PRACTICA_12_ANALITICA_II pdf

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UNIVERSIDAD DE SONORA
DIVISIÓN DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA
SALUD
LIC. QUÍMICO BIÓLOGO CLÍNICO
REPORTE DE LABORATORIO
PRÁCTICA 12
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR 1H
QUIMICA ANALITICA II
M. C. VIRIDIANA ROSSELL GALLEGOS MIRANDA
RASCÓN RUIZ MAYTE
ROCHA MORÁN JULIÁN FERNANDO
ZEPEDA ROMERO ALEJANDRA GUADALUPE
HERMOSILLO, SONORA 21 DE ABRIL DE 2021
Objetivos
● Conocer el funcionamiento y operación del espectrómetro de resonancia magnética
nuclear.
● Asignar las señales de los diferentes tipos de protones en los espectros de RMN 1H del
ácido benzoico, alcohol etílico y benzoato de etilo.
Introducción
La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es la herramienta más poderosa
para la determinación de la estructura molecular de un compuesto en solución.
La RMN se sustenta en tres elementos:
1. Muchos núcleos atómicos, debido al espín nuclear, presentan características
magnéticas. En cierta manera se puede considerar que los núcleos se comportan como
pequeños imanes.
2. La aplicación de un campo magnético intenso. Cuando las moléculas en estudio están
inmersas en un campo magnético, los momentos magnéticos de sus núcleos se alinean
respecto al campo magnético. En el caso de los núcleos con número de espín I = ½, son
dos posibles orientaciones, las cuales poseen diferentes valores de energía:
aproximadamente el 50 % de los núcleos se alinean en el mismo sentido del campo
magnético aplicado (B0) y el otro 50 % en contra del campo aplicado, como se representa
en la figura 12.1.
Figura 12.1. Representación de la alineación de los momentos magnéticos de ciertos núcleos
de moléculas orgánicas en presencia de un campo magnético externo
3. La aplicación de la radiación electromagnética. Si la frecuencia aplicada es la
adecuada, la radiación electromagnética se absorberá por la muestra y provocará que los
núcleos se exciten de un nivel de energía a otro (inviertan su espín). La frecuencia de la
radiación necesaria para producir este cambio de nivel dependerá del tipo de núcleo, del
entorno químico de éste, del tipo de núcleos presentes en sus cercanías y del campo
externo aplicado.
En la mayoría de las técnicas espectroscópicas, para obtener un espectro, generalmente se
varía la frecuencia de la radiación incidente hasta que ocurre la absorción (se realiza un
barrido de frecuencias). Sin embargo, en espectroscopia de RMN se tiene la opción de
mantener fija la frecuencia de la radiación y variar la intensidad del campo magnético
aplicado (B0), lo que provoca un aumento del espaciado entre los niveles (∆E). En ambas
situaciones, sea que variemos la frecuencia de la radiación o la intensidad del campo
magnético, la absorción ocurre cuando ∆E = hν. Dicha absorción traerá como consecuencia
una señal en el espectro a un desplazamiento químico δ específico del núcleo que se esté
estudiando.
Espectrómetro de resonancia magnética nuclear
En la figura 12.2 se presenta el esquema de un equipo de RMN que consta de las siguientes
partes fundamentales:
● Un imán que genera un campo magnético estable, el cual puede ser de una intensidad
variable, definiendo la frecuencia de resonancia de cada núcleo. Generalmente se
identifica cada espectrómetro por la frecuencia de resonancia del protón, así que, en
un imán de 7.046 Tesla, los núcleos de 1H resuenan a 300 MHz; por lo tanto, sería un
espectrómetro de 300 MHz.
● Una sonda, que se sitúa dentro del imán, en la que se introduce la muestra y que
consta de las bobinas responsables de emitir y recibir las radiofrecuencias (RF). El
número de bobinas y su disposición determinan el tipo y las aplicaciones de cada
sonda.
● Una consola en la que se generan los pulsos de RF y se controla el resto de la parte
electrónica del espectrómetro.
● Un ordenador que sirve de interfaz con el espectrómetro y con el que se analiza toda
la información obtenida.
