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RMN en dos dimensiones

Dr. Federico del Río Portilla

Instituto de Qímica

U.N.A.M.

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RMN en dos dimensiones

Jeener propone en 1971 la RMN de 2D.

1977, Ernst y Jeener realizan el primer experimento de RMN en 2D.

Grupos de Ernst y Freeman impulsan la RMN en 2D.

Para 1985 existen más de 500 experimentos de RMN en 2D.

RMN en 3D, 1991.

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Experimentos de más de una

dimensión

1D : S(t) S(F)

2D : S(t1, t2) P(t1, F2)S(F1,F2)

3D : S(t1, t2, t3) P(t1, t2, F3)

Q(t1, F2, F3) R(F1, F2, F3)

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Experimento en dos dimensiones.

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Fundamentos

Periodo de preparacón

Los espínes nucleares se encuentran en un estado pseudo-estacionario.

Evolución.

Se introduce un tiempo en la secuencia de pulsos que variará en intervalos finitos.

Mezclado.

Modulación de los espines nucleares de acuerdo al párametro a observar.

Adquisición.

Periodo normal de adquisición.

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Ejemplo de un experimento en

2D.Considerese un sistema de dos núcleos AX, como el CHCl3.

Evolución de la señal como función del segundo tiempo.

Ecuación que gobierna la altura:

cos( Jt1)

90 x

t1 t2

13C

1H

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Factor fundamental en la RMN

en 2D.

Inclusión de un tiempo

variable

en la secuencia de pulsos.

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Representación de Experimentos

en 2D.

Diagrama de

contornos.

Diagrama en

3 dimensiones.

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Representación de Experimentos

en 2D.

Representación en 3D.

No es práctica.

Consume memoria.

Tarda mucho en graficarse.

Existen los diagramas de contorno.

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Interpretación de Espectros en

2D

Diagrama de contornos

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Adquisición

Se requiere de la adquisición de varios FID’s.

El tiempo variable pude estar definido por el “software” o por el usuario.

Es necesario definir la resolución digital en la dimensión indirecta.

El tiempo del experimento varía de unos minutos hasta fines de semana, dependiendo del tipo de experimento y de la cantidad de muestra.

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Como procesamos

Definir el número de puntos en ambas dimensiones (zero filling).

Apodizar ésta dimensión de acuerdo al resultado del espectro.

Transformar la dimensión de adquisición.

Ajustar la fase en la primera dimensión.

Apodizar la siguiente dimensión.

Transformar la dimensión indirecta.

Ajustar la fase con el espectro completamente procesado.

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Limitaciones del procesamiento

Experimento en una dimensión:

Aproximadamente 8192 puntos, equivalen a 32,768 bytes o 32 Kbytes

Experimento en dos dimensiones:

1024 X 1024 X 4 = 4,1941,304 bytes

o 4.2 Mbytes.

Si se incrementa la resolución al doble, la memoria necesario se incrementa cuatro veces: 16.8 Mbytes y el tiempo del procesamiento aumenta también en un factor de 4.

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Experimentos en modo absoluto

Emplea la relación: (Real**2 + Imaginario**2)1/2

No se requiere ajustar la fase en ninguna

dimension.

Apodizarlos en ambas dimensiones.

Ejemplos: Cosy y Hetcor.

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Experimentos en modo fase

sensible

Requiere ajustar la fase en ambas dimensiones.

Procesamiento complejo.

Necesario adquirir parte real e imaginaria en la

dimensión indirecta.

Apodizarlos en ambas dimensiones.

Ejemplos: Noesy, Tocsy y HSQC.

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Clasificación de los

Experimentos en 2DHomonucleares.

COSY COrrelated SpectroscopY.

NOESY NOE SpectroscopY.

TOCSY Total Correlated SpectroscopY.

DQF-COSY Double Quantum Filetered COSY.

Heteronucleares.

Detección Directa.

HETCOR HETeronuclear CORrelated spectroscopy.

FLOCK.

Detección Indirecta.

HSQC Heteronuclear Simple Quantum Coherence.

HMQC Heteronuclear Multiple Quantum Coherence.

HMBC Heteronuclear Multiple Bond Coherence.

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COSY

Correlación de

núlceos de la

misma

especie

protón-protón o

flúor-flúor.

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Forma de las señales en los experimentos COSY

fase sensible. a) y c) líneas de absorción; b) y d)

líneas de dispersión.

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TOCSY

Correlación de núlceos

de un mismo sistema

de espín.

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NOESY

Correlación

de núlceos a

través del

espacio.

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Detección heteronuclear

Directa, observa directamente al

núcleo menos sensible.

Indirecta, observa al protón.

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Detección heteronuclear

Directa

El núcleo menos sensible, por lo general

tiene la ventana espectral mayor. La

determinación directa permite una mayor

resolución en esta dimensión en menor

tiempo.

Los “probes” eran construidos para observar

carbono o al núcleo menos sensible.

Ventajas:

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HETCOR

Correlación de

núlceos

heteronucleares

por su

desplazamiento

químico.

DETECCIÓN

DIRECTA.

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FLOCK

Correlación de

núlceos

heteronucleares

a dos y a tres

enlaces de

distancia.

DETECCIÓN

DIRECTA.

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Detección heteronuclear

Indirecta

Se observa protón que es el núcleo más sensible.

La sensibilidad se incrementa al doble.

Pese a:

Menor digitalización en el núcleo X.

Eliminación de la señal de H-12C.

Cambio de “probes”.

Electrónica más fina.

Mejor experimento.

Ventajas:

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HMQC

Correlación de

núlceos

heteronucleares

por su

desplazamiento

químico a un

enlace de

distancia.

DETECCIÓN

INDIRECTA.

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HSQC

Correlación

heteronuclear a

un enlace de

distancia.

DETECCIÓN

INDIRECTA.

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HMBC

Correlación

heteronuclear

a dos y tres

enlaces de

distancia.

DETECCIÓN

INDIRECTA.