportar y baratos, a menudo se utilizan para la enseanza y el trabajo de campo.

Desplazamiento qumicoDependiendo del entorno qumico local, los diferentes protones en una molcula resuenan a frecuencias ligeramente diferentes. Dado que tanto este desplazamiento como la frecuencia de resonancia fundamental son directamente proporcionales a la fuerza del campo magntico, el desplazamiento de frecuencia se convierte en un campo independiente de valor adimensional conocido como desplazamiento qumico. El desplazamiento qumico se reporta como una medida relativa de algunas frecuencias de resonancia de referencia. (Para los ncleos 1 H, 13 C, y 29 Si, se usa como referencia el tetrametilsilano o TMS.) Esta diferencia entre la frecuencia de la seal y la frecuencia de la referencia se divide por la frecuencia de la seal de referencia para obtener el desplazamiento qumico. Los desplazamientos de frecuencia son muy pequeos en comparacin con la frecuencia RMN fundamental. Un desplazamiento de frecuencia tpico podra ser de 100 Hz, en comparacin con una frecuencia RMN fundamental de 100 MHz, por lo que el desplazamiento qumico se expresa generalmente en partes por milln (ppm).

Mediante la comprensin de los diferentes entornos qumicos, el desplazamiento qumico puede ser utilizado para obtener informacin estructural sobre la molcula en una muestra. La conversin de los datos en bruto a esta informacin se llama asignacin del espectro. Por ejemplo, para el espectro 1H-RMN del etanol (CH3CH2OH), cabra esperar tres seales especficas en tres desplazamientos qumicos especficos: uno para los grupos CH3, uno para el grupo CH2 y otro para el grupo OH. Un grupo CH3 tpico tiene un desplazamiento de alrededor de 1 ppm, un CH2 adjunto a un OH tiene un desplazamiento de alrededor de 4 ppm y un OH tiene un desplazamiento en torno a 2-3 ppm, dependiendo del disolvente utilizado.

A causa del movimiento molecular a temperatura ambiente, los tres protones metilo alcanzan un promedio durante el curso del experimento RMN (que normalmente requiere unos pocos milisegundos). Estos protones se degeneran y forman un pico al mismo desplazamiento qumico.

La forma y el tamao de los picos son indicadores de la estructura qumica. En el ejemplo anterior -el espectro de protones de etanol-, el pico de CH3 sera tres veces ms grande que el OH. Del mismo modo, el pico de CH2 sera el doble en tamao al pico de OH, pero slo 2/3 del tamao del pico de CH3.

El software de anlisis moderno permite analizar el tamao de los picos para comprender cmo muchos protones dan lugar al pico. Esto se conoce como integracin, un proceso matemtico que calcula el rea bajo un grfico (lo que, en esencia, es unespectro). El analista debe integrar el pico y no medir su altura, porque los picos tambin tienen anchura y, por ende, su tamao depende de su rea y no de su altura. Sin embargo, cabe mencionar que el nmero de protones, o cualquier otro ncleo observado, es slo proporcional a la intensidad, o integral, de la seal RMN, en los experimentos RMN unidimensionales ms simples. En experimentos ms elaborados, como los que suelen utilizarse para obtener el espectro RMN del carbono-13, la integral de las seales depende de la tasa de relajacin del ncleo, y de sus constantes de acoplamiento escalar y dipolar. Muy a menudo, estos factores son poco conocidos, por lo que la integral de la seal RMN es muy difcil de interpretar en los experimentos ms complicados.Acoplamiento-JParte de la informacin ms til para determinar la estructura en un espectro RMN unidimensional proviene del acomplamiento-J o acoplamiento escalar (un caso especial de acoplamiento espn-espn) entre los ncleos activos de RMN. Este acoplamiento surge de la interaccin de los diferentes estados espn a traves de los enlaces qumicos de una molcula, y resulta en la divisin de seales RMN. Estos patrones de divisin pueden ser complejos o simples y, del mismo modo, pueden ser interpretables o engaosos. Este acoplamiento proporciona informacin detallada sobre la conectividad de los tomos en una molcula.

