La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica poderosa para proporcionar información sobre los grupos funcionales, la columna vertebral molecular y el entorno químico de los núcleos en la molécula. Mientras que otras técnicas, como la espectroscopia infrarroja y Raman, pueden brindar información sobre los grupos funcionales y la estructura molecular, respectivamente; no pueden dar toda la información sobre la molécula y el entorno de los núcleos.
La espectroscopía proporciona la mayor parte de la información sobre los niveles energéticos en átomos y moléculas. Esta información se obtiene mediante el estudio de la absorción y emisión de radiación electromagnética por parte de la materia. Como sabemos tiene aplicaciones en todos los campos de la química:
- Permite la determinación de ángulos, longitudes de enlace, conformaciones y frecuencias de vibración en moléculas.
- La química orgánica emplea la espectroscopía de resonancia magnética para determinar la estructura de compuestos orgánicos.
- En cinética se emplean métodos espectroscópicos con el objetivo de conocer la variación de un reactivo o producto en el tiempo.
- La química analítica emplea la espectroscopía para determinar la composición de una muestra.
- Incluso es posible conocer la composición de planetas y estrellas lejanas estudiando la luz que nos llega
La espectroscopia es una técnica que engloba una amplia variedad de instrumentación destinada a la caracterización de la naturaleza química de un determinado material o de los distintos componentes del material mismo, de manera no destructiva. Frente a otro tipo de técnicas, la espectroscopía ofrece, entre otras ventajas, rapidez en las medidas y mínimo gasto de muestra. Por otra parte, el espectro de una muestra es único, tal como una huella digital, lo que confiere a estas técnicas un elevado grado de selectividad y precisión. Dentro de las técnicas podemos encontrar:
- Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR).
- Espectroscopia de Resonancia Magnetica Nuclear (RMN)
- Reflectancia total atenuada (ATR).
- Espectroscopia ultravioleta-visible (UV-VIS).
- Actividad óptica.
El principio de la RMN es que la frecuencia de resonancia de un núcleo está determinada por su relación giromagnética y la fuerza del campo magnético estático. Si este fuera el único factor que determina la resonancia, los núcleos del mismo tipo tendrían frecuencias idénticas. Sin embargo, la frecuencia de resonancia de un núcleo también depende sutilmente de su ubicación dentro de una molécula. Más precisamente, depende de la distribución de electrones en una molécula y el efecto de protección de los electrones circundantes. El blindaje es el resultado del campo magnético estático que induce el movimiento orbital de los electrones. Este movimiento genera un pequeño campo magnético en dirección opuesta al campo principal. Por lo tanto, cada núcleo experimenta un campo magnético ligeramente diferente según su ubicación en una molécula. Este efecto se denomina desplazamiento químico y es la base de la especificidad química que es una de las grandes fortalezas de la espectroscopia de RMN.
El desplazamiento químico no es la única información contenida en un espectro de RMN. La interacción magnética entre núcleos vecinos mediada a través de la red de enlace se conoce como acoplamiento J o acoplamiento escalar. Este acoplamiento entre núcleos da como resultado multipletes en el espectro de RMN. El número de líneas espectrales y el espacio entre ellas en un multiplete proporciona información adicional sobre la estructura de una molécula.
Además, la RMN tiene la ventaja de que la amplitud de la señal de RMN es directamente proporcional a las concentraciones de los núcleos contribuyentes. Por tanto, la relación del área bajo los diferentes picos corresponde al número de núcleos por molécula que contribuyen a una resonancia. Las integrales de los picos espectrales son información adicional útil que ayuda a confirmar las asignaciones espectrales.
Para ver un ejemplo claro, te invito a descargar el siguiente caso de estudio
Donde nos demuestra que la RMN es una técnica analítica extremadamente útil para la caracterización de estas pequeñas moléculas. Ha sido posible asignar los picos a núcleos particulares en la molécula y observar el efecto que el entorno de los núcleos puede tener en el desplazamiento químico de los picos en el espectro de RMN. Esto es particularmente útil en el ejemplo de la nota de aplicación donde las moléculas tienen la misma fórmula molecular.
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