5.6 Análisis de espectros y RMN-Dinámica
5.6 Análisis de espectros y RMN-Dinámica
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Resonancia Magnética Nuclear<br />
<strong>5.6</strong> <strong>Análisis</strong> <strong>de</strong> <strong>espectros</strong> y <strong>RMN</strong>-<strong>Dinámica</strong><br />
El análisis <strong>de</strong> un espectro <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> pasa por la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> los parámetros<br />
espectrales y a partir <strong>de</strong> estos obtener la información estructural pertinente. Los<br />
conceptos <strong>de</strong> equivalencia química y magnética, estrechamente ligados a la simetría<br />
molecular, son esenciales al analizar cualquier espectro. El trabajo con <strong>espectros</strong> don<strong>de</strong><br />
las diferencias <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamientos químicos son mucho mayores que las constantes <strong>de</strong><br />
acoplamiento respectivas (<strong>espectros</strong> <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n) permite la <strong>de</strong>terminación directa <strong>de</strong><br />
los parámetros espectrales. Cuando estas condiciones no se dan la complejidad <strong>de</strong>l<br />
análisis espectral se hace evi<strong>de</strong>nte. Las dificulta<strong>de</strong>s que pue<strong>de</strong>n presentarse se ilustrarán<br />
en sistemas muy sencillos. Finalmente trataremos la influencia <strong>de</strong> la dinámica <strong>de</strong> los<br />
procesos <strong>de</strong> intercambio sobre los <strong>espectros</strong> <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> y la información que pue<strong>de</strong><br />
obtenerse <strong>de</strong> las variaciones espectrales con los cambios en la dinámica <strong>de</strong> los procesos<br />
<strong>de</strong> intercambio.<br />
<strong>5.6</strong>.1 Equivalencia química<br />
El concepto <strong>de</strong> equivalencia química entre dos núcleos juega un importante papel en la<br />
interpretación <strong>de</strong> <strong>espectros</strong> <strong>de</strong> <strong>RMN</strong>. Decimos que dos núcleos son químicamente<br />
equivalentes o isócronos en un medio o solvente aquiral cuando son intercambiables a<br />
través <strong>de</strong> una operación <strong>de</strong> simetría o mediante un proceso dinámico rápido. La<br />
equivalencia química implica igual <strong>de</strong>splazamiento químico.<br />
<strong>5.6</strong>.1.1 Equivalencia química <strong>de</strong>bida a simetría molecular<br />
Es importante distinguir las operaciones <strong>de</strong> simetría <strong>de</strong>rivadas <strong>de</strong> la existencia <strong>de</strong> un eje<br />
<strong>de</strong> simetría <strong>de</strong> aquellas asociadas a la existencia <strong>de</strong> un plano <strong>de</strong> simetría o un centro <strong>de</strong><br />
inversión pues estas <strong>de</strong>finen el nivel <strong>de</strong> equivalencia. Dos núcleos intercambiables bajo la<br />
acción <strong>de</strong> una operación <strong>de</strong> rotación respecto a un eje <strong>de</strong> simetría son químicamente<br />
equivalentes y reciben el nombre <strong>de</strong> homotópicos. Esta equivalencia química es<br />
in<strong>de</strong>pendiente <strong>de</strong> la naturaleza <strong>de</strong>l medio o solvente. Así, como vemos en la Figura 5.70<br />
los dos protones <strong>de</strong>l diclorometano (1) son homotópicos pues la acción <strong>de</strong> la operación<br />
CB2B los intercambia.<br />
Dos núcleos intercambiables sólo mediante operaciones <strong>de</strong> reflexión respecto a un plano<br />
o <strong>de</strong> inversión respecto a un centro son también químicamente equivalentes en medios no<br />
129
Resonancia Magnética Nuclear<br />
quirales y son <strong>de</strong>nominados enantiotópicos (pro-quirales). Dos núcleos enantiotópicos<br />
sólo resultan no equivalentes, y por lo tanto distinguibles, en un entorno quiral.<br />
Como se muestra en la Figura 5.72 los protones <strong>de</strong> los grupos CHB2B en el<br />
clorofluormetano (2) y el ácido propanoico (3) son enantiotópicos pues resultan<br />
intercambiados por una operación <strong>de</strong> reflexión, no existiendo operaciones <strong>de</strong> simetría<br />
respecto a ejes <strong>de</strong> rotación. Asimismo en el ciclobutano sustituido (4) los protones sobre<br />
los carbonos unidos a cloros (y por su parte los protones sobre carbonos unidos a átomos<br />
<strong>de</strong> flúor) son enantiotópicos pues resultan intercambiados por la operación <strong>de</strong> inversión.<br />
Estos protones son químicamente equivalentes pero, como se ha señalado con<br />
anterioridad, pue<strong>de</strong>n ser diferenciados si se encuentran en disolventes o medios quirales.<br />
Dos núcleos con iguales conectivida<strong>de</strong>s (topología) en la molécula pero no<br />
intercambiables mediante operaciones <strong>de</strong> simetría resultan no equivalentes y se dice que<br />
son diasterotópicos. Los núcleos diasterotópicos poseen en principio diferentes<br />
<strong>de</strong>splazamientos químicos aunque esta diferencia pue<strong>de</strong> ser tan reducida que resulte no<br />
observable. Los protones <strong>de</strong> grupos CHB2B en moléculas con centros quirales son<br />
disterotópicos. Así los protones <strong>de</strong>l grupo CHB2B <strong>de</strong>l ácido 3-butanoico (5) son<br />
diasterotópicos pues no son intercambiados por ninguna operación <strong>de</strong> simetría, lo que se<br />
asocia en este caso a la presencia <strong>de</strong>l carbono quiral. Estos protones tienen en principio<br />
diferente <strong>de</strong>splazamiento químico, muestran acoplamiento entre ellos y acoplan <strong>de</strong> forma<br />
diferente con otros protones vecinos. Las posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>tectar como diferentes a los<br />
protones <strong>de</strong> un grupo CHB2B en una molécula con un centro quiral generalmente <strong>de</strong>crecen<br />
con la distancia a dicho centro quiral. Con frecuencia dos protones diasterotópicos dan<br />
lugar a una señal única pues las diferencias <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamiento químico son mínimas. Se<br />
habla <strong>de</strong> equivalencia acci<strong>de</strong>ntal, la que pue<strong>de</strong> eliminarse registrando el espectro en un<br />
equipo con un imán mas potente o cambiando el disolvente. Una situación análoga<br />
ocurre con dos grupos metilos unidos al mismo carbono, la presencia <strong>de</strong> quiralidad en la<br />
molécula permite con frecuencia la <strong>de</strong>tección <strong>de</strong> dos señales para estos grupos.<br />
Debe <strong>de</strong>stacarse que la presencia <strong>de</strong> quiralidad no es necesaria para la no equivalencia <strong>de</strong><br />
los protones <strong>de</strong> un grupo CHB2B, sólo lo es la ausencia <strong>de</strong> operaciones <strong>de</strong> simetría que los<br />
intercambien. Así, en el ácido 3-hidroxiglutárico (6), la glicerina (7), el ácido cítrico (8)<br />
y el dietilacetal (9), los protones a (y b) <strong>de</strong> ambos grupos CHB2B son intercambiados por<br />
130
Resonancia Magnética Nuclear<br />
una operación <strong>de</strong> reflexión por lo que son enantiotópos (a-a, b-b). No existe sin embargo<br />
ninguna operación <strong>de</strong> simetría que intercambie a los protones <strong>de</strong>l mismo grupo CHB2B (a-b)<br />
por lo que estos son diasterótopos y poseen diferente <strong>de</strong>splazamiento químico, aun<br />
careciendo estas estructuras <strong>de</strong> centro quiral.<br />
Figura 5.72 Protones homótopicos, enatiotópicos y diasterotópicos en grupos CHB2B<br />
Una vía alternativa para i<strong>de</strong>ntificar si dos núcleos son homotópicos, enantiotópicos o<br />
diasterotópicos consiste en <strong>de</strong>finir dos estructuras don<strong>de</strong> se marquen alternativamente los<br />
núcleos <strong>de</strong> interés, tal como se muestra en la Figura 5.73. Si las estructuras resultantes se<br />
pue<strong>de</strong>n superponer se trata <strong>de</strong> homómeros, si las estructuras son imágenes especulares<br />
superponibles se trata <strong>de</strong> enantiómeros y si las imágenes especulares no son<br />
superponibles son diasterómeros. Los núcleos se clasifican entonces <strong>de</strong> acuerdo a las<br />
relaciones entre las estructuras. Resulta evi<strong>de</strong>nte que los <strong>espectros</strong> <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> <strong>de</strong><br />
compuestos enantiómeros son idénticos, sólo son diferenciables en medios ópticamente<br />
activos. Así el espectro <strong>de</strong> un D-aminoácido, <strong>de</strong>l L-aminoácido enantiómero y <strong>de</strong> la<br />
mezcla racémica son idénticos.<br />
131
Resonancia Magnética Nuclear<br />
Figura 5.73 Clasificación por marcaje<br />
<strong>5.6</strong>.1.2 Equivalencia química <strong>de</strong>bida a proceso dinámico rápido<br />
La equivalencia química pue<strong>de</strong> resultar <strong>de</strong> rápida ínterconversión <strong>de</strong> especies en<br />
equilibrio. Si la diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamientos químicos (Δν/ Hz) entre las especies en<br />
intercambio es apreciablemente menor que los inversos <strong>de</strong> los tiempos <strong>de</strong> vida <strong>de</strong> dichas<br />
especies (τ/ Hz) observaremos señales únicas a <strong>de</strong>splazamientos químicos promedio. La<br />
rápida ínterconversión entre las especies genera un entorno electrónico promedio para los<br />
núcleos observados en <strong>RMN</strong>. La <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> los <strong>espectros</strong> con la velocidad <strong>de</strong> los<br />
procesos <strong>de</strong> ínterconversión es objeto <strong>de</strong> la <strong>RMN</strong>-<strong>Dinámica</strong> que se tratará más a<strong>de</strong>lante.<br />
Analizaremos varias situaciones don<strong>de</strong> la presencia <strong>de</strong> intercambio pue<strong>de</strong> producir<br />
equivalencia química.<br />
Interconversión entre confórmeros en ca<strong>de</strong>nas alifáticas.<br />
La interconversión <strong>de</strong> confórmeros (rotámeros) a través <strong>de</strong> la rotación sobre enlaces<br />
simples es un proceso muy rápido en la escala <strong>de</strong> tiempo <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> a la temperatura<br />
-6<br />
ambiente. Los tiempos <strong>de</strong> vida <strong>de</strong> cada confórmero son <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 10P<br />
P s,<br />
conduce en todos los casos prácticos a señales únicas.<br />
lo que<br />
Un grupo metilo presenta siempre sus protones como equivalentes aun en ausencia <strong>de</strong><br />
simetría. En efecto, tal como se muestra en la Figura 5.74-1 la rápida rotación alre<strong>de</strong>dor<br />
<strong>de</strong>l simple enlace C-C que une al carbono metílico con el resto <strong>de</strong> la molécula (aunque<br />
ésta presente un centro quiral) interconvierte rápidamente los tres confórmeros<br />
escalonados. Estos se encuentran igualmente poblados por lo que los tres protones <strong>de</strong>l<br />
grupo metilo se encuentran efectivamente en el mismo entorno promedio.<br />
132
Resonancia Magnética Nuclear<br />
En una ca<strong>de</strong>na alifática XCHB2BCHB2BY, los tres confórmeros escalonados en rápida<br />
interconversión (a, g-, g+, Figura 5.74-2) son los únicos apreciablemente poblados. Si<br />
analizamos los protones a y b vemos que en el confórmero anti estos protones son<br />
enantiómeros. Por otra parte en los confórmeros gauche, que carecen <strong>de</strong> simetría, los<br />
protones a y b tienen un entorno también equivalente por rápido intercambio entre estos<br />
dos confórmeros enantioméricos igualmente poblados. Ahora los protones a y b tienen un<br />
entorno idéntico en el confórmero anti y otro también idéntico pero diferente al anterior<br />
en la mezcla <strong>de</strong> confórmeros gauche. La rápida interconversión entre confórmeros hace a<br />
los protones a y b químicamente equivalentes (enantiótopos) con un entorno promedio<br />
entre los correspondientes a los confórmeros a y g. Igual razonamiento conduce a que los<br />
protones c y d son a su vez enantiótopos.<br />
En general si dos protones son intercambiados en uno <strong>de</strong> los rotámeros por la presencia<br />
<strong>de</strong> una operación <strong>de</strong> reflexión, ellos son químicamente equivalentes (enantiótopos) por<br />
interconversión rotacional rápida.<br />
Figura 5.74 Interconversión rápida <strong>de</strong> rotámeros en ca<strong>de</strong>nas lineales<br />
133
Resonancia Magnética Nuclear<br />
Una situación diferente se presenta cuando el grupo metileno tiene en su vecindad a un<br />
centro quiral, como se ilustra en la Figura 5.74-3. Los protones a y b no son<br />
químicamente equivalentes dado que no pue<strong>de</strong>n ser intercambiados por operación <strong>de</strong><br />
simetría alguna al carecer la molécula <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> simetría. Aunque exista una rápida<br />
inteconversión entre confórmeros por rotación alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong>l enlace simple C-C, los<br />
protones <strong>de</strong>l grupo CHB2B no son intercambiables por dicha rotación. Los <strong>de</strong>splazamientos<br />
químicos promedios <strong>de</strong> a y b son diferentes, estos protones son diasterótopos. Tendremos<br />
2 señales in<strong>de</strong>pendientes para a y b que se <strong>de</strong>sdoblarán por el acoplamiento entre dichos<br />
protones y por acoplamientos, en principio diferentes, con el protón c.<br />
Interconversión alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> los simples enlaces en sistemas cíclicos.<br />
El ciclohexano a temperatura ambiente existe predominantemente como dos formas silla<br />
en rápida interconversión. Como resultado <strong>de</strong> este proceso se observa una señal única<br />
promedio entre los entornos axiales y ecuatoriales:<br />
H 2<br />
H 1<br />
A bajas temperaturas la interconversión entre las formas silla se ralentiza y el espectro<br />
muestra entonces protones diasterotópicos en cada grupo CHB2B que correspon<strong>de</strong>n a los<br />
dos entornos electrónicos diferentes. En anillos <strong>de</strong> 6 miembros con<strong>de</strong>nsados, presentes<br />
por ejemplo en los esteroi<strong>de</strong>s, la interconversión se ve impedida y los protones axiales y<br />
ecuatoriales <strong>de</strong> los grupos metilenos presentan usualmente diferentes <strong>de</strong>splazamientos<br />
químicos.<br />
Interconversión por rotación a través <strong>de</strong> enlace doble parcial<br />
Aunque las rotaciones alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> simples enlaces son rápidas en la escala <strong>de</strong> tiempo <strong>de</strong><br />
la <strong>RMN</strong>, en algunos enlaces con carácter doble parcial pue<strong>de</strong>n presentarse<br />
interconversiones lentas. A temperatura ambiente las amidas muestran una velocidad <strong>de</strong><br />
interconversión entre rotámeros reducida por el carácter doble parcial <strong>de</strong>l enlace (O=)C-<br />
N. En la dimetilformamida se observan a temperatura ambiente 2 señales para los grupos<br />
metilo <strong>de</strong>bidas a la no equivalencia por la lenta interconversión. A temperaturas<br />
0<br />
superiores a 120P PC las 2 señales coalescen a una sola.<br />
H 1<br />
H 2<br />
134
Resonancia Magnética Nuclear<br />
H 3C<br />
2.94<br />
2.85<br />
CH 3<br />
N<br />
La rotación alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> dobles enlaces es generalmente muy lenta en la escala <strong>de</strong> tiempo<br />
<strong>de</strong> la <strong>RMN</strong> y se observan señales in<strong>de</strong>pendientes asociadas a la isomería geométrica. Sólo<br />
en enlaces dobles débiles es posible observar a altas temperaturas los efectos <strong>de</strong> la<br />
interconversión rápida.<br />
<strong>5.6</strong>.2 Equivalencia magnética<br />
Junto al concepto <strong>de</strong> equivalencia química, la especificación <strong>de</strong> equivalencia magnética<br />
entre dos núcleos resulta esencial al <strong>de</strong>finir los parámetros que <strong>de</strong>terminan un espectro <strong>de</strong><br />
<strong>RMN</strong>. La equivalencia magnética entre dos núcleos presupone la equivalencia química<br />
<strong>de</strong> dichos núcleos y exige a<strong>de</strong>más que los acoplamientos escalares <strong>de</strong> los mismos con<br />
cualquier otro núcleo magnético <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> espines (no químicamente equivalente<br />
con ellos) tengan igual magnitud. En la nomenclatura estándar para sistemas <strong>de</strong><br />
espines, dos núcleos químicamente equivalentes se <strong>de</strong>notan con la misma letra <strong>de</strong>l<br />
alfabeto. La no equivalencia magnética entre núcleos se indica mediante comillas.<br />
Ilustremos estos conceptos mediante ejemplos sencillos.<br />
Difluormetano (Figura 5.75, izquierda)<br />
En esta molécula estamos en presencia <strong>de</strong> 4 núcleos magnéticos: los dos protones y los<br />
dos núcleos <strong>de</strong> flúor. Estos pares <strong>de</strong> núcleos son químicamente equivalentes<br />
(homótopos), pues son intercambiables mediante rotaciones asociadas a ejes CB2B. Los<br />
protones son magnéticamente equivalentes pues sus acoplamientos geminales con<br />
cualquiera <strong>de</strong> los dos flúor son iguales por la simetría <strong>de</strong> la molécula. De igual forma los<br />
flúor son magnéticamente equivalentes. El sistema <strong>de</strong> espines se <strong>de</strong>nomina AB2BXB2B y los<br />
parámetros que <strong>de</strong>finen al espectro son: δBAB, δBXB y JBAX.<br />
1,1-difluoretileno (Figura 5.75, <strong>de</strong>recha)<br />
En esta molécula los dos protones y los dos núcleos <strong>de</strong> flúor son también químicamente<br />
equivalentes (homótopos), pero a diferencia <strong>de</strong>l caso anterior, no resultan<br />
magnéticamente equivalentes. Los acoplamientos vecinales <strong>de</strong> los dos protones con<br />
cualquier flúor son diferentes: se trata <strong>de</strong> acoplamientos vecinales cis y trans <strong>de</strong> diferente<br />
C<br />
H<br />
O<br />
135
Resonancia Magnética Nuclear<br />
magnitud. El sistema <strong>de</strong> espines <strong>de</strong>nominado AA´XX´, es <strong>de</strong> naturaleza mucho más<br />
compleja que el anterior: la apariencia <strong>de</strong>l espectro <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> también <strong>de</strong> los<br />
acoplamientos entre los núcleos no magnéticamente equivalentes. Los parámetros que<br />
<strong>de</strong>finen a este sistema son: δBAB, δBXB, JBAXB, JBAX´B, JBAA´B, JBXX´B<br />
A<br />
H<br />
C2 A<br />
H<br />
C<br />
Jgem<br />
Jgem<br />
F X<br />
F<br />
X<br />
A2X2 H<br />
H<br />
C<br />
A<br />
Jcis<br />
A´<br />
Jtrans<br />
F X´<br />
C<br />
F C2 X<br />
AA´XX´<br />
Figura 5.75 Sistemas <strong>de</strong> espines <strong>de</strong>l difluormetano y el 1,1-difluoretileno<br />
Los sistemas <strong>de</strong> espines pue<strong>de</strong>n clasificarse sobre la base <strong>de</strong> los conceptos anteriores,<br />
encontrando las equivalencias químicas y magnéticas presentes.<br />
Si analizamos el sistema protónico <strong>de</strong>l paracloro-nitrobenceno, mostrado en la Figura<br />
5.76, encontramos 2 entornos químicos diferentes para los protones aromáticos (eje <strong>de</strong><br />
simetría CB2B). Cada par <strong>de</strong> protones químicamente equivalentes no lo son magnéticamente<br />
por lo que el sistema <strong>de</strong> espines es AA´XX´. En el espectro encontramos dos grupos <strong>de</strong><br />
señales en la zona aromática, correspondientes a los dos entornos electrónicos. Cada una<br />
<strong>de</strong> ellas presenta estructura <strong>de</strong> multiplete y <strong>de</strong> forma aproximada, obviando las líneas más<br />
débiles, se interpretan como dos dobletes resultantes <strong>de</strong>l acoplamiento <strong>de</strong> un protón A<br />
con el protón vecinal X. Los <strong>espectros</strong> <strong>de</strong> sistemas AA´XX´ tienen una apariencia<br />
simétrica, cada una <strong>de</strong> las señales aparece como la imagen especular <strong>de</strong> la otra.<br />
136
Resonancia Magnética Nuclear<br />
1<br />
Figura 5.76 Espectro <strong>de</strong> <strong>RMN</strong>-P PH <strong>de</strong>l paracloronitrobenceno<br />
en CDClB3B a 300 MHz.<br />
Los protones aromáticos <strong>de</strong> bencenos orto di-sustituidos simétricamente también generan<br />
sistemas <strong>de</strong> espines AA´XX´, como se muestra en la Figura 5.77 para el ortodiclorobenceno.<br />
Los <strong>espectros</strong> correspondientes muestran también simetría especular, pero la<br />
presencia <strong>de</strong> muchas más componentes intensas en cada señal los hace claramente<br />
distinguibles <strong>de</strong> los bencenos para-sustituidos por dos grupos diferentes.<br />
1<br />
Figura 5.77 Espectro <strong>de</strong> <strong>RMN</strong>-P PH <strong>de</strong>l orto-diclorobenceno<br />
en CDClB3B a 300 MHz. Típico espectro AA´XX´ <strong>de</strong> benceno<br />
orto-disustituido simétrico.<br />
137
Resonancia Magnética Nuclear<br />
El análisis <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong> espines en <strong>de</strong>rivados bencénicos pue<strong>de</strong> ser complicada. No<br />
obstante el patrón <strong>de</strong> acoplamientos pue<strong>de</strong> reconocerse si los <strong>de</strong>splazamientos químicos<br />
muestran diferencias apreciables. En la Figura 5.78 se muestran los <strong>espectros</strong> <strong>de</strong> los tres<br />
clorofenoles isómeros.<br />
1<br />
Figura 5.78 Espectros <strong>RMN</strong>-P PH <strong>de</strong> clorofenoles. Zona <strong>de</strong> los protones aromáticos<br />
<strong>5.6</strong>.3 Or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> un espectro. Espectros <strong>de</strong> primer y segundo or<strong>de</strong>n.<br />
La mayoría <strong>de</strong> los <strong>espectros</strong> mostrados hasta ahora, cuyo análisis es sencillo, son <strong>de</strong> los<br />
llamados <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n. Para que un espectro pueda ser consi<strong>de</strong>rado <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n<br />
<strong>de</strong>be cumplirse que:<br />
138
Resonancia Magnética Nuclear<br />
- las diferencias (en unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> frecuencia Δν) entre los <strong>de</strong>splazamientos químicos<br />
<strong>de</strong> cualquier par <strong>de</strong> núcleos <strong>de</strong>be ser mucho mayor que la constante <strong>de</strong><br />
acoplamiento entre ellos. Como criterio aproximado para <strong>espectros</strong><br />
-<br />
monodimensionales pu<strong>de</strong> tomarse Δν/J > 6.<br />
Los grupos <strong>de</strong> núcleos con equivalencia química <strong>de</strong>ben ser también<br />
magnéticamente equivalentes. Ésto pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rarse como una condición<br />
<strong>de</strong>rivada <strong>de</strong> la anterior, pues para núcleos químicamente equivalentes Δν = 0, pero<br />
si no hay equivalencia magnética el espectro <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá <strong>de</strong> la correspondiente<br />
constante <strong>de</strong> acoplamiento J (Δν/J = 0).<br />
Los <strong>espectros</strong> <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n presentan una serie <strong>de</strong> propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> importancia<br />
práctica:<br />
- Las multiplicida<strong>de</strong>s e intensida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> los multipletes cumplen con las<br />
reglas <strong>de</strong> multiplicidad.<br />
- Los núcleos con igual <strong>de</strong>splazamiento químico no muestran <strong>de</strong>sdoblamiento<br />
mutuo <strong>de</strong> las señales aunque exista acoplamiento entre ellos.<br />
Cuando las diferencias <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamientos químicos son <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> las constantes <strong>de</strong><br />
acoplamiento (Δν/J < 6) aparecen pronunciados efectos <strong>de</strong> no primer or<strong>de</strong>n en el<br />
espectro, incluyendo <strong>de</strong>sviaciones <strong>de</strong> las intensida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l multiplete respecto a la<br />
distribución binomial. De acuerdo a la notación propuesta por Pople, los núcleos en<br />
<strong>espectros</strong> <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n se <strong>de</strong>notan con letras bien separadas en el alfabeto (A, M,<br />
X), en caso contrario se <strong>de</strong>notan con letras contiguas (A, B, C).<br />
Sistema AB<br />
Los efectos <strong>de</strong> no primer or<strong>de</strong>n se ilustran en la Figura 5.79 para un sistema <strong>de</strong> 2 espines<br />
que evoluciona <strong>de</strong>s<strong>de</strong> condiciones <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n (AX), no primer or<strong>de</strong>n (AB) hasta<br />
equivalencia química AB2B.<br />
La distorsión <strong>de</strong> intensida<strong>de</strong>s se manifiesta con el incremento <strong>de</strong> las líneas internas y el<br />
<strong>de</strong>cremento <strong>de</strong> las líneas externas, fenómeno <strong>de</strong>nominado efecto techo. La constante <strong>de</strong><br />
acoplamiento JBABB pue<strong>de</strong> evaluarse en cualquier condición como la separación entre las<br />
dos líneas <strong>de</strong> cada doblete (νB1B- νB2B, νB3B –νB4B). Sin embargo los <strong>de</strong>splazamientos químicos<br />
no pue<strong>de</strong>n evaluarse a partir <strong>de</strong> las frecuencias medias <strong>de</strong> cada doblete (νB1B + νB2B/2, νB3B +<br />
139
Resonancia Magnética Nuclear<br />
νB4B/2). Los <strong>de</strong>splazamientos químicos correctos <strong>de</strong>ben estimarse a partir <strong>de</strong>l centro <strong>de</strong>l<br />
sistema AB (νB0B) y Δν (media geométrica entre las separaciones <strong>de</strong> picos):<br />
ν1<br />
+ ν 4 ν 2 + ν 3<br />
ν 0 = = Δ ν = ( ν1<br />
−ν<br />
4)(<br />
ν 2 −ν<br />
3)<br />
ν , B = ν 0 ± ( Δν<br />
/ 2)<br />
2 2<br />
Figura 5.79 Sistema AB<br />
A [5.79]<br />
El espectro correspondiente a AB2B muestra una única línea central por coalescencia <strong>de</strong> las<br />
líneas interiores y <strong>de</strong>saparición <strong>de</strong> las exteriores. Aun con Δν/J = 15 se siguen observando<br />
ligeras <strong>de</strong>formaciones <strong>de</strong>l patrón <strong>de</strong> intensida<strong>de</strong>s, aunque los errores asociados al cálculo<br />
<strong>de</strong> los parámetros espectrales como sistema <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n son <strong>de</strong>spreciables. La<br />
utilización <strong>de</strong> equipos con campos magnéticos intensos incrementa la probabilidad <strong>de</strong><br />
140
Resonancia Magnética Nuclear<br />
encontrar sistemas <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n, toda vez que al incrementarse BB0 Ben el cociente Δν/J,<br />
el numerador crece y el <strong>de</strong>nominador permanece constante.<br />
Sistemas con más <strong>de</strong> dos espines<br />
El sistema a tres espines más sencillo, AB2BX, genera un espectro con dos señales: un<br />
doblete y un triplete. Si el espectro no es <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n (AB2BB) van a aparecer líneas<br />
adicionales y los valores <strong>de</strong> la constante <strong>de</strong> acoplamiento, a diferencia <strong>de</strong>l caso AB, no<br />
pue<strong>de</strong> evaluarse directamente como distancias entre picos en cada multiplete.<br />
La dificultad <strong>de</strong>l análisis <strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> espines crece muy rápidamente con el número<br />
<strong>de</strong> núcleos no equivalentes y la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> los parámetros espectrales requiere <strong>de</strong>l<br />
uso <strong>de</strong> programas <strong>de</strong> cómputo especiales. Estos programas simulan un espectro a partir<br />
<strong>de</strong> un conjunto <strong>de</strong> parámetros iniciales aproximados (δ y J) y consi<strong>de</strong>rándolos como<br />
variables los optimizan minimizando en forma iterativa las diferencias entre el espectro<br />
calculado y el experimental.<br />
<strong>5.6</strong>.4 Resonancia Magnética Nuclear <strong>Dinámica</strong><br />
<strong>5.6</strong>.4.1 <strong>RMN</strong> y procesos dinámicos.<br />
La <strong>RMN</strong> no es sólo un método <strong>espectros</strong>cópico para <strong>de</strong>terminar estructuras <strong>de</strong><br />
compuestos químicos sino también una po<strong>de</strong>rosa herramienta para la observación y<br />
<strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong> los procesos dinámicos que pue<strong>de</strong>n estar ocurriendo<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> o entre las moléculas que componen una sustancia. El intercambio <strong>de</strong> protones<br />
entre sitios básicos, el intercambio entre confórmeros por rotaciones alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong><br />
enlaces, la inversión <strong>de</strong> anillos, el intercambio entre tautómeros, los complicados<br />
equilibrios conformacionales a diferentes escalas <strong>de</strong> tiempo en las biomoléculas y otros<br />
procesos dinámicos que resultan en la variación <strong>de</strong>l entorno químico <strong>de</strong> los núcleos<br />
pue<strong>de</strong>n ser estudiados por <strong>RMN</strong>. Estos cambios pue<strong>de</strong>n reflejarse en el espectro <strong>de</strong><br />
<strong>RMN</strong> como variaciones en los <strong>de</strong>splazamientos químicos, constantes <strong>de</strong> acoplamiento y<br />
los parámetros <strong>de</strong> relajación.<br />
A diferencia <strong>de</strong> otras técnicas <strong>espectros</strong>cópicas en <strong>RMN</strong> los estados entre los cuales<br />
ocurren las transiciones se encuentran muy cercanos en energía. Si recordamos la<br />
relación <strong>de</strong> incertidumbre <strong>de</strong> Heisenberg para la energía-tiempo ( δ E. δt<br />
≥ h [1.37]) y su<br />
aplicación a las transiciones <strong>espectros</strong>cópicas ( δE = δΔE<br />
= hδν<br />
y δ t = τ ):<br />
141