El acoplamiento a ncleos equivalentes n (espn ) divide la seal en un multiplete n + 1 con ratios de intensidad que siguen el tringulo de Pascal. El acoplamiento a espines adicionales conducir a nuevas divisiones de cada uno de los componentes del multiplete; por ejemplo, el acoplamiento a dos ncleos diferentes de espn , con constantes de acoplamiento muy distintas, conducir a un doblete de dobletes (abreviatura: dd). Hay que tener en cuenta que el acoplamiento entre ncleos que son qumicamente equivalentes (es decir, que tienen el mismo desplazamiento qumico) no tiene efecto de los espectros RMN, y los acoplamientos entre ncleos que son distantes (por lo general ms de 3 enlaces en molculas flexibles) suelen ser demasiado pequeos para observar divisiones. Los acoplamientos de largo alcance, de ms de tres enlaces, se observan a menudo en compuestos aromticos y cclicos, conduciendo a patrones de divisin ms complejos.

Por ejemplo, en el espectro de protones para el etanol que se ha descrito anteriormente, el grupo CH3 se divide en un triplete con una relacin de intensidad de 1:2:1 mediante los dos protones CH2 vecinos. Del mismo modo, el CH2 se divide en un cuarteto con una relacin de intensidad de 1:3:3:1 mediante los tres protones CH3 vecinos. En principio, los dos protones CH2 tambin se dividen de nuevo en un doblete para formar un doblete de cuartetos mediante el protn hidroxilo, pero el intercambio intermolecular del protn hidroxilo acdico a menudo resulta en una prdida de informacin del acoplamiento.

El acoplamiento a cualquier ncleo de espn , tal como el fsforo-31 o el flor-19, funciona de esta manera (aunque las magnitudes de las constantes de acoplamiento pueden ser muy diferentes). Pero los patrones de divisin difieren de los descritos anteriormente para los ncleos con espn superior a debido a que el nmero cuntico de espn tiene ms de dos valores posibles. Por ejemplo, para el acoplamiento al deuterio (un ncleo de espn 1) divide la seal en un triplete 1:1:1, porque el espn 1 tiene tres estados de espn. Del mismo modo, un ncleo de espn 3/2 divide una seal 1:1:1:1 en un cuarteto y as sucesivamente.

El acoplamiento combinado con el desplazamiento qumico (y la integracin de protones) nos dice no slo el entorno qumico de los ncleos, sino tambin el nmero de ncleos activos RMN vecinos en la molcula. En los espectros ms complejos, con mltiples picos en desplazamientos qumicos similares, o en el espectro de ncleos distintos del hidrgeno, el acoplamiento es a menudo la nica manera de distinguir ncleos diferentes.

Acoplamiento de segundo orden (o fuerte)La descripcin anterior asume que la constante de acoplamiento es pequea en comparacin con la diferencia en frecuencias RMN entre los espines inequivalentes. Si la separacin del desplazamiento disminuye (o la fuerza del acoplamiento aumenta), los patrones de intensidad del multiplete se distorsionan, y luego se vuelven ms complejos y difciles de analizar (especialmente si ms de dos espines estn involucrados). La intensificacin de algunos picos en un multiplete se logra a expensas del resto, que a veces casi desaparece en el ruido de fondo, aunque el rea integrada bajo los picos se mantenga constante. En la mayora de RMN de alto campo, sin embargo, las distorsiones suelen ser modestas y las distorsiones caractersticas (techo) pueden ayudar a identificar los picos.

Los efectos de segundo orden disminuyen cuando la diferencia de frecuencia entre multipletes aumenta, por lo que el espectro RMN de alto campo (es decir, de alta frecuencia) muestra menos distorsin que los espectros de frecuencia menor. Los primeros espectros a 60 MHz eran ms propensos a la distorsin que los espectros de mquinas posteriores que operan en frecuencias de 200 MHz o superiores.

Inequivalencia magnticaPueden ocurrir efectos ms sutiles si los espines qumicamente equivalentes (es decir, ncleos relacionados por simetra y con la misma frecuencia RMN) tienen diferentes relaciones de acoplamiento respecto a los espines externos. Los espines que son qumicamente equivalentes pero no son indistinguibles (sobre la base de sus relaciones de acoplamiento) se denominan espines con inequivalencia magntica. Por ejemplo, los sitios 4 H del 1,2-diclorobenceno se dividen en dos pares qumicamente equivalentes por simetra, pero un individuo miembro de uno de los pares tiene diferentes acoplamientos a los espines que componen el otro par. La inequivalencia magntica puede dar lugar a espectros muy complejos que slo pueden ser analizados mediante modelado computacional. Estos efectos son ms comunes en los espectros RMN de sistemas aromticos y otros no flexibles, mientras que el promedio conformacional de los enlaces CC en molculas flexibles tiende a igualar los acoplamientos entre protones en carbonos adyacentes, reduciendo los problemas con la inequivalencia magntica.ESPECTROMETRA DE CORRELACINLa espectrometra de correlacin es uno de los diversos tipos de espectrometra de resonancia magntica nuclear (RMN) bidimensional. Este tipo de experimento RMN es mejor conocido por su acrnimo, COSY. Otros tipos de espectrometra RMN bidimensional son la espectrometra-J, la de intercambio (EXSY), la de efecto Overhauser nuclear (NOESY), la de correlacin total (TOCSY), y experimentos de correlacin heteronuclear como el HSQC, HMQC y HMBC. Los espectros bidimensionales RMN proporcionan ms informacin acerca de una molcula que los espectros RMN unidimensionales, y son especialmente tiles para determinar la estructura de la molcula, en particular para molculas que son demasiado complicadas para la RMN unidimensional. El primer experimento bidimensional, COSY, fue propuesto por Jean Jeener, un profesor de la Universit Libre de Bruxelles, en 1971. Este experimento fue posteriormente implementado por Walter P. Aue, Enrico Bartholdi y Richard R. Ernst, que publicaron sus trabajos en 1976.

RESONANCIA MAGNTICA NUCLEAR DE ESTADO SLIDOUna variedad de circunstancias fsicas impide que las molculas sean estudiadas en solucin, ni tampoco mediante otras tcnicas espectroscpicas a un nivel atmico. En los medios de fase slida, tales como cristales, polvos microcristalinos, geles, soluciones anisotrpicas, etc, se da en particular el acoplamiento dipolar y la anisotropa de desplazamiento qumico, que se convierten en dominantes para el comportamiento de los sistemas de espn nuclear. En la espectrometra RMN convencional en estado de solucin, estas interacciones adicionales daran lugar a una ampliacin considerable de las lneas espectrales. Diversas tcnicas permiten establecer condiciones de alta resolucin, que pueden, al menos para los espectros de 13 C, ser comparables a los espectros RMN en estado de solucin.

Dos conceptos importantes para la alta resolucin en la espectrometra RMN de estado slido son la limitacin de la posible orientacin molecular mediante orientacin de la muestra, y la reduccin de las interacciones magnticas nucleares anisotrpicas mediante giro de la muestra. De este ltimo enfoque, destaca el mtodo del giro rpido en torno al ngulo mgico, cuando el sistema est compuesto por ncleos de espines 1/2. Una serie de tcnicas intermedias, con muestras de alineamiento parcial o movilidad reducida, se estn utilizando tambin en espectrometra RMN.

Las aplicaciones de la RMN de estado slido suelen utilizarse en investigaciones sobre protenas de la membrana, fibrillas de protenas, todo tipo de polmeros, anlisis en qumica inorgnica, y tambin otras ms "exticas" como las hojas de plantas y las pilas de combustible.ESPECTROMETRA RMN APLICADA A PROTENASGran parte de la reciente innovacin dentro de la espectrometra RMN se ha dado en el campo de estudio de las protenas, y se ha convertido en una tcnica muy importante en la biologa estructural. Un objetivo comn de estas investigaciones es obtener una alta resolucin de las estructuras tridimensionales de las protenas, similar a lo que puede lograrse por cristalografa de rayos X. En contraste con la cristalografa de rayos X, la RMN se limita sobre todo a las protenas relativamente pequeas, de menos de 35 kDa, aunque los avances tcnicos permiten la resolucin de estructuras ms grandes. La espectrometra RMN es a menudo la nica manera de obtener informacin de alta resolucin, en todo o en parte, de protenas no estructuradas.

Las protenas son varios rdenes de magnitud ms grandes que las pequeas molculas orgnicas que se mencionaron anteriormente en este artculo, pero la misma teora se aplica a la RMN. Debido al mayor nmero de elementos presentes en la molcula, los espectros unidimensionales bsicos se ven solapados con la superposicin de seales, hasta el punto de que el anlisis resulta imposible. Por lo tanto, se realizan experimentos multidimensionales (2, 3 o 4D) para hacer frente a este problema. Para facilitar estos experimentos, es conveniente marcar isotpicamente la protena con 13 C y 15 N, debido a que los istopos 12 C predominantes de forma natural no son activos a la RMN, mientras que el momento cuadrpolo nuclear del istopo 14 N predominante de forma natural impide que se pueda obtener informacin de alta resolucin a partir de este istopo de nitrgeno. El mtodo ms importante utilizado para la determinacin de la estructura de las protenas utiliza experimentos NOE para medir las distancias entre pares de tomos dentro de la molcula. Posteriormente, las distancias obtenidas se utilizan para generar una estructura 3D de la molcula usando un programa de ordenador.