Espectroscopia

Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear

1. Fondo
Durante los últimos cincuenta años, la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, comúnmente conocida como RMN, se ha convertido en la técnica por excelencia para la determinación de la estructura de los compuestos orgánicos. De todos los métodos espectroscópicos, que es el único para el que normalmente se espera un completoanálisis y la interpretación de todo el espectro. Aunque se necesitan grandes cantidades de muestra que para espectroscopia de masas , RMN es no destructivo , y con instrumentos modernos buenos datos puede ser obtenida a partir de muestras que pesen menos de un miligramo . Para tener éxito en el uso de RMN como herramienta de análisis, es necesario entender los principios físicos en que se basan losmétodos.
Los núcleos de muchos isótopos elementales tienen un spin característico (I). Algunos núcleos tienen giros integrales ( por ejemplo, I = 1 , 2 , 3 .... ) , algunos tienen vueltas fraccionales ( por ejemplo, I = 1/2 , 3/2 , 5/2 .... ) , y algunos no tienen giro , I = 0 (por ejemplo, 12C , 16O , 32S , ....) . Los isótopos de particular interés y el uso de los químicos orgánicos son 1H, 13C, 19Fy 31P, todos los cuales tienen I = 1/2. Dado que el análisis de este estado de espín es bastante sencillo, nuestra discusión de RMN se limitará a estos y otros I = 1/2 núcleos.
Las siguientes características conducen al fenómeno de RMN:
1. Una carga de hilado genera un campo magnético, como se muestra por la animación de la derecha.
El spin-imán resultante tiene un momento magnético (μ)proporcional a la vuelta.

2. En presencia de un campo magnético externo (B0), existen dos estados de espín, 1/2 y 1/2.
El momento magnético de la energía inferior 1/2 estado está alineado con el campo externo, pero que de la energía superior -1/2 estado de espín se opone al campo externo. Tenga en cuenta que la flecha que representa los puntos de campo externo del Norte.

3. La diferencia deenergía entre los dos estados de espín es dependiente de la intensidad de campo magnético externo, y es siempre muy pequeña. El siguiente diagrama ilustra que los dos estados de espín tienen la misma energía cuando el campo externo es cero, pero divergen a medida que aumenta de campo. En un campo igual a Bx se da una fórmula para la diferencia de energía (Recuerdo I = 1/2 y μ es el momento magnéticodel núcleo en el campo).




Los campos magnéticos fuertes son necesarios para la espectroscopia de RMN. La unidad internacional para el flujo magnético es el tesla (T). El campo magnético de la Tierra no es constante, sino que es de aproximadamente 10-4 T a nivel del suelo. Espectrómetros de RMN modernos utilizan imanes potentes campos que tienen de 1 a 20 T. Incluso con estos altos campos,la diferencia de energía entre los dos estados de espín es menos de 0,1 cal / mol. Para poner esto en perspectiva, recordemos que implican las transiciones de infrarrojos 1 a 10 Kcal / mol y transiciones electrónicas son casi 100 veces mayor.
Para los propósitos de RMN, esta pequeña diferencia de energía (? E) se da generalmente como una frecuencia en unidades de MHz ( 106 Hz ) , que van desde 20hasta 900 Mz , dependiendo de la intensidad de campo magnético y el núcleo específico que está siendo estudiado . La irradiación de una muestra con la frecuencia de radio ( RF) que corresponde exactamente a la separación de giro estado de un conjunto específico de núcleos hará que la excitación de los núcleos en el estado 1 / 2 a la mayor -1/2 estado de espín . Tenga en cuenta que esta radiaciónelectromagnética cae en la radio y el espectro de emisión de televisión. Por lo tanto, espectroscopía de RMN es la sonda energéticamente más suave utilizada para examinar la estructura de las moléculas.
El núcleo de un átomo de hidrógeno ( el protón ) tiene un momento magnético μ = 2,7927 , y se ha estudiado más que cualquier otro núcleo .
4. Para espín 1/2 núcleos de la diferencia de...