Resonancia Magnética Nuclear<br />
1<br />
δν.<br />
τ ≥ [5.80]<br />
2π<br />
Vemos que la capacidad para diferenciar 2 entornos (δν ) <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá <strong>de</strong> los tiempos <strong>de</strong><br />
vida τ <strong>de</strong> los estados asociados a dichos entornos. Si existen procesos dinámicos que<br />
interconvierten rápidamente un entorno en el otro (τ↓), la diferencia <strong>de</strong> frecuencias <strong>de</strong><br />
resonancia entre los mismos (δν↑) <strong>de</strong>berá ser apreciablemente mayor que la dada por la<br />
relación [5.80] para que puedan ser <strong>de</strong>tectados como diferentes.<br />
La forma más sencilla <strong>de</strong> estudiar la velocidad <strong>de</strong> los procesos dinámicos es mediante la<br />
variación <strong>de</strong> la temperatura <strong>de</strong>l sistema. La mayoría <strong>de</strong> los espectrómetros <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> están<br />
dotados <strong>de</strong> sondas que permiten variar y controlar la temperatura <strong>de</strong> las muestras en el<br />
0<br />
rango <strong>de</strong> +200 a -150P PC haciendo posible el estudio <strong>de</strong> equilibrios dinámicos en un rango<br />
amplio <strong>de</strong> energías <strong>de</strong> activación (20-100 kJ/mol).<br />
La apariencia <strong>de</strong>l espectro <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> <strong>de</strong> un sistema en equilibrio dinámico es función <strong>de</strong><br />
las velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> interconversión y por lo tanto <strong>de</strong> la temperatura. Analizando las<br />
variaciones <strong>de</strong>l espectro con la temperatura pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>terminarse parámetros cinéticos (k,<br />
≠ ≠ ≠<br />
EBactB, ΔGP P, ΔHP P, ΔSP P) <strong>de</strong> los equilibrios dinámicos presentes.<br />
Para <strong>de</strong>terminar la existencia <strong>de</strong> un proceso dinámico entre dos moléculas A y B, se<br />
registran los <strong>espectros</strong> <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> a diferentes temperaturas. Al disminuir la temperatura los<br />
procesos dinámicos internos se ralentizan. Lo contrario ocurre si elevamos la<br />
temperatura. Asumamos que la energía <strong>de</strong> activación <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> interconversión es <strong>de</strong><br />
100 kJ/mol. Los componentes A y B pue<strong>de</strong>n ser observados separadamente en el<br />
espectro <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> a temperatura ambiente (energía promedio <strong>de</strong>l movimiento térmico a<br />
temperatura ambiente RT = 2.5 kJ/mol) pues la interconversión es muy lenta. Elevando la<br />
temperatura se pue<strong>de</strong> superar más frecuentemente la barrera <strong>de</strong> activación. Si la<br />
velocidad <strong>de</strong> interconversión es lo suficientemente rápida, A y B no serán ya<br />
distinguibles en el espectro y se observarán señales únicas correspondientes a entornos<br />
promedios entre A y B. Muchos procesos dinámicos tienen energías <strong>de</strong> activación<br />
menores que la anteriormente asumida. Las barreras <strong>de</strong> rotación alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> simples<br />
enlaces C-C toman valores entre 20 y 60 kJ/mol. A temperatura ambiente estas<br />
interconversiones por rotación son rápidas y sólo se observan señales únicas que resultan<br />
<strong>de</strong>l promediado <strong>de</strong> los parámetros espectrales. Para observar las señales in<strong>de</strong>pendientes<br />
142
Resonancia Magnética Nuclear<br />
<strong>de</strong> los confórmeros se requiere en estos casos disminuir la temperatura por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> la<br />
ambiente. La apariencia <strong>de</strong> un espectro <strong>de</strong> <strong>RMN</strong> <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> los procesos dinámicos que<br />
estén ocurriendo en la muestra. Para el caso ( A B)<br />
po<strong>de</strong>mos asumir dos entornos<br />
→<br />
diferentes para un núcleo en las especies A y B (νBA By νBBB) y constantes <strong>de</strong> velocidad para<br />
los procesos directos e inversos kB1B y<br />
←<br />
kB-1B respectivamente:<br />
Las fracciones molares en el equilibrio <strong>de</strong> ambas especies (xBAB y xBBB) reflejan el<br />
<strong>de</strong>splazamiento <strong>de</strong>l equilibrio <strong>de</strong>l sistema, que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la energía libre <strong>de</strong> reacción<br />
ΔG:<br />
K<br />
−ΔG<br />
xB<br />
RT<br />
x = = e [5.81]<br />
xA<br />
Las constantes <strong>de</strong> velocidad kBiB (y los tiempos <strong>de</strong> vida τBiB) <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la energía libre <strong>de</strong><br />
≠<br />
activación ΔGP P y la temperatura (ecuación <strong>de</strong> Eyring):<br />
≠<br />
−ΔG<br />
RT<br />
RT<br />
k = e [5.82] N- número <strong>de</strong> Avogrado<br />
Nh<br />
En la Figura 5.80 se muestran las variaciones <strong>de</strong>l espectro con la velocidad <strong>de</strong>l<br />
intercambio entre dos entornos igualmente poblados (k = kB-1B) separados unos 50 Hz.<br />
Figura 5.80 Efecto <strong>de</strong>l intercambio sobre un espectro<br />
<strong>5.6</strong>.4.2 Velocidad <strong>de</strong> intercambio y espectro<br />
Consi<strong>de</strong>raremos 3 regímenes <strong>de</strong> intercambio:<br />
143
Resonancia Magnética Nuclear<br />
-Intercambio lento: La velocidad <strong>de</strong> interconversión <strong>de</strong> A y B es lenta en la escala <strong>de</strong><br />
tiempo <strong>de</strong> la <strong>RMN</strong>. Los tiempos <strong>de</strong> vida medios <strong>de</strong> las especies A y B son muy superiores<br />
al inverso <strong>de</strong> la diferencia <strong>de</strong> frecuencias entre los sitios A y B. Se observan señales<br />
in<strong>de</strong>pendientes a las frecuencias νBA By νBB Bcuyas intensida<strong>de</strong>s relativas permiten<br />