Figura 12.2. Esquema de un equipo de RMN
La muestra se coloca en un tubo que se gira rápidamente para homogeneización del campo
magnético que recibe cada molécula. El tubo se introduce entre los dos polos magnéticos del
imán. Los equipos actuales de RMN utilizan transformadas de Fourier; en este caso, el campo
magnético se mantiene fijo y la muestra se irradia con un pulso de radiofrecuencias de
duración determinada y de alta potencia. El pulso dura varios microsegundos y excita
simultáneamente todos los núcleos bajo estudio. La señal observada en el detector contendrá
todas las frecuencias de resonancia. Se analiza con un programa de computadora utilizando la
operación matemática de transformada de Fourier, la cual convierte la señal original, de una
gráfica de intensidad en función del tiempo, a una gráfica de intensidad en función de la
frecuencia. Este procedimiento permite muy alta resolución y trabajar con núcleos que tienen
señales muy débiles.
La referencia en RMN 1H es la señal de los protones del tetrametilsilano (Si(CH3)4 o TMS) a
quienes se asigna arbitrariamente un valor cero de desplazamiento químico (δ=0). Esta
molécula es prácticamente inerte, se disuelve fácilmente en líquidos orgánicos y tiene una
fuerte resonancia protónica procedente de sus doce átomos de hidrógeno químicamente
equivalentes. Estos átomos de hidrógeno están fuertemente protegidos del campo aplicado
debido a su entorno de alta densidad electrónica, lo que hace que los valores de δ de los
protones de otras moléculas sean generalmente positivos. En general, los protones de
compuestos orgánicos tienen valores comprendidos entre 0 y 16, aunque pueda aparecer
algún caso con valores negativos. Cada grupo funcional tendrá valores similares de δ de sus
protones en diferentes moléculas. En disoluciones acuosas, donde el TMS no es soluble, se
utiliza como patrón el ácido 3,3 dimetil‐2,2-silapentano‐5‐sulfónico o DSS. El espectro de
RMN se representa en una escala de valores crecientes de δ de derecha a izquierda, en ppm.
Para la apropiada interpretación de un espectro de RMN es necesario considerar cuatro
elementos básicos: número de señales, desplazamiento químico (δ), intensidad de la señal
(integral) y patrón de acoplamiento de cada señal (multiplicidad).
Preparación de la muestra
Para obtener un buen espectro de RMN 1H se recomienda trabajar con concentraciones en el
orden de 1 mM. Debe tener cuidado de no tardar mucho tiempo en el pesaje de la muestra y
manejo del disolvente para evitar la absorción de humedad ambiental, ya que el agua
(poseedora de protones) presenta una señal que puede traslaparse con alguna de las señales
del analito.
Los disolventes que se utilizan en espectroscopia RMN, generalmente son líquidos orgánicos
de baja viscosidad con buenas propiedades de solubilidad. Para prevenir el traslape de las
señales intensas del disolvente, los protones de este deben estar sustituidos por deuterio (2H),
el cual no da señal en el espectro de RMN 1H. En el tubo de la solución (o en el solvente con
el que se va a preparar la solución) deben agregarse unas gotas de TMS de manera que este
quede a una concentración aproximada de 0.01 %. Debido a que los solventes deuterados son
más costosos que los comunes, debe ser muy cuidadoso de no desperdiciar solvente.
Equipo, materiales y reactivos
a) Equipo
· Espectrómetro RMN
b) Materiales
· 3 tubos para muestras de RMN
· 3 jeringas de 1 mL (se recomiendan las que se utilizan para administrar insulina)
· 1 pipeta Pasteur de vidrio
c) Reactivos
· Cloroformo deuterado (CDCl3)
· Etanol
· Ácido benzoico
· Benzoato de etilo (obtenido en la práctica de espectroscopia de infrarrojo)
Seguridad
· Para trasvasar el cloroformo debe usarse pipetor, nunca aspirar con la boca.
· Se deberá tener presente que cualquier campo externo puede afectar la señal medida,
por lo que se recomienda alejar equipos electrónicos, tarjetas u objetos que interaccionen
con un campo magnético y que puedan generar ruido. Tampoco deben ingresar a la zona
del instrumento,personas que utilicen marcapasos y/o prótesis.
Diagramas de flujo
Mayte Rascon Ruiz
Alejandra Zepeda Romero
Fernando Rocha
Análisis de datos
1. Asignar las señales de los espectros de RMN, correspondientes a los protones
presentes en las estructuras de los compuestos analizados, asegurándose de incluir en el
análisis: i) número de señales, ii) desplazamiento químico (ppm), iii) intensidad de la
señal (número de protones responsables de la señal), y iv) patrón de acoplamiento
(multiplicidad).
● Comparar los cambios y desplazamientos de las señales entre los
espectros de RMN de los reactivos y el éster sintetizado.
Resultados
Benzoato de etilo
Desplazamiento químico (ppm)
Señal 1: 1.4
Señal 2: 4.3
Señal 3: 7.4 - 7.6
Señal 4: 8.1
Intensidad de la señal (número de protones responsables de la señal)
Señal 1: 3H
Señal 2: 2H
Señal 3: 3H
Señal 4: 2H
Patrón de acoplamiento (multiplicidad)
Señal 1: Triplete
Señal 2: Cuatriplete
Señal 3: Cuatriplete
Señal 4: Doblete
Ácido benzoico
Desplazamiento químico (ppm)
Señal 1: 7.2-7.7
Señal 2: 8.2
Señal 3: 12.1
Intensidad de la señal (número de protones responsables de la señal)
Señal 1: 3H
Señal 2: 2H
Señal 3: 1H
Patrón de acoplamiento (multiplicidad)
Señal 1: Cuatriplete
Señal 2: Doblete
Señal 3: Singulete
Etanol
Desplazamiento químico (ppm)
Señal 1: 1.2
Señal 2: 2.6
Señal 3: 3.6
Intensidad de la señal (número de protones responsables de la señal)
Señal 1: 3H
Señal 2: 2H
Señal 3: 1H
Patrón de acoplamiento (multiplicidad)
Señal 1: Triplete
Señal 2: Singulete
Señal 3: Cuatriplete
Discusión
Encontramos problemas presentados por los espectros ya que dificulto la representación
debido a que no tenían tanto su forma teórica donde difiere en los conceptos de simetría y
contar los tipos de hidrógenos(primarios,secundarios etc.), sin embargo coincidió con las
demas caracteristicas teoricas componentes de una lectura RMN lo que facilito la deduccion
de los resultados
Conclusión
Nos pareció sumamente interesante la utilidad que le podemos dar a la espectroscopia de
resonancia magnética nuclear (RMN) ya que podemos deducir la estructura molecular de un
compuesto además que nos permite observar características especiales por así decirlo de las
moléculas ya sean dobles enlaces además de grupos funcionales lo que es de enorme
importancia para clasificar un compuesto.
Cuestionario
1. ¿Qué significa que un protón presente señal con valores negativos de δ?
Cuando absorbe δ bajo absorbe a campo alto y por el contrario cuando absorbe δ alto
absorbe a campo bajo. Por lo que significa que cuando es un valor negativo absorbe a
campo alto.
2. ¿Por qué los desplazamientos químicos δ se expresan en ppm y no en Hz?
Porque ppm tiene más exactitud debido a que en la práctica es difícil medir el campo
magnético al que un protón absorbe con suficiente exactitud para distinguir protones
individuales porque las absorciones varían en pocas milésimas.
3. En un equipo de 400 MHz, los protones aromáticos de fenol se dividen en dos
conjuntos de señales: uno para los protones meta (7.24 ppm) y otro para los protones orto
y para (6.84 y 6.93 ppm, respectivamente). En el caso de benzaldehído, también se
observan dos conjuntos de señales para los protones aromáticos; sin embargo, en este
caso, una de las señales es para los protones orto (7.87 ppm) y la otra agrupa los protones
meta y para (7.51 y 7.61 ppm, respectivamente). Explique la diferencia entre los espectros
de ambos compuestos.
El fenol absorbe a campo alto y el benzaldehído absorbe a campo bajo y la frecuencia que
emiten los protones del fenol son menores que la que es emitida por el benzaldehído
Referencias
● Carey, F., & Giuliano, R. (2013). Organic Chemistry [Química Orgánica] (cap. 13).
(9ª ed.). Nueva York: McGraw-Hill
● Pavia, D., Lampman, G.M., Kriz, G.S., & Vyvyan, J.A. (2014). Introduction to
Spectroscopy [Introducción a la Espectroscopia] (cap. 5). (5a ed.). Stamford, CT:
Cengage Learning
● Silverstein, R.M., Webster, F.X., Kiemle, D.J., & Bryce, D.L. (2014). Spectrometric
Identification of Organic Compounds [Identificación espectrofotométrica de
compuestos orgánicos] (cap. 3). (8a ed.) Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc.