Espectrometra de resonancia magntica nuclearLa espectrometra de resonancia magntica nuclear (RMN), ms comnmente conocida como espectrometra RMN, es una tcnica que explota las propiedades magnticas de ciertos ncleos. Las aplicaciones ms importantes para su uso en qumica orgnica son la espectrometra RMN de protones y la de carbono-13. En principio, la RMN es aplicable a cualquier ncleo que posea espn. Pueden obtenerse muchos tipos de informacin mediante un espectro RMN. Al igual que se utiliza la espectrometra de infrarrojos para identificar grupos funcionales, el anlisis de un espectro RMN unidimensional proporciona informacin sobre el nmero y tipo de entidades qumicas en una molcula. El impacto de la espectrometra RMN en las ciencias naturales ha sido sustancial. Puede utilizarse, entre otras cosas, para estudiar mezclas de analitos, para comprender efectos dinmicos como el cambio en la temperatura y los mecanismos de reaccin, y es una herramienta de valor incalculable para la comprensin de la estructura y funcin de las protenas y los cidos nucleicos. Este tipo de espectrometra se puede aplicar a una amplia variedad de muestras, tanto en solucin como en estado slido. Fundamentos fsicos la espectroscopia de RMN La espectroscopia de RMN fue desarrollada a finales de los aos cuarenta para estudiar los ncleos atmicos. En 1951, los qumicos descubrieron que la espectroscopia de resonancia magntica nuclear poda ser utilizada para determinar las estructuras de los compuestos orgnicos. Esta tcnica espectroscpica puede utilizarse slo para estudiar ncleos atmicos con un nmero impar de protones o neutrones (o de ambos). Esta situacin se da en los tomos de 1H, 13C, 19F y 31P. Este tipo de ncleos son magnticamente activos, es decir poseen espn, igual que los electrones, ya que los ncleos poseen carga positiva y poseen un movimiento de rotacin sobre un eje que hace que se comporten como si fueran pequeos imanes. En ausencia de campo magntico, los espines nucleares se orientan al azar. Sin embargo cuando una muestra se coloca en un campo magntico, tal y como se muestra en la siguiente figura, los ncleos con espn positivo se orientan en la misma direccin del campo, en un estado de mnima energa denominado estado de espn , mientras que los ncleos con espn negativo se orientan en direccin opuesta a la del campo magntico, en un estado de mayor energa denominado estado de espn .

Existen ms ncleos en el estado de espn que en el pero aunque la diferencia de poblacin no es enorme s que es suficiente para establecer las bases de la espectroscopia de RMN. La diferencia de energa entre los dos estados de espn y , depende de la fuerza del campo magntico aplicado H0 . Cuanto mayor sea el campo magntico, mayor diferencia energtica habr entre los dos estados de espn. En la siguiente grfica se representa el aumento de la diferencia energtica entre los estados de espn con el aumento de la fuerza del campo magntico.

Cuando una muestra que contiene un compuesto orgnico es irradiada brevemente por un pulso intenso de radiacin, los ncleos en el estado de espn son promovidos al estado de espn . Esta radiacin se encuentra en la regin de las radiofrecuencias (rf) del espectro electromagntico por eso se le denomina radiacin rf. Cuando los ncleos vuelven a su estado inicial emiten seales cuya frecuencia depende de la diferencia de energa (E) entre los estados de espn y . El espectrmetro de RMN detecta estas seales y las registra como una grfica de frecuencias frente a intensidad, que es el llamado espectro de RMN. El trmino resonancia magntica nuclear procede del hecho de que los ncleos estn en resonancia con la radiofrecuencia o la radiacin rf. Es decir, los ncleos pasan de un estado de espn a otro como respuesta a la radiacin rf a la que son sometidos. La siguiente ecuacin muestra la dependencia entre la frecuencia de la seal y la fuerza del campo magntico H 0 (medida en Teslas, T).

El valor del radio giromagntico depende del tipo de ncleo que se est irradiando; en el caso del Si espectrmetro de RMN posee un imn potente,

ste debe trabajar a una mayor frecuencia puesto que el campo magntico es proporcional a dicha frecuencia. As por ejemplo, un campo magntico de 14.092 T requiere una frecuencia de trabajo de 600 MHz. Hoy en da los espectrmetros de RMN trabajan a 200,300, 400, 500 y 600 MHz. TCNICAS BSICAS DE ESPECTROMETRA RMN Cuando se sitan dentro de un campo magntico, los ncleos activos de RMN (como el 1 H, o el 13 C) absorben a una frecuencia caracterstica del istopo. La frecuencia de resonancia, la energa de la absorcin y la intensidad de la seal son proporcionales a la fuerza del campo magntico. Por ejemplo, en un campo magntico de 21 Tesla, los protones resuenan a 900 MHz. Es comn referirse a un imn de 21 T como imn de 900 MHz, aunque distintos ncleos resuenan a una frecuencia diferente en este campo. En el campo magntico terrestre, los mismos ncleos resuenan en frecuencias de audio. Este efecto se utiliza en los espectrmetros RMN y otros instrumentos. Debido a que estos instrumentos son fciles de transportar y baratos, a menudo se utilizan para la enseanza y el trabajo de campo. Desplazamiento qumico

Dependiendo del entorno qumico local, los diferentes protones en una molcula resuenan a frecuencias ligeramente diferentes. Dado que tanto este desplazamiento como la frecuencia de resonancia fundamental son directamente proporcionales a la fuerza del campo magntico, el desplazamiento de frecuencia se convierte en un campo independiente de valor adimensional conocido como desplazamiento qumico. El desplazamiento qumico se reporta como una medida relativa de algunas frecuencias de resonancia de referencia. (Para los ncleos 1 H, 13 C, y 29 Si, se usa como referencia el tetrametilsilano o TMS.) Esta diferencia entre la frecuencia de la seal y la frecuencia de la referencia se divide por la frecuencia de la seal de referencia para obtener el desplazamiento qumico. Los desplazamientos de frecuencia son muy pequeos en comparacin con la frecuencia RMN fundamental. Un desplazamiento de frecuencia tpico podra ser de 100 Hz, en comparacin con una frecuencia RMN fundamental de 100 MHz, por lo que el desplazamiento qumico se expresa generalmente en partes por milln (ppm). Mediante la comprensin de los diferentes entornos qumicos, el desplazamiento qumico puede ser utilizado para obtener informacin estructural sobre la molcula en una muestra. La conversin de los datos en bruto a esta informacin se llama asignacin del espectro. Por ejemplo, para el espectro 1H-RMN del etanol (CH3CH2OH), cabra esperar tres seales especficas en tres desplazamientos qumicos especficos: uno para los grupos CH3, uno para el grupo CH2 y otro para el grupo OH. Un grupo CH3 tpico tiene un desplazamiento de alrededor de 1 ppm, un CH2 adjunto a un OH tiene un desplazamiento de alrededor de 4 ppm y un OH tiene un desplazamiento en torno a 2-3 ppm, dependiendo del disolvente utilizado. A causa del movimiento molecular a temperatura ambiente, los tres protones metilo alcanzan un promedio durante el curso del experimento RMN (que normalmente requiere unos pocos

milisegundos). Estos protones se degeneran y forman un pico al mismo desplazamiento qumico. La forma y el tamao de los picos son indicadores de la estructura qumica. En el ejemplo anterior -el espectro de protones de etanol-, el pico de CH3 sera tres veces ms grande que el OH. Del mismo modo, el pico de CH2 sera el doble en tamao al pico de OH, pero slo 2/3 del tamao del pico de CH3. El software de anlisis moderno permite analizar el tamao de los picos para comprender cmo muchos protones dan lugar al pico. Esto se conoce como integracin, un proceso matemtico que calcula el rea bajo un grfico (lo que, en esencia, es un espectro). El analista debe integrar el pico y no medir su altura, porque los picos tambin tienen anchura y, por ende, su tamao depende de su rea y no de su altura. Sin embargo, cabe mencionar que el nmero de protones, o cualquier otro ncleo observado, es slo proporcional a la intensidad, o integral, de la seal RMN, en los experimentos RMN unidimensionales ms simples. En experimentos ms elaborados, como los que suelen utilizarse para obtener el espectro RMN del carbono-13, la integral de las seales depende de la tasa de relajacin del ncleo, y de sus constantes de acoplamiento escalar y dipolar. Muy a menudo, estos factores son poco conocidos, por lo que la integral de la seal RMN es muy difcil de interpretar en los experimentos ms complicados. Acoplamiento-J Parte de la informacin ms til para determinar la estructura en un espectro RMN unidimensional proviene del acomplamiento-J o acoplamiento escalar (un caso especial de acoplamiento espn-espn) entre los ncleos activos de RMN. Este acoplamiento surge de la interaccin de los diferentes estados espn a traves de los enlaces qumicos de una molcula, y resulta en la divisin de seales RMN. Estos patrones de divisin pueden ser complejos o simples y, del mismo modo, pueden ser interpretables o engaosos. Este acoplamiento proporciona informacin detallada sobre la conectividad de los tomos en una molcula. El acoplamiento a ncleos equivalentes n (espn ) divide la seal en un multiplete n + 1 con ratios de intensidad que siguen el tringulo de Pascal. El acoplamiento a espines adicionales conducir a nuevas divisiones de cada uno de los componentes del multiplete; por ejemplo, el acoplamiento a dos ncleos diferentes de espn , con constantes de acoplamiento muy distintas, conducir a un doblete de dobletes (abreviatura: dd). Hay que tener en cuenta que el acoplamiento entre ncleos que son qumicamente equivalentes (es decir, que tienen el mismo desplazamiento qumico) no tiene efecto de los espectros RMN, y los acoplamientos entre ncleos que son distantes (por lo general ms de 3 enlaces en molculas flexibles) suelen ser demasiado pequeos para observar divisiones. Los acoplamientos de largo alcance, de ms de tres enlaces, se observan a menudo en compuestos aromticos y cclicos, conduciendo a patrones de divisin ms complejos. Por ejemplo, en el espectro de protones para el etanol que se ha descrito anteriormente, el grupo CH3 se divide en un triplete con una relacin de intensidad de 1:2:1 mediante los dos protones CH2 vecinos. Del mismo modo, el CH2 se divide en un cuarteto con una relacin de intensidad de 1:3:3:1 mediante los tres protones CH3 vecinos. En principio, los dos protones

CH2 tambin se dividen de nuevo en un doblete para formar un doblete de cuartetos mediante el protn hidroxilo, pero el intercambio intermolecular del protn hidroxilo acdico a menudo resulta en una prdida de informacin del acoplamiento. El acoplamiento a cualquier ncleo de espn , tal como el fsforo-31 o el flor-19, funciona de esta manera (aunque las magnitudes de las constantes de acoplamiento pueden ser muy diferentes). Pero los patrones de divisin difieren de los descritos anteriormente para los ncleos con espn superior a debido a que el nmero cuntico de espn tiene ms de dos valores posibles. Por ejemplo, para el acoplamiento al deuterio (un ncleo de espn 1) divide la seal en un triplete 1:1:1, porque el espn 1 tiene tres estados de espn. Del mismo modo, un ncleo de espn 3/2 divide una seal 1:1:1:1 en un cuarteto y as sucesivamente. El acoplamiento combinado con el desplazamiento qumico (y la integracin de protones) nos dice no slo el entorno qumico de los ncleos, sino tambin el nmero de ncleos activos RMN vecinos en la molcula. En los espectros ms complejos, con mltiples picos en desplazamientos qumicos similares, o en el espectro de ncleos distintos del hidrgeno, el acoplamiento es a menudo la nica manera de distinguir ncleos diferentes. Acoplamiento de segundo orden (o fuerte) La descripcin anterior asume que la constante de acoplamiento es pequea en comparacin con la diferencia en frecuencias RMN entre los espines inequivalentes. Si la separacin del desplazamiento disminuye (o la fuerza del acoplamiento aumenta), los patrones de intensidad del multiplete se distorsionan, y luego se vuelven ms complejos y difciles de analizar (especialmente si ms de dos espines estn involucrados). La intensificacin de algunos picos en un multiplete se logra a expensas del resto, que a veces casi desaparece en el ruido de fondo, aunque el rea integrada bajo los picos se mantenga constante. En la mayora de RMN de alto campo, sin embargo, las distorsiones suelen ser modestas y las distorsiones caractersticas (techo) pueden ayudar a identificar los picos. Los efectos de segundo orden disminuyen cuando la diferencia de frecuencia entre multipletes aumenta, por lo que el espectro RMN de alto campo (es decir, de alta frecuencia) muestra menos distorsin que los espectros de frecuencia menor. Los primeros espectros a 60 MHz eran ms propensos a la distorsin que los espectros de mquinas posteriores que operan en frecuencias de 200 MHz o superiores. Inequivalencia magntica Pueden ocurrir efectos ms sutiles si los espines qumicamente equivalentes (es decir, ncleos relacionados por simetra y con la misma frecuencia RMN) tienen diferentes relaciones de acoplamiento respecto a los espines externos. Los espines que son qumicamente equivalentes pero no son indistinguibles (sobre la base de sus relaciones de acoplamiento) se denominan espines con inequivalencia magntica. Por ejemplo, los sitios 4 H del 1,2-diclorobenceno se dividen en dos pares qumicamente equivalentes por simetra, pero un individuo miembro de uno de los pares tiene diferentes acoplamientos a los espines que componen el otro par. La inequivalencia magntica puede dar lugar a espectros muy complejos que slo pueden ser analizados mediante modelado computacional. Estos efectos son ms comunes en los

espectros RMN de sistemas aromticos y otros no flexibles, mientras que el promedio conformacional de los enlaces CC en molculas flexibles tiende a igualar los acoplamientos entre protones en carbonos adyacentes, reduciendo los problemas con la inequivalencia magntica. ESPECTROMETRA DE CORRELACIN La espectrometra de correlacin es uno de los diversos tipos de espectrometra de resonancia magntica nuclear (RMN) bidimensional. Este tipo de experimento RMN es mejor conocido por su acrnimo, COSY. Otros tipos de espectrometra RMN bidimensional son la espectrometra-J, la de intercambio (EXSY), la de efecto Overhauser nuclear (NOESY), la de correlacin total (TOCSY), y experimentos de correlacin heteronuclear como el HSQC, HMQC y HMBC. Los espectros bidimensionales RMN proporcionan ms informacin acerca de una molcula que los espectros RMN unidimensionales, y son especialmente tiles para determinar la estructura de la molcula, en particular para molculas que son demasiado complicadas para la RMN unidimensional. El primer experimento bidimensional, COSY, fue propuesto por Jean Jeener, un profesor de la Universit Libre de Bruxelles, en 1971. Este experimento fue posteriormente implementado por Walter P. Aue, Enrico Bartholdi y Richard R. Ernst, que publicaron sus trabajos en 1976. RESONANCIA MAGNTICA NUCLEAR DE ESTADO SLIDO Una variedad de circunstancias fsicas impide que las molculas sean estudiadas en solucin, ni tampoco mediante otras tcnicas espectroscpicas a un nivel atmico. En los medios de fase slida, tales como cristales, polvos microcristalinos, geles, soluciones anisotrpicas, etc, se da en particular el acoplamiento dipolar y la anisotropa de desplazamiento qumico, que se convierten en dominantes para el comportamiento de los sistemas de espn nuclear. En la espectrometra RMN convencional en estado de solucin, estas interacciones adicionales daran lugar a una ampliacin considerable de las lneas espectrales. Diversas tcnicas permiten establecer condiciones de alta resolucin, que pueden, al menos para los espectros de 13 C, ser comparables a los espectros RMN en estado de solucin. Dos conceptos importantes para la alta resolucin en la espectrometra RMN de estado slido son la limitacin de la posible orientacin molecular mediante orientacin de la muestra, y la reduccin de las interacciones magnticas nucleares anisotrpicas mediante giro de la muestra. De este ltimo enfoque, destaca el mtodo del giro rpido en torno al ngulo mgico, cuando el sistema est compuesto por ncleos de espines 1/2. Una serie de tcnicas intermedias, con muestras de alineamiento parcial o movilidad reducida, se estn utilizando tambin en espectrometra RMN. Las aplicaciones de la RMN de estado slido suelen utilizarse en investigaciones sobre protenas de la membrana, fibrillas de protenas, todo tipo de polmeros, anlisis en qumica inorgnica, y tambin otras ms "exticas" como las hojas de plantas y las pilas de combustible.

ESPECTROMETRA RMN APLICADA A PROTENAS Gran parte de la reciente innovacin dentro de la espectrometra RMN se ha dado en el campo de estudio de las protenas, y se ha convertido en una tcnica muy importante en la biologa estructural. Un objetivo comn de estas investigaciones es obtener una alta resolucin de las estructuras tridimensionales de las protenas, similar a lo que puede lograrse por cristalografa de rayos X. En contraste con la cristalografa de rayos X, la RMN se limita sobre todo a las protenas relativamente pequeas, de menos de 35 kDa, aunque los avances tcnicos permiten la resolucin de estructuras ms grandes. La espectrometra RMN es a menudo la nica manera de obtener informacin de alta resolucin, en todo o en parte, de protenas no estructuradas. Las protenas son varios rdenes de magnitud ms grandes que las pequeas molculas orgnicas que se mencionaron anteriormente en este artculo, pero la misma teora se aplica a la RMN. Debido al mayor nmero de elementos presentes en la molcula, los espectros unidimensionales bsicos se ven solapados con la superposicin de seales, hasta el punto de que el anlisis resulta imposible. Por lo tanto, se realizan experimentos multidimensionales (2, 3 o 4D) para hacer frente a este problema. Para facilitar estos experimentos, es conveniente marcar isotpicamente la protena con 13C y 15N, debido a que los istopos 12C predominantes de forma natural no son activos a la RMN, mientras que el momento cuadrpolo nuclear del istopo 14N predominante de forma natural impide que se pueda obtener informacin de alta resolucin a partir de este istopo de nitrgeno. El mtodo ms importante utilizado para la determinacin de la estructura de las protenas utiliza experimentos NOE para medir las distancias entre pares de tomos dentro de la molcula. Posteriormente, las distancias obtenidas se utilizan para generar una estructura 3D de la molcula usando un programa de ordenador.

Tipos de RMN Espectroscopia de RMN con Onda Continua (CW: Continuous Wave)Desde sus comienzos hasta finales de los 60, la espectroscopia de RMN utiliz una tcnica conocida como espectroscopia de onda continua (CW). La manera de registrar un espectro de RMN en el modo de CW era, bien mantener constante el campo magntico e ir haciendo un barrido de frecuencias con un campo oscilante, o bien, lo que era usado ms a menudo, se mantena constante la frecuencia del campo oscilante, y se iba variando la intensidad del campo magntico para encontrar las transiciones (picos del espectro). En la RMN de CW las seales del espectro se registran como seales en resonancia. La espectroscopia CW est limitada por su baja sensibilidad, ya que cada seal se registra una sola vez por cada barrido y la tcnica de resonancia magntica nuclear ya es de por s no demasiado sensible; esto quiere decir que la tcnica sufre de una baja relacin seal-ruido. Afortunadamente, en RMN es posible mejorar la relacin seal-ruido mediante el promediado de seal. El promediado de seal consiste en repetir la adquisicin del experimento e ir sumando los espectros que se obtienen. De esta manera, las zonas del espectro en que existen seales se suman de manera constructiva, mientras que, por su parte, las zonas en que hay ruido, por su carcter aleatorio, se acumula ms lentamente que la seal. Mediante el

promediado de seal se incrementa la relacin seal-ruido en un valor que es la raz cuadrada del nmero de espectros que se han acumulado. Esta relacin se cumple con espectros de RMN en los que intervienen un slo tipo de ncleos, por ejemplo, slo 1H, 13C, etc., tambin llamados espectros homonucleares.

Espectroscopia de RMN de pulsos y Transformada de FourierLa tcnica de RMN con transformada de Fourier (FT-NMR) es la que se utiliza en los espectrmetros actuales. Uno de los pioneros en este campo es Richard R. Ernst, que la desarroll a partir del ao 1966 y por la que fue galardonado con el Premio Nobel de

Qumica en 1991.FT-NMR permite disminuir drsticamente el tiempo que requiere adquirir una acumulacin (scan) del espectro completo de RMN. En vez de realizar un barrido lento de la frecuencia, una en cada instante, esta tcnica explora simultnea e instantneamente todo un rango de frecuencias. Dos desarrollos tcnicos fueron fundamentales para poder hacer realidad la tcnica FT-NMR: ordenadores capaces de llevar a cabo las operaciones matemticas necesarias para pasar desde el dominio de tiempo al de la frecuencia, es decir, para obtener el espectro; y el conocimiento sobre cmo poder excitar simultneamente todo un rango de frecuencias. La FT-NMR funciona con la muestra (espines nucleares) sometida a un campo magntico externo constante. Se irradia la muestra con un pulso electromagntico de muy corta duracin en la regin de las radiofrecuencias. La forma que suele usarse para este pulso es rectangular, es decir, la intensidad de la radiofrecuencia oscila entre un mximo y un mnimo que es constante mientras dura el pulso. Un pulso de corta duracin tiene una cierta incertidumbre en la frecuencia (principio de indeterminacin de Heisenberg). La descomposicin de fourier de una onda rectangular contiene contribuciones de una de todas las frecuencias. El pulso que se genera es por tanto policromtico y cuanto ms corto sea, es capaz de excitar un mayor rango de frecuencias. La aplicacin de un pulso policromtico en una regin estrecha de la banda de radiofrecuencias (MHz) afecta a aquellos espines nucleares que resuenen en esa regin. Un pulso policromtico con una anchura en frecuencia de unos pocos kHz puede llegar a excitar simltaneamente slo a los espines nucleares de un mismo tipo de ncleo atmico dentro de una molcula, por ejemplo, todos los ncleos de hidrgeno (1H). Antes del pulso el vector de polarizacin neta de cada uno de los espines nucleares se encuentra en situacin de equilibrio alineado en la direccin del campo magntico. Durante el tiempo que se aplica el pulso, el pulso introduce un segundo campo magntico en una direccin perpendicular al campo principal del imn y el vector polarizacin realiza un determinado movimiento de precesin. Tras cesar el pulso, el vector polarizacin de todos los espines afectados puede formar un cierto ngulo con el eje del campo magntico principal. En este momento, los espines, comportndose como pequeos imanes polarizados, comienzan a precesionar con su frecuencia caracterstica en torno al campo magntico externo, induciendo una pequea corriente oscilante de RF en una bobina receptora situada en las inmediaciones de la muestra. A medida que los ncleos van regresando poco a poco a la situacin inicial de equilibrio alineados con en el campo magntico principal, la seal detectada va disminuyendo de

intensidad hasta hacerse cero. Esta cada de la seal se conoce como cada libre de la induccin (Free Induction Decay) (FID) y da lugar al espectro de RMN.

La seal que se detecta FID (Free Induction Decay) es una seal oscilante que contiene todas las seales del espectro y decae hasta hacerse cero. La FID es una onda que contiene todas las seales del espectro en una forma que es dependiente del tiempo. Esta onda puede convertirse en un espectro de seales en funcin de su frecuencia. Para ello se utiliza una funcin matemtica conocida como Transformada de

Fourier. El resultado es lo que se conoce como un espectro de RMN (espectro de frecuencias). RMN MultidimensionalLa posibilidad de excitar la muestra con uno o ms pulsos de radiofrecuencia (RF), cada uno de ellos aplicado con una potencia, duracin, frecuencia, forma y fase particulares, e introducirlos en momentos especficos de tiempo durante el experimento de RMN, generalmente antes de que el sistema haya regresado al equilibrio por relajacin, permite disear toda una gama de secuencias de pulsos de las que se puede extraer informacin molecular muy variada. Una secuencia de pulsos es una distribucin en el tiempo de alguno o varios de los siguientes elementos: i) un cierto nmero de pulsos de RF que afectn a uno o ms tipos de ncleos, ii) tiempos de espera en los que no se hace nada sino esperar a que el sistema evolucione de una determinada forma. Estos tiempos de espera pueden ser fijos o bien incrementables si su duracin se va aumentando a medida que se repite el experimento. iii) gradientes de campo magntico y iv) una etapa final en la que se adquiere la FID. En un experimento de RMN multidimensional la secuencia de pulsos debe constar de al menos dos pulsos y stos deben separados por un periodo de espera incrementable. La secuencia de pulsos se repite un nmero de veces adquirindose una FID en cada ocasin. La fase de alguno de los pulsos puede alterarse en cada repeticin as como incrementarse la duracin de uno o ms tiempos de espera variables. Si la secuencia de pulsos tiene un tiempo de espera incrementable el experimento tendr dos dimensiones, si tiene dos ser de tres dimensiones, si tiene tres el experimento ser de cuatro dimensiones. Aunque en teora no existe lmite en el nmero de dimensiones de un experimento, experimentalmente hay limitaciones impuestas por la consiguiente prdida de seal por relajacin que conlleva la deteccin de las distintas dimensiones. Los tiempos de registro de los experimentos de RMN multidimensional se pueden acortar drsticamente con las tcnicas rpidas de RMN desarrolladas en la presente dcada.

Los experimentos multidimensionales se pueden clasificar en dos tipos principales: Experimentos de correlacin homonuclear: Son aquellos en los que todas las dimensiones corresponden al mismo ncleo. Ejemplos: COSY (COrrelation SpectroscopY), TOCSY (TOtal Correlation SpectroscopY), NOESY (Nuclear Overhauser Effect SpectroscopY). Experimentos de correlacin heteronuclear: En este experimentos se obtienen espectros cuyas dimensiones pertenecen a diferentes ncleos. Ejemplos: HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Correlation), HSQC (Heteronuclear Simple Quantum Correlation), HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation), HOESY (Heteronuclear Overhauser Effect SpectroscopY). Grosso modo, las interacciones que pueden detectarse por RMN se pueden clasisficar en dos tipos: Las interacciones a travs de enlaces se basan en el acoplamiento escalar Las interacciones a travs del espacio se basan en el acoplamiento dipolar. En el caso de muestras en disolucin, el acoplamiento dipolar se manifiesta como efecto Overhauser

nuclear que permite determinar la distancia entre los tomos. Richard Ernst en 1991 y Kurt Wthrich en el 2002 fueron galardonados con el premio Nobel de Qumica por su contribuciones al desarrollo de la RMN de 2-dimensiones ymultidimensional con transformada de Fourier. Los avances conseguidos por ellos y por otros grupos de investigadores han expandido la RMN a la bioqumica, y en particular a la determinacin de la estructura en disolucin de biopolmeros como protenas o incluso cidos nucleicos de tamao pequeo. ESPECTROMETRO La funciones bsicas del espectrmetro se podran resumir en tres puntos. En primer lugar, la generacin de las radiofrecuencias (rf) adecuadas en amplitud, frecuencia y fase. En segundo lugar, la direccin de estas rf a la muestra en el momento adecuado con un programador de pulsos, y finalmente la deteccin de la respuesta del sistema de una forma eficaz. Para ello, bsicamente es necesaria la presencia de un imn, una bobina y un sistema de transmisin-recepcin de adiofrecuencias todo ello bajo el control de un ordenador. Estas partes se encuentran representadas en negrita en el diagrama y estn conectadas por lneas gruesas. Lo dems, son accesorios del espectrmetro.

Figura 2. Diagrama de bloques de un espectrmetro de RMN de pulsos de alta resolucin. Las partes esenciales del espectrmetro estn en lneas gruesas. Las flechas indican el camino de la radiofrecuencia desde el ordenador del espectrmetro a la sonda y el regreso de la seal de RMN al ordenador donde se almacena. Desde el preamplificador, tanto la rf del canal de observacin como la seal de RMN detectada van por el mismo cable. Las partes en lnea fina representan funciones auxiliares del espectrmetro. A partir de la deteccin en cuadratura se generan dos seales moduladas en seno y coseno respectivamente y darn lugar a la parte real e imaginaria de la seal. Un espectrmetro moderno est controlado por un ordenador central (de adquisicin) que tiene una capacidad de respuesta muy corta y que a su vez est recibiendo las ordenes que el usuario o espectroscopista manda a travs de una estacin de trabajo que puede operar en modo multiusuario. La comunicacin electrnica entre esta estacin de trabajo y el ordenador de adquisicin tiene que ser de alta velocidad. El ordenador de adquisicin est dedicado exclusivamente a esta tarea y ejecuta independientemente y sin interrupcin alguna, los programas de adquisicin definidos por el operador a travs de una serie de parmetros como son: nmero de pulsos, potencias, tiempos de espera, intensidad de gradientes de campo, nmero de acumulaciones, etc. Para ello, da las ordenes pertinentes a los distintos componentes electrnicos para realizar operaciones como: cambiar la frecuencia de un pulso, cambiar la potencia del mismo, mandar al receptor iniciar la recepcin de la seal, etc. APLICACIONES

La aplicacin fundamental de la espectroscopia de RMN es la determinacin estructural, ya sea de molculas orgnicas, organometlicas o biolgicas. Para ello es necesario la realizacin de diferentes tipos de experimentos de los cuales se obtiene una determinada informacin. Para la elucidacin estructural de molculas orgnicas y organometlicas los experimentos ms utilizados son los siguientes:

Ejemplo de un espectro 1H de RMN. Espectro monodimensional de 1H: Da informacin del nmero y tipo de hidrgenos diferentes que hay en la molcula. La posicin en el espectro (desplazamiento qumico) determina el entorno qumico del ncleo, y por tanto da informacin de grupos funcionales a los que pertenecen o que estn cerca. La forma de la seal da informacin de los protones cercanos acoplados escalarmente.

Ejemplo de un espectro APT, un tipo de experimento de 13C. Espectro monodimensional de 13C: Al igual que en 1H el desplazamiento qumico da informacin de los grupos funcionales. Dependiendo del tipo de experimento realizado se puede obtener informacin del nmero de hidrgenos unidos a cada carbono.

Ejemplo de un espectro COSY. Espectros bidimensionales homonucleares: Los experimentos COSY y TOCSY dan informacin de las relaciones entre los protones de la molcula, por acomplamiento escalar o dipolar (NOESY) Espectros bidimensionales heteronucleares: Los experimentos HMQC y HSQC indican qu hidrgenos estn unidos a qu carbonos. El experimento HMBC permite determinar relaciones entre protones y carbonos a mayor distancia (2 o 3 enlaces) Experimentos con otros ncleos: Si la molcula posee otros ncleos activos en RMN es posible su medida a travs de experimentos monodimensionales o bidimensionales (por deteccin indirecta)

CORITO GINA KAREN MARIANELLA