<strong>de</strong>terminar las fracciones molares xBAB y xBB B y por en<strong>de</strong> ΔG.<br />
-Intercambio rápido: La velocidad <strong>de</strong> interconversión es rápida. Los tiempos <strong>de</strong> vida<br />
medios <strong>de</strong> las especies A y B son muy inferiores al inverso <strong>de</strong> la diferencia <strong>de</strong> frecuencias<br />
entre los sitios A y B. Observaremos un espectro <strong>RMN</strong> que resulta <strong>de</strong> promediar los<br />
parámetros espectrales <strong>de</strong> A y B. Las señales colapsadas en el espectro aparecerán a<br />
posiciones intermedias entre las <strong>de</strong> A y B:<br />
ν = x ν + x ν = x ν + ( 1−<br />
x ) ν [5.83]<br />
obs<br />
A<br />
A<br />
B<br />
Con la ayuda <strong>de</strong> esta ecuación si conocemos los <strong>de</strong>splazamientos químicos <strong>de</strong> los<br />
confórmeros (medidos en régimen <strong>de</strong> intercambio lento) po<strong>de</strong>mos evaluar sus fracciones<br />
molares en el régimen <strong>de</strong> intercambio rápido.<br />
Si hay acoplamiento con un segundo núcleo X, se observará igualmente una constante <strong>de</strong><br />
acoplamiento promedio:<br />
J = x J + x J [5.84]<br />
obs<br />
A<br />
AX<br />
Intercambio intermedio: Entre estos casos extremos tenemos la región, mas interesante,<br />
<strong>de</strong> intercambios <strong>de</strong> velocidad intermedia don<strong>de</strong> el sistema evoluciona <strong>de</strong>s<strong>de</strong> señales<br />
in<strong>de</strong>pendientes para A y B a baja temperatura a señales promediadas a alta temperatura.<br />
Cuando elevamos la temperatura observamos un proceso <strong>de</strong> ensanchamiento <strong>de</strong> las<br />
señales, su posterior colapso a una señal única promediada, inicialmente muy ancha, que<br />
al continuar elevando la temperatura se convierte en una señal con reducido ancho <strong>de</strong><br />
línea. La temperatura a la cual las señales individuales colapsan a una señal única muy<br />
ancha se <strong>de</strong>nomina temperatura <strong>de</strong> coalescencia TBCB, a partir <strong>de</strong> la cual pue<strong>de</strong> evaluarse la<br />
constante <strong>de</strong> velocidad <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> interconversión:<br />
B<br />
B<br />
BX<br />
π<br />
k T = ( ν A −ν<br />
B)<br />
≈ 2.<br />
2Δν<br />
[5.85]<br />
C<br />
2<br />
Vemos que la velocidad <strong>de</strong> interconversión a la temperatura <strong>de</strong> coalescencia <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> sólo<br />
<strong>de</strong> la diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamientos químicos. Dado que esta diferencia varía con BB0B, la<br />
temperatura <strong>de</strong> coalescencia <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> también <strong>de</strong> la intensidad <strong>de</strong>l campo magnético.<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
144
Resonancia Magnética Nuclear<br />
Sustituyendo a k en la ecuación <strong>de</strong> Eyring po<strong>de</strong>mos llegar a una expresión que nos<br />
permite evaluar <strong>de</strong> forma aproximada la energía libre <strong>de</strong> activación a la temperatura <strong>de</strong><br />
coalescencia:<br />
Δ ≠<br />
G<br />
= RT<br />
C<br />
RTC<br />
2<br />
ln<br />
πNh( ν −ν<br />
)<br />
A<br />
B<br />
[5.86]<br />
≠<br />
TC<br />
−3<br />
Δ GT<br />
= 19.<br />
1T<br />
kJ mol<br />
C<br />
C ( 10.<br />
32 + log ) 10 / [5.87]<br />
k<br />
Una evaluación más exacta <strong>de</strong> los parámetros cinéticos se logra mediante la<br />
optimización <strong>de</strong> dichos parámetros por minimización <strong>de</strong> las diferencias entre los<br />
<strong>espectros</strong> experimentales y los calculados (análisis <strong>de</strong> forma <strong>de</strong> líneas, line shape<br />
≠ ≠<br />
analysis). En particular las <strong>de</strong>terminaciones <strong>de</strong> ΔHP P y ΔSP P son siempre menos exactas y<br />
requieren el conocimiento <strong>de</strong> las variaciones <strong>de</strong> la energía libre <strong>de</strong> activación en un<br />
amplio rango <strong>de</strong> temperaturas:<br />
≠<br />
≠ ∂ΔG<br />
ΔS<br />
= − [5.88]<br />
∂T<br />
≠<br />
Las ΔGP P para la rotación alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> simples enlaces son comúnmente <strong>de</strong> unos 20<br />
kJ/mol, la interconversión entre los confórmeros a temperatura ambiente es muy rápida<br />
≠<br />
comparada con la escala <strong>de</strong> tiempo <strong>de</strong> <strong>RMN</strong>. Los ΔGP P para las rotaciones alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong><br />
dobles enlaces son superiores a 200 kJ/mol. Estas barreras son prácticamente<br />
infranqueables por vía térmica por lo que observaremos siempre las señales<br />
in<strong>de</strong>pendientes correspondientes a los 2 isómeros. Una situación intermedia se presenta<br />
en las rotaciones alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> enlaces con carácter doble parcial. En la Figura 5.81 se<br />
1<br />
muestran los <strong>espectros</strong> <strong>de</strong> <strong>RMN</strong>-P PH a 80 MHz <strong>de</strong> la dimetilacetamida a diferentes<br />
temperaturas. La rotación alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong>l enlace (O=)C-N es muy lenta a temperatura<br />
ambiente, por lo que se observan dos señales in<strong>de</strong>pendiente para los grupos N-metilo en<br />
2.9 y 3.0 ppm. La elevación <strong>de</strong> temperatura produce la coalescencia con formación <strong>de</strong><br />
0<br />
una señal única con forma <strong>de</strong> meseta hacia los 80P PC. Una elevación ulterior <strong>de</strong> la<br />
temperatura reduce la anchura <strong>de</strong> la señal resultante <strong>de</strong> la coalescencia. Para este proceso<br />
≠<br />
-1<br />
ΔGP P = 78.5 kJ/mol, y k = 17.8 sP<br />
P a la temperatura <strong>de</strong> coalescencia.<br />
T<br />
C<br />
145
Resonancia Magnética Nuclear<br />
1<br />
Figura 5.81 <strong>RMN</strong>-P PH <strong>Dinámica</strong> <strong>de</strong> NN-dimetilacetamida en DMSO-dB6B<br />
Rotaciones restringidas que se encuentran en régimen <strong>de</strong> intercambio lento a<br />
temperaturas accesibles experimentalmente se presentan en carbamatos, tioamidas,<br />
enaminas, nitrosoaminas, nitritos <strong>de</strong> alquilo y al<strong>de</strong>hídos aromáticos. Rotaciones<br />
restringidas alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> simples enlaces con impedimentos estéricos, como en los<br />
bifenilos ortosustituidos, o en residuos aminoacídicos aromáticos (fenilalanina y tirosina)<br />
sumergidos en la zona hidrófoba <strong>de</strong> las proteínas también pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>tectarse por <strong>RMN</strong>.<br />
La interconversión entre las conformaciones silla <strong>de</strong>l ciclohexano es un proceso con baja<br />
energía <strong>de</strong> activación a temperatura ambiente. La diferenciación entre hidrógenos axiales<br />
y ecuatoriales pue<strong>de</strong> lograrse a bajas temperaturas, aunque el espectro resulta muy<br />
complejo en estas condiciones. Una gran simplificación se logra con la <strong>de</strong>uteración <strong>de</strong><br />
todas las posiciones excepto una (dB11B-ciclohexano) y <strong>de</strong>sacoplamiento H-D por<br />
1<br />
irradiación no-selectiva <strong>de</strong> este último. El espectro <strong>de</strong> <strong>RMN</strong>-P PH[D] a altas temperaturas<br />
<strong>de</strong>l dB11B-ciclohexano muestra sólo un singlete en una posición intermedia entre las <strong>de</strong><br />
0<br />
HBaxialB y HBecuatB tal como se muestra en la Figura 5.82. Al enfriar el sistema a -60P PC se<br />
logra la <strong>de</strong>coalescencia. A temperaturas más bajas aparecen dos señales in<strong>de</strong>pendientes<br />
≠<br />
(δBecuatB> δBaxialB),. El análisis <strong>de</strong> los resultados conduce a: ΔGP P = 25 kJ/mol.<br />
146
Resonancia Magnética Nuclear<br />
1<br />
Figura 5.82 <strong>RMN</strong>-P PH <strong>Dinámica</strong> <strong>de</strong>l ciclohexano-dB11B<br />
<strong>5.6</strong>.4.3 <strong>Dinámica</strong> <strong>de</strong> procesos por otros métodos<br />
Los procesos dinámicos pue<strong>de</strong>n estudiarse por <strong>RMN</strong>, aun cuando no pueda lograrse<br />
llevar al sistema a la zona <strong>de</strong> intercambio intermedios y sea imposible <strong>de</strong>tectar la<br />
coalescencia/<strong>de</strong>coalescencia <strong>de</strong> las señales.<br />
Intercambios muy lentos.- La técnica <strong>de</strong> transferencia <strong>de</strong> saturación pue<strong>de</strong> utilizarse en<br />
los casos <strong>de</strong> intercambio lento don<strong>de</strong> no es posible alcanzar la temperatura <strong>de</strong><br />
coalescencia. La irradiación selectiva y continua <strong>de</strong> una <strong>de</strong> las señales la satura y pue<strong>de</strong><br />
también saturar parcialmente cualquier otra señal en intercambio con la primera. En<br />
efecto algunos <strong>de</strong> los núcleos <strong>de</strong>l primer sitio pue<strong>de</strong>n transferir la saturación a núcleos <strong>de</strong>l<br />
segundo sitio por intercambio y reducir la intensidad <strong>de</strong> este último. Esta reducción <strong>de</strong><br />
intensidad <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> las velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> intercambio y <strong>de</strong> los tiempos <strong>de</strong> relajación.<br />
-3<br />
Mediante esta técnica pue<strong>de</strong>n estudiarse procesos con constantes <strong>de</strong> velocidad <strong>de</strong> 10P<br />
P a<br />
147
10P<br />
1<br />
P sP<br />
-1<br />
P(τ ~ 0.1s -10P<br />
3<br />
Resonancia Magnética Nuclear<br />
Ps), lo que extien<strong>de</strong> el rango <strong>de</strong> procesos dinámicos <strong>de</strong>tectables<br />
0 4 -1<br />
mediante el método <strong>de</strong> observación <strong>de</strong> coalescencia (k ~10P P – 10P P<br />
sP<br />
P, τ ~ s - ms).<br />
Intercambios muy rápidos.- La relajación, y por en<strong>de</strong> los parámetros asociados con la<br />
misma (TB1B, TB2B, NOE), <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la presencia en la red <strong>de</strong> movimientos con<br />
frecuencias cercanas a las <strong>de</strong> resonancia y por lo tanto permiten la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong><br />
dinámicas en la escala <strong>de</strong> los ns. Para estudiar movimientos más lentos pero no al alcance<br />
<strong>de</strong> las técnicas <strong>de</strong> <strong>de</strong>coalescencia, pue<strong>de</strong> aplicarse la técnica <strong>de</strong>l bloqueo <strong>de</strong> espines (spin-<br />
0<br />
locking). Como ya conocemos, la aplicación <strong>de</strong> un pulso <strong>de</strong> radiofrecuencias <strong>de</strong> 90P P<br />
BB1B(x´) a un sistema en equilibrio lleva la magnetización al eje y´. La posterior evolución<br />
libre <strong>de</strong> la magnetización da lugar al FID y por transformada <strong>de</strong> Fourier al espectro. Sin<br />
embargo si, inmediatamente <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong>l pulso <strong>de</strong> radiofrecuencias, se<br />
aplica <strong>de</strong> forma continua un campo BB1B a lo largo <strong>de</strong>l eje y´, forzaremos a la<br />
magnetización macroscópica a permanecer alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong>l eje y´, mientras que los espines<br />
individuales precesarán alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> este eje. Este procedimiento se <strong>de</strong>nomina bloqueo<br />
<strong>de</strong> espines y es aplicado y tratado más en <strong>de</strong>talle al estudiar algunos experimentos<br />
bidimensionales. En esta situación los espines precesan a baja frecuencia (γBB1 Ben lugar<br />
<strong>de</strong> γBB0B) y su relajación (relajación en el sistema con bloqueo <strong>de</strong> espines o en el sistema<br />
rotatorio (TB1ρB)), <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá <strong>de</strong> la existencia <strong>de</strong> movimientos <strong>de</strong> baja frecuencia (ms-μs),<br />
permitiendo el estudio <strong>de</strong> dinámicas en este rango.<br />
148