RMN em Sistemas Paramagnéticos

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Introducción
La Resonancia Magnética Nuclear
(RMN) es probablemente la técnica
espectroscópica que más especta-
cularmente se ha desarrollado en
las últimas décadas. La información
estructural, dinámica, termodinámi-
ca y cinética que proporciona de los
sistemas estudiados justifica esta
explosión. Su aplicación médica es
también una causa de la populari-
dad con la que se ha expandido. 
Desde los inicios de la RMN se
sabe que las sustancias paramagnéticas producen la
pérdida de las señales observadas mediante esta técni-
ca1. Tradicionalmente, la mayoría de los espectro-
scopistas huían de sistemas que contenían compuestos
paramagnéticos. No es infrecuente leer en libros de
RMN recetas en la preparación de las muestras del tipo:
"Procure eliminar el oxígeno molecular presente en dis-
olución". ¿Por qué los electrones desapareados pro-
ducen los efectos de ensanchamiento y pérdida de
señales en RMN? ¿Se trata de una desventaja insalv-
able? ¿Podemos obtener, quizá, beneficio de estos
efectos? En las siguientes líneas intentaremos respon-
der a estas preguntas. Adelantamos ya que la existen-
cia de sustancias paramagnéticas en RMN proporciona
relevante información sobre el sistema molecular en el
que se encuentran. La existencia de estos compuestos,
lejos de ser un problema, como en principio se estima-
ba, amplía las aplicaciones de la técnica.
Tiempos de relajación y observación de
señales
En RMN, más que en otras espectroscopías, la infor-
mación proviene no sólo del parámetro que nos indica
la energía de los niveles entre los que se produce la
transición (desplazamiento químico), sino también del
tiempo que los núcleos resonantes tardan en volver al
equilibrio después de haber sido perturbados. Desde un
punto de vista clásico, cada núcleo es un pequeño imán
y la suma de los momentos magnéticos de todos ellos
origina el denominado vector magnetización, M. En
presencia de un campo magnético B0 y en el equilibrio,
este vector magnetización posee una componente neta
en el eje z (dirección del campo magnético), Mz0, difer-
ente de cero y componentes en el plano xy, Mx0 y My0,
nulas (Figura 1A). Si se perturba la magnetización (apli-
cando una radiofrecuencia o pulso),
el sistema se modifica del equilibrio
(Mz Mz0, Mx 0, My 0). Al dejar
de actuar el pulso, el sistema
volverá al equilibrio (Figuras 1B,C).
Suponiendo que el proceso de
recuperación corresponda a una
cinética de primer orden, se deno-
mina velocidad de relajación longi-
tudinal (R1) a la constante de veloci-
dad de recuperación de la magneti-
zación Mz en el eje z. La pérdida de
magnetización en el plano xy lle-
varía asociada consigo una cons-
tante denominada velocidad de
relajación transversal (R2). Las inversas de estas veloci-
dades son los tiempos de relajación longitudinal (T1) y
transversal (T2).
Luis Antonio
Alcaraz Mas
Antonio Donaire
González
Instituto de Biología Molecular y
Celular, Universidad Miguel Hernández
de Elche, Edificio Torregaitán, Avda. de
la Universidad, s/n.
03202-Elche, Alicante.
Tfno. 966658942. Fax. 966658758
luis.alcaraz@umh.es, 
adonaire@umh.es
≠ ≠ ≠ 
Figura 1. A) Representación de las componentes z (Mz0,
izquierda), y x, y (Mx0, My0, derecha) del vector magnetización
en el equilibrio. B) Recuperación de la magnetización longitu-
dinal (en función del T1) y (C) pérdida de la magnetización
transversal (en función de T2) de dicho vector después de
haber sido perturbado.
Resonancia Magnética Nuclear en Sistemas Paramagnéticos
Resumen: La presencia de electrones desapareados puede producir la desaparición de las señales en experimentos de
Resonancia Magnética Nuclear. Por ello, el empleo de esta espectroscopía en sistemas paramagnéticos no ha tenido gran
desarrollo en la comunidad química general. En el presente artículo se describen los efectos de los iones metálicos paramag-
néticos en RMN y cómo, lejos de ser una desventaja, pueden resultar beneficiosos para obtener información estructural de los
sistemas que los contienen. 
Investigación Química
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En el proceso de relajación, los núcleos se comportan
como pequeños imanes moviéndose a cierta frecuencia
y, en consecuencia, generan una corriente electromag-
nética. Esta radiofrecuencia emitida por los núcleos al
volver al equilibrio se mide mediante un receptor situa-
do en el eje x (o en el eje y). La señal recibida (FID, free
induction decay) decae exponencialmente a cero de
acuerdo con el T2 (la señal se observa en el plano xy).
La señal es adquirida en el dominio del tiempo.
Mediante una transformada de Fourier se observa en el
dominio de frecuencias, dando lugar al espectro RMN
(Figura 2). En un campo completamente homogéneo, la
anchura de una señal y el T2 del núcleo que la origina
están, pues, inversamente relacionados. Un núcleo con
T2 largo (relajación transversal lenta) dará lugar, en el
dominio de frecuencias, a una señal estrecha y vice-
versa (Figuras 2A y B). Un núcleo con un T2 excesiva-
mente corto daría lugar a una señal tan ancha que
pudiera estar embebida en el ruido de fondo y no obser-
varse (Figura 2C).
¿Cómo se relajan los núcleos?a
El proceso de relajación se produce cuando los núcleos
intercambian energía con el medio (red) y/o sus
momentos de spin entre sí2. Para ello, en la red deben
existir fluctuaciones magnéticas con frecuencias simi-
lares a las de resonancia de los núcleos (del orden de
5 x 108 Hz para protones en un espectrómetro de 11,74
Tesla ó 500 MHz), de forma que éstos puedan ceder
energía. El movimiento rotacional de las moléculas
coincide en magnitud con las frecuencias de resonancia
de los núcleos, por lo que es este movimiento, que ge-
nera campos magnéticos fluctuantes, la principal fuente
de relajación de los núcleos por RMN.
Esta última frase es cierta si no existen electrones desa-
pareados cerca del núcleo que vuelve al equilibrio. Los
electrones desapareados generan unos campos mag-
néticos fluctuantes de frecuencias, en general, supe-
riores a las de resonancia de los núcleos3,4 (Figura 3).
Debido a las diferentes posiciones de cada molécula
respecto al campo magnético los electrones no presen-
tan una única frecuencia de resonancia, sino una dis-
tribución de ellas. Como los electrones se relajan
mucho más rápidamente que los núcleos, el electrón le
está proporcionando al núcleo una fuente continua de
relajación adicional mucho más eficiente que cualquier
otro mecanismo. En consecuencia, los núcleos que
observan electrones desapareados poseen velocidades
de relajación muy superiores (tiempos de relajación, T1
y T2, mucho más cortos) que los que poseerían si no
sintieran ese efecto paramagnético. Para moléculas
diamagnéticas de peso molecular en torno a 10 kDa
valores de centenares de milisegundos para el T1 y de
decenas de milisegundos para el T2 de protón son fre-
cuentes. En moléculas paramagnéticas ambos
parámetros pueden tomar valores inferiores incluso a
un milisegundo. En consecuencia, al poseer un T2
mucho más corto, estos protones darán lugar a señales
mucho más anchas (Figura 2B); en casos límite, pero
frecuentes, incluso no observables5 (Figura 2C). De
aquí se deduce lo reacio que siempre hemos sido los
espectroscopistas de RMN a trabajar con sustancias
paramagnéticas. 
La situación empeora si tenemos en cuenta que, para
obtener información de un sistema en RMN, además de
observarse, las señales se deben asignar. Y para ello
se recurre a relacionar unas señales (los núcleos que
las originan) con otras. Es decir, debemos recurrir a
experimentos, en la mayoría de los casos bidimensio-
nales, que conecten unos núcleos con otros (un pico de
cruce entre dos señales en un experimento bidimen-
sional indica que los dos protones que originan esas
señales están relacionados). La relación puede ser
escalar (a través de enlaces químicos) o dipolar (a
través del espacio)2. En los experimentos de corre-
lación escalar, el acoplamiento sedesarrolla mientras la
magnetización se encuentra en el plano xy. En un sis-
tema paramagnético (T2 pequeño), la magnetización
decae muy rápidamente en este plano, por lo que la
señal se pierde antes de que se desarrolle el
acoplamiento. En otras palabras, los picos de cruce en
experimentos tipo COSY, TOCSY (homonucleares) o
Figura 2. Evolución de la señal inducida (FID) por un núcleo
con relajación: A) lenta; B) rápida, y; C) muy rápida. Las trans-
formadas de Fourier (espectros) se muestran a la derecha. La
anchura de las señales es inversamente proporcional al tiem-
po de decaimiento de las mismas (dibujado en rojo sobre las
FIDs).
a Aunque en muchos aspectos lo comentado en el presente artículo es aplicable a núcleos cuadrupolares y a la RMN en estado sólido,
de aquí en adelante, nos referiremos siempre a núcleos con spin 1/2 y a RMN en fase líquida.
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HSQC (heteronucleares), basados en correlaciones
escalares, son muy débiles o se pierden en sistemas
paramagnéticos. En los experimentos de correlación
dipolar (experimentos tipo NOESY), la interacción entre
los momentos dipolares de los núcleos que dan el pico
de cruce se produce mientras los núcleos se relajan en
el eje z. Como quiera que esta relajación es rápida (T1
pequeño) si los protones se encuentran cerca de elec-
trones desapareados, la interacción entre los núcleos
será pequeña y, en consecuencia, también el pico de
cruce. Resumiendo, aún si observamos las señales de
los núcleos, en sistemas paramagnéticos será difícil
asignarlas, puesto que se perderán las correlaciones
necesarias. Y un espectro de RMN sin asignar es como
un libro escrito en una lengua ignota.
Un apunte antes de continuar, la magnitud de la inter-
acción entre el núcleo resonante y el electrón des-
pareado depende, entre otros factores, del cuadrado de
la constante magnetogírica del núcleo observado. El
protón, con la mayor constante magnetogírica
(γ1H = 267.5 x 106 rad s-1T-1), presenta un efecto
dieciséis veces mayor que un núcleo de 13C en las mis-
mas condiciones (γ13C = 67.3 x 106 rad s-1T-1). El efec-
to es cien veces inferior en el caso de un núcleo de 15N
(γ15N = -27.1 x 106 rad s-1T-1). Por lo tanto, los efectos
aquí comentados son drásticos para el protón y menos
acusados para el resto de los núcleos. Nos referiremos
de aquí en adelante preferentemente al protón, al ser el
núcleo más ampliamente utilizado en RMN, aunque
similares efectos, si bien más leves, se producen en
cualquier otro tipo de núcleo.
Contribución de contacto y dipolar
Acabamos de indicar que los núcleos se relajan rápida-
mente si se encuentran cerca de electrones desaparea-
dos. Efectivamente, si los momentos magnéticos origi-
nados por el núcleo y el electrón se encuentran espa-
cialmente cerca, existirá entonces una interacción a
través del espacio entre ambos que aumentará la rela-
jación nuclear. Se trata de la denominada contribución
dipolar3,4. 
Pero cerca, en nuestro mester, puede también significar
a pocos enlaces químicos. Estamos hablando entonces
de la denominada contribución de contacto a las veloci-
dades de relajación. Este mecanismo de relajación sólo
es operativo en ligandos covalentemente unidos al ion
metálico y decae rápidamente con el número de
enlaces (a más de cinco enlaces suele ser despreciable).
Iones paramagnéticos buenos y malos para
RMN
Los humanos, y también los químicos, tenemos ten-
dencia a clasificar las cosas entre buenas y malas. No
seremos menos aquí. No obstante, antes definiremos
los conceptos bueno/malo. Consideramos un ion para-
magnético bueno para RMN cuando el efecto que pro-
duce en un núcleo es tal que su radio de alcance (aquél
dentro del cual no se observan núcleos de un tipo deter-
minado) es pequeño. Es decir, el efecto paramagnético
para un ion considerado bueno es relativamente
pequeño y sólo los núcleos muy cercanos a dicho ion lo
sentirán (Figura 4). Un ion malo ocasionaría, por el con-
trario, una gran relajación nuclear a su alrededor, impi-
diendo la observación de núcleos incluso a grandes dis-
tancias.
La pregunta, por tanto, sería: ¿qué características debe
poseer un ion paramagnético para producir una rela-
jación máxima (o mínima) en núcleos cercanos a él? En
principio, cuantos más electrones desapareados posea
el ion tanto mayor será el efecto que producirá sobre el
núcleo. El spin electrónico, S, es, en consecuencia,
importante. No obstante, no es, en absoluto, el factor
Figura 3. Campo magnético generado por un ion metálico con
electrones desapareados (spin S). El núcleo resonante (spin
nuclear I) ve modificado sus parámetros de RMN como con-
secuencia de la interacción con aquél.
Figura 4. Efecto de alcance de un ion metálico en una proteí-
na. Las señales de los núcleos incluidos dentro de la esfera de
radio r1 experimentan un ensanchamiento extremo y no se
observan (ver Figura 2C). Los núcleos ubicados a mayor dis-
tancia que r2 no sienten el efecto paramagnético. Los núcleos
situados dentro de la corona circular intermedia se observan y
presentan tiempos de relajación proporcionales a la distancia
del núcleo al ion paramagnético. A partir de estos tiempos es
posible determinar dicha distancia.
Resonancia magnética nuclear en sistemas paramagnéticos
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fundamental. El principal factor que determina la obser-
vación de núcleos de RMN en un sistema paramagnéti-
co es el tiempo de relajación electrónica del ion metáli-
co, τs
4. El ion paramagnético posee diferentes niveles
electrónicos. En un campo magnético estos niveles
están desdoblados (niveles de energía de Zeeman) de
acuerdo con el valor de Ms. El electrón se relaja entre
estos valores negativos (de menor energía) y positivos
(de mayor energía), de forma que, en promedio, se
encontrará prácticamente casi el mismo tiempo en
ambos estados. Los núcleos resonantes poseen unas
frecuencias de resonancia mucho menores que las
electrónicas (el electrón posee una constante magne-
togírica 657 veces mayor que la del protón). En conse-
cuencia, el protón observa un efecto neto por parte del
electrón que es tanto menor cuanto más rápidadmente
relaje el electrón. En otras palabras, si el electrón se
relaja muy rápidamente, el protón (que se mueve a
cámara lenta con respecto al electrón) ve un promedio
del electrón entre valores de Ms positivos y negativos
que disminuyen, de forma drástica, el efecto neto del
electrón desapareado. En este caso tendremos tiempos
de relajación nuclear no excesivamente pequeños y se
observarán las señales de RMN. Y viceversa: si el elec-
trón relaja muy lentamente, entonces el protón tendrá
tiempo de observar un efecto neto del electrón desa-
pareado. Aquí, el núcleo poseerá valores de T1 y T2
muy pequeños y las señales serán anchas o no se
observarán (Figura 5).
La relajación electrónica depende del estado de oxi-
dación, de la geometría y de los ligandos del ion metáli-
co. Iones metálicos con τs pequeños son, en general,
aquéllos que poseen muchos niveles próximos
energéticamente, bien por acoplamiento spin-órbita,
bien por el desdoblamiento a campo cero (ZFS). Entre
éstos se encuentran el hierro(III) de bajo spin o el cobal-
to(II) octaédrico (Tabla 1). Se trata de iones buenos
para RMN. Es fácil entender que hayan sido las proteí-
nas hemo (bien con hierro hexacoordinado, o bien los
derivados hexacoordinados con cianuro) aquéllas más
estudiadas por la RMN paramagnética6. De hecho,
tanto el primer espectro monodimensional7 como el
primero bidimensional8 en un sistema paramagnético
se realizó con citocromos tipo c.
En el caso opuesto tenemos el hierro(III) de alto spin o
el cobre(II). En estos sistemas será difícil observar las
señales de RMN (ver Tabla 1). Un caso drástico lo re-
presentan los radicales libres. Con valores de τs delorden de 10-7 s, estas sustancias relajan tan lentamente
que su efecto de ensanchamiento y pérdida de señales
de RMN es drástico. Estos compuestos son malos para
RMN.
En Resonancia de Spin Electrónico (EPR) un ion para-
magnético con relajación lenta puede observarse a tem-
peratura ambiente. Diríamos que el ion es bueno para
EPR. Un ion que relaja muy rápidamente sólo puede
observarse si se disminuye en alto grado su relajación,
verbigracia, bajando la temperatura. Se puede afirmar
de forma resumida que donde empieza la RMN acaba
la EPR o, lo que es bueno para RMN es malo para EPR.
La recíproca también es cierta. Comenzamos el aparta-
do con implicaciones morales, podríamos también con-
cluirlo afirmando que el concepto de bueno/malo es
muy relativo, no sólo entre los humanos, sino también
entre los distintos tipos de espectroscopistas. 
No todo es negativo: Desplazamiento hiperfino
Se comprende por lo dicho hasta el momento las reti-
cencias de los espectroscopistas de RMN a la hora de
utilizar sustancias con electrones desapareados en sus
muestras. Existen, sin embargo, efectos positivos de los
iones paramagnéticos. 
En primer lugar, la interacción entre el núcleo resonante
y el electrón desapareado altera enormemente los nive-
les energéticos de aquél. En consecuencia, estos
núcleos poseerán desplazamientos químicos muy
inusuales. Este desplazamiento se denomina hiperfino
y es, en general, mucho mayor en magnitud que el
desplazamiento típico de los núcleos en un entorno dia-
magnético.
En la Figura 6 se muestra el espectro de un mismo sis-
tema (rusticianina, una proteína azul de cobre) en esta-
do reducido (cobre(I), diamagnético), en estado oxida-
do9 (cobre(II), paramagnético) y el espectro de la pro-
teína metalosustituida por cobalto(II)10. En el sistema
diamagnético (Figura 6A) no existen señales más allá
de 12 ppm, mientras que en los sistemas paramagnéti-
cos (Figuras 6B, C) se observan señales incluso a 300
ppm (Figura 6C). Desplazamientos químicos para el
protón de tal magnitud se producen debido al efecto de
los electrones desapareados. En esta misma Figura se
Figura 5. Relación entre la estructura electrónica de un ion
metálico y la observación de señales y acoplamientos en RMN
de un sistema paramagnético.
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observa que las señales del sistema de cobre(II) son
mucho más anchas que las de cobalto(II), de acuerdo
con los valores de τs para estos dos iones (ver Tabla 1).
El desplazamiento hiperfino se ha aprovechado desde
mediados de los años sesenta para estudiar específica-
mente el centro activo de macromoléculas biológicas.
En proteínas de tamaño molecular bajo/medio existen
desde centenares a miles de protones. Los electrones
desapareados permiten discernir específicamente
aquéllos que se encuentran cerca del metal. En la ma-
yoría de las ocasiones, precisamente el metal y su
entorno forman el centro activo y, en consecuencia, se
trata del dominio más interesante de la proteína desde
el punto de vista funcional. Existen infinidad de trabajos
en las que se aprovecha este efecto6,11.
Al igual que sucedía con las velocidades de relajación,
son dos las contribuciones al desplazamiento hiperfino:
la contribución de contacto o de Fermi (producida a
través de enlaces químicos) y la dipolar o de pseudo-
contacto (a través del espacio). En general, la contribu-
ción de contacto suele ser mayor en magnitud que la
dipolar. Por otra parte, la contribución dipolar es conse-
cuencia de la anisotropía magnética del sistema, es
decir, en último término, del hecho de que los elec-
trones se disponen en ciertos orbitales atómicos con
cierta orientación preferente. 
Incluso hay efectos positivos
Información estructural. Hemos mencionado en diver-
sas ocasiones la palabra cerca. Obviamente, los efec-
tos paramagnéticos (disminución de los tiempos de
relajación y grandes desplazamientos hiperfinos) serán
Tabla 1. Valores de τs de algunos iones paramagnéticos. Se indican, asimismo, las velocidades de relajación nuclear que
inducen en protones de una molécula relativamente grande (τr = 10-8 s), situados a 5 Å del ion metálico en un campo de mag-
nético de 11.7 T4.
Ion Metálico S / J a ττs (s) R1M (s-1) R2M (s-1)b
VO2+ 1/2 10-8 30 15000
V3+ 1 10-11 100 500
V2+ 3/2 10-9 1000 15000
Fe3+ (a.s.)c 5/2 10-9-10-11 500-3000 (8-50)×103
Fe3+ (b.s.)d 1/2 10-11-10-13 1-60 50-150
Fe2+ (a.s.) 2 10-12-10-13 10-50 4000
Co2+ (a.s., 5-6coord)e 3/2 5×10-12-10-13 10-200 1000-2000
Co2+ (a.s., 4coord) 3/2 10-11 200-400 500-3000
Co2+ (b.s.) 1/2 10-9-10-10 200-400 500-3000
Cu2+ 1/2 10-8-10-10 40-200 (3-200)×103
Ru3+ 1/2 10-11-10-12 5-50 50-150
Ce3+ 5/2 10-13 4 300
Sm3+ 5/2 (5-20)×10-14 0.2-0.5 3-4
Gd3+ 7/2 (1-10)x10-8 800-5000 (1-4)×105
Dy3+ 15/2 (4-10)×10-13 170-300 80000
Yb3+ 7/2 (2-50)×10-14 16-30 3000
a Valor de S o J para iones de la serie d (mitad superior de la Tabla) o de la serie f (mitad inferior), respectivamente. b Las
anchuras de las señales son directamente proporcionales a estos valores. c Alto espín. d Bajo espín. e El subíndice coord se
refiere al número de coordinación del ion metálico. 
Figura 6. Espectros de RMN de 1H de rusticianina (Rc) en sus
formas: A) nativa reducida, Cu(I); B) nativa oxidada, Cu(II); C)
metalosustituida por Co(II). En los tres casos, los ligandos y
geometría de coordinación (D) son los mismos. 
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tanto más acentuados cuanto más cerca se encuentren
los núcleos de los iones paramagnéticos. En las ecua-
ciones que relacionan efectos y parámetros estruc-
turales (no expuestas aquí) aparece la distancia núcleo-
electrón como factor determinante. En consecuencia,
del conocimiento de los tiempos de relajación nuclear y
de los desplazamientos hiperfinos puede deducirse
dicha distancia12,13 (Figura 4). 
Por otra parte, el desplazamiento de pseudocontacto
depende, además, de la orientación del núcleo respec-
to de los ejes principales del tensor de anisotropía mag-
nética. A partir de estos desplazamientos puede
deducirse la orientación de este tensor, las anisotropías
de sus componentes principales y, de aquí, refinar la
estructura molecular del sistema en estudio. Esta
estrategia se ha utilizado en diversas proteínas, funda-
mentalmente de hierro(III) (hemo y citocromos)14 y me-
talosustituidas por iones lantánidos15 (ver más ade-
lante).
Tiempos de relajación y desplazamientos hiperfinos se
han usado ampliamente en la resolución de estructuras
de metaloproteínas12,16,17 (Figura 7). Alrededor de 40
estructuras de otras tantas proteínas que se encuentran
depositadas en el Protein Data Bankb se han resuelto
mediante RMN y aprovechando la información estruc-
tural que proporcionan los iones paramagnéticos. 
Orientación. En disolución las moléculas rotan libre-
mente y la anisotropía de los parámetros de RMN se
suele promediar. Sin embargo, si las moléculas quedan
parcialmente "atrapadas" en medios intrínsecamente
anisotrópicos, con orientación preferente, los paráme-
tros de RMN variarán en función de la orientación de los
núcleos respecto al campo magnético. Queda fuera de
este capítulo discutir estos efectos y la información
estructural que de ellos se extraenc. Sólo comentare-
mos aquí que, de entre las diferentes formas existentes
de orientar moléculas (bicapas lipídicas, fagos, frag-
mentos de membrana púrpura), los iones paramagnéti-
cos proporcionan a la molécula una susceptibilidad
magnética suficientemente grande como para producir
esta ordenación18,19. En este sistema orientado, los
parámetros de RMN variarán en función de la disposi-
ción de los núcleos respecto al tensor de anisotropía
magnética del sistema, derivada fundamentalmente de
la anisotropía magnética electrónicadel ion paramag-
nético. En consecuencia, la cuantificación de estos
efectos permite orientar los núcleos respecto al tensor
de anisotropía magnética y, posteriormente, refinar la
estructura molecular del compuesto15.
Iones lantánidos. Los efectos hasta aquí comentados
se aplican por igual a cualquier ion metálico. No
obstante, dedicaremos un párrafo exclusivamente a los
iones lantánidos (en estado de oxidación +3) por varios
motivos. En primer lugar, el paramagnetismo de estos
iones proviene del acoplamiento spin-órbita (J) y no
sólo de los electrones desapareados (S), como suele
suceder en los iones metálicos de la serie d. Por este
motivo el efecto paramagnético que originan estos
iones (relajación, desplazamiento hiperfino y, sobre
todo, elevado grado de anisotropía) es, en general,
mucho mayor que el producido por otros iones metáli-
cos20,21. Por otro lado, en algunos de estos iones, y a
pesar de este gran efecto paramagnético, la relajación
electrónica es muy rápida, lo que permite la obser-
vación de las señales. Por último, existe una graduación
desde el La(III), diamagnético, al Lu(III) de las
propiedades paramagnéticas en función de J que per-
mite modificar el rango de alcance que afecta a los
diferentes núcleos para un mismo sistema22. En sis-
temas en los que se pueden sustituir el ion metálico
nativo por iones lantánidos (como las proteínas de cal-
cio) ésta es una herramienta muy potente para obtener
información estructural. De hecho, en el último lustro se
ha incrementado de forma exponencial el número de
estudios por RMN de sistemas que contienen iones lan-
tánidos (generalmente introducidos por sustitución
metálica)11. 
También hay efectos saludables
Hoy en día, una de las aplicaciones de la RMN en plena
fase de desarrollo es la médicad. Efectivamente, la
RMN posee un valor extraordinario como herramienta
de diagnóstico de muy diversas enfermedades y para la
localización de tejidos anómalos (tumores) o derrames
cerebrales. Las Imágenes por Resonancia Magnética
(MRI) no son más que el mapeo, en tres dimensiones,
de un parámetro concreto de RMN (intensidad de la
señal, tiempos de relajación u otro) de las moléculas de
agua existentes en los tejidos de estudio23. En MRI el
campo magnético se modifica de forma controlada para
cada coordenada espacial, x, y, z, de forma que se
puede identificar cada valor del parámetro con la posi-
ción espacial. Cada rango de estos parámetros se co-
b http://www.rcsb.org/pdb/
c Un excelente artículo de O. Millet sobre este tema puede encontrarse en el número 2 de este año de esta revista.
d En 2003, los profesores P. C. Lauterbur y P. Mansfield fueron galardonados con el Premio Nobel de Medicina "for their discoveries
concerning magnetic resonance imaging".
Figura 7. Estructura tridimensional de la ferredoxina 2[Fe4S4]
de Clostridium pasteurianum16. En la resolución de esta
estructura se utilizaron los tiempos de relajación como restric-
ciones del metal. 
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difica posteriormente en diversas intensidades o tonali-
dades. De esta forma se obtiene la imagen24. Los tiem-
pos de relajación (T1 o T2) son los parámetros más uti-
lizados. En estas imágenes (Figura 8) se muestra cómo
varía el T2 (o, en su caso el T1) de las moléculas de
agua en una sección transversal de un tejido u órgano.
Una forma muy eficiente de aumentar la sensibilidad de
la técnica es el uso de sustancias que incrementen sig-
nificativamente los tiempos de relajación, es decir, sus-
tancias paramagnéticas. Para ello se deben diseñar
complejos inocuos que, por una parte, se unan al tejido
deseado (dañino) y, por otra, posean un ion metálico
capaz de provocar una alta relajación nuclear. El ion
Gd(III), con 7 electrones desapareados, tiene una rela-
jación electrónica muy ineficiente, por lo que produce
ensanchamientos de señales enormes (ver Tabla 1).
Típicamente son complejos de este ion los utilizados
como agente de contraste en MRI para obtener imá-
genes muy nítidas. 
Conclusiones
Los electrones desapareados ensanchan las señales
de RMN hasta su no observación. Este efecto, en prin-
cipio altamente negativo para la aplicación de la RMN
en estos sistemas, se ha aprovechado, sin embargo,
para obtener información electrónica, estructural y fun-
cional de macromoléculas biológicas. En este sentido,
los iones lantánidos son los más utilizados en los últi-
mos tiempos. El efecto en la relajación de estas sustan-
cias es también extensamente utilizado en MRI.
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Figura 8. Imagen de Resonancia Magnética obtenida a partir
de valores de T2. Para obtener la misma, se ha utilizado
Gd(III) como agente de contraste.
Resonancia magnética nuclear en sistemas paramagnéticos
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