Resonancia magnética nuclear, espectroscopía de

Resonancia magnética nuclear

Técnica analítica espectroscópica no destructiva con la que es posible obtener información acerca de las posiciones que ocupan en una molécula los átomos de un cierto elemento. La técnica se basa en la irradiación de una muestra, normalmente en solución (uno de los disolventes más empleados es el cloroformo deuterado, CDCl3) y dispuesta dentro de un campo magnético de gran intensidad, con radiación de radiofrecuencia (ondas de radio). El campo magnético origina que los núcleos de los átomos del elemento sobre el cual se hace el análisis puedan adoptar diferentes estados energéticos; en el caso de los núcleos de los átomos más frecuentemente analizados, hidrógeno-1 (1H) y carbono-13 (13C, con seis protones y siete neutrones) éstos resultan ser dos: uno de menor valor energético (nivel basal) y otro de mayor valor (nivel excitado). Las ondas de radio transfieren su energía a los núcleos de los átomos en el estado basal para que se transformen en núcleos en el estado excitado (Figura superior). El equipo que se utiliza (llamado espectrómetro de resonancia magnética nuclear) es capaz de registrar la absorción de estas ondas de radio, a partir de lo cual puede detectarse la presencia de los núcleos atómicos que se analizan. La utilidad de la técnica radica en que los átomos de un mismo elemento en una molécula no ocupan normalmente posiciones equivalentes (por ejemplo, en CH3CH2OH los átomos de H ocupan tres posiciones -o ambientes- no equivalentes), y por cada átomo o grupo de átomos no equivalente habrá un valor distinto para la diferencia de energía entre sus estados basal y excitado; consecuentemente, no será absorbida por la muestra una onda de radio única, sino que habrá absorciones de ondas de radiofrecuencia de diferente contenido energético, una por cada ambiente distinto en el que se encuentren los átomos del elemento que se analiza. La detección de cada una de estas absorciones (o señales) es la que permite conocer el total de átomos de diferente naturaleza que hay en la molécula. Cada una de estas señales puede ser representada en un diagrama, conocido como espectro de resonancia magnética nuclear (Figura inferior), como un máximo de absorción. La zona del diagrama en donde aparece una determinada señal (esto es, su valor de desplazamiento químico, δ, que es la escala en función de la cual se fija su posición en el espectro; las unidades son ppm o partes por millón) permite estimar para el átomo que la genera a qué otros se encuentra unido; la forma de la misma por su parte permite inferir con cuántos otros (del mismo elemento o de otro) interacciona magnéticamente, fenómeno conocido como acoplamiento (ejemplo de átomos que se acoplan: dos átomos de 1H separados por tres enlaces sencillos y unidos a carbonos vecinos entre los cuales exista libre rotación, como en CH3-CH2-OH). En la generación de este fenómeno participan los electrones de los enlaces que conectan a los átomos que se acoplan, pero puede darse el caso que la cercanía en el espacio entre ellos genere también un acoplamiento sin que formalmente los átomos sean vecinos (v. efecto nuclear de Overhauser), o que la geometría de una molécula así lo permita (acoplamiento W). Con toda la información disponible en un espectro de resonancia magnética nuclear, a menudo es posible elucidar por completo la estructura de una molécula, lo que permite a la resonancia magnética nuclear erigirse como una de las herramientas más poderosas con las que se cuenta dentro del análisis instrumental químico. Otros núcleos que se analizan son los de flúor-19 (19F, con 9 protones y 10 neutrones) y fósforo-31 (31P, con 15 protones y 16 neutrones). Algunos otros núcleos que poseen más de dos estados energéticos pueden también ser estudiados, pero el análisis de los resultados es más complejo. En adición, hay una gran cantidad de experimentos que pueden desarrollarse derivados de esta técnica, como COSY (v.), DEPT (v.), HMBC (v.), HMQC (v.), HSQC (v.), NOE (v.), NOESY (v.), TOCSY (v.), etc., que porporcionan aun más información estructural. Nombres alternativos: espectrometría de resonancia magnética nuclear, espectroscopía de resonancia nuclear magnética. Acrónimo: RMN.
En inglés: nuclear magnetic resonance, NMR.