Fundamentos e princ í pios b á sicos de an á lise estrutural por RMN

(1)

Acção de Formação em Espectroscopia e

Acção de Formação em Espectroscopia e EspectrometriaEspectrometria

Espectroscopia de Ressonância Magn

é

tica Nuclear

–

RMN

Fundamentos e princ

í

pios b

á

sicos de an

á

lise estrutural por RMN

11

_{H e}

1313

_C

Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto

(2)

Sum

á

rio

•

• Espectroscopia de ressonância magnEspectroscopia de ressonância magnéética nuclear (RMN). Princtica nuclear (RMN). Princíípios bpios báásicos.sicos.

-- RMN de RMN de 11_H_H

-- o spino spin nuclear e o efeito nele provocado pelas ondas de ránuclear e o efeito nele provocado pelas ondas de rádiodio

-- núnúcleos de cleos de alguns átomos que possuem características magnéticasalguns átomos que possuem características magnéticas

-- o uso do espectro RMN para analisar a estrutura molecularo uso do espectro RMN para analisar a estrutura molecular

-- o desvio químicoo desvio químico

-- grupos funcionais e desvio químicogrupos funcionais e desvio químico

-- integraçintegração ão versusversus nºnº de hidrogde hidrogénios que dão origem a um pico de RMNénios que dão origem a um pico de RMN

-- multiplicidade dos sinais de RMN. desdobramento spinmultiplicidade dos sinais de RMN. desdobramento spin--spinspin

-- o efeito dos hidrogénios vizinhos nãoo efeito dos hidrogénios vizinhos não--equivalentesequivalentes

-- curva de Karpluscurva de Karplus. constante de acoplamento . constante de acoplamento vsvsângulo diedroângulo diedro

-- regra n+1regra n+1

-- desdobramento spindesdobramento spin--spinspin de grupos alquilo comunsde grupos alquilo comuns

-- RMN de RMN de 1313_C_C

-- utilização se um isótopo de baixa abundância naturalutilização se um isótopo de baixa abundância natural

-- ausência de acoplamento carbonoausência de acoplamento carbono-carbono-carbono

-- “total proton“total proton decoupling”. desacoplamentodecoupling”. desacoplamento de hidrogéniode hidrogénio

-- técnicas especiais de RMN (DEPT técnicas especiais de RMN (DEPT 1313_{C e RMN-}_{C e RMN}_-2D)_2D)

--FID / Transformadas de FID / Transformadas de FourierFourier(FT)(FT)

--DEPT DEPT 1313_{C RMN (}_{C RMN (}_{Distortionless}_{Distortionless}_Enhanced_Enhanced_Polarization_Polarization_Transfer_Transfer₎₎

--RMNRMN--2D (bidimensional)2D (bidimensional)

--RMN de Correlação: COSY e HETECORRMN de Correlação: COSY e HETECOR

(3)

•

• “

“

a espectroscopia de RMN utiliza como fonte de excita

ç

ão uma radia

ç

ão

electromagn

é

tica da região da radiofrequências (on

das r

á

dio)

λ =100 mm

λ

=100 mm

–

1m

”

Porções do espectro da radiação electromagnética

∆

∆E = E = hhυυ υυ= c/= c/λ λ υ υ = 1/= 1/λλ ∆

∆E = 10E = 10--66_Kcal/_Kcal/_mol_mol

•

• “

“

as ondas de r

á

dio produzem altera

ç

ões no alinhamento do

spin

magn

é

tico

nuclear

(4)

•

• Núcleos de alguns átomos que possuem características magnéticas

Núcleos de alguns átomos que possuem características magnéticas

--

núcleos com número ímpar de protões (exemplos:

11

_H,

1414

_N,

1919

_{F e}

3131

_P)

(5)

•

• Os núcleos de

Os núcleos de

11

_H

_{e de}

1313

_C

_{e a sua ressonância magnética,}

_{constituem uma}

das mais importantes ferramentas em Química Orgânica.

•

• Os núcleos de

Os núcleos de

1414

_N

_e

3131

_P

_{são úteis como sondas para o estudo biológico e}

bioquímico de

(6)

•

• “Os núcleos magneticamente activos possuem “Os núcleos magneticamente activos possuem spinspine comportame comportam--se como pequenas barras magnéticas se como pequenas barras magnéticas orientando, na ausência de um campo magnético, os seus pólos N/S

orientando, na ausência de um campo magnético, os seus pólos N/S aleatoriamente no espaço”aleatoriamente no espaço”(A)(A)..

•

• “quando sujeitos a um campo magnético H“quando sujeitos a um campo magnético H₀₀do espectrómetro de RMN, os núcleos alinham os seus do espectrómetro de RMN, os núcleos alinham os seus polospolos magnéticos no mesmo sentido (

magnéticos no mesmo sentido (αα) e no sentido contrário () e no sentido contrário (ββ) aos do campo H) aos do campo H₀₀ em igual probabilidade”em igual probabilidade”(B)(B)..

energia de

(7)

•

• ““a irradiaa irradiaçção, contão, contíínua ou pulsada, dos nnua ou pulsada, dos núúcleos com uma radiofrequência de energia varicleos com uma radiofrequência de energia variáável, vel, ∆∆E =E =hhυυ, , leva

leva ààabsorabsorçção dessa energia pelos não dessa energia pelos núúcleos cleos αα, invertendo o seu , invertendo o seu spinspinmagnmagnéético para o estado tico para o estado ββ””..

•

• ““este feneste fenóómeno designameno designa--se por ressonância e se por ressonância e ééa energia absorvida pelos na energia absorvida pelos núúcleos, ou emitida apcleos, ou emitida apóós a s a sua relaxa

(8)

O uso do espectro de RMN para analisar a estrutura molecular

"A posição de um sinal de RMN depende do ambiente electrónico do

"A posição de um sinal de RMN depende do ambiente electrónico do núcleo"núcleo"

Increasing

Increasingfieldfieldstrengthstrength((radiofrequencyradiofrequencyconstantconstant)) Decreasing

Decreasingradiofrequencyradiofrequency((HH₀₀constantconstant))

-- um protão livre não é perturbado por electrõesum protão livre não é perturbado por electrões

-- um protão ligado é perturbado pelos electrões que o rodeiamum protão ligado é perturbado pelos electrões que o rodeiam

"

"Uma vez que cada hidrogénio quimicamente diferente tem um ambiUma vez que cada hidrogénio quimicamente diferente tem um ambiente ente electrónico único, ele tem uma ressonância característica"

(9)

(10)

(11)

(12)

"Hidrogénios quimicamente equivalentes originam picos na mesma p

osição"

O desvio químico descreve a posição do pico de RMN

-- a posição das absorções de RMN de um composto medema posição das absorções de RMN de um composto medem--se relativamente a um padrão interno (CHse relativamente a um padrão interno (CH₃₃))₄₄SiSi

O desvio químico

δ

(13)

“

(14)

“

Um hidrogénio próximo de um grupo ou átomo “

retirador

” de electrões (halogénio ou

oxigénio) é desviado para menor campo devido à desprotecção prov

ocada pela

electronegatividade do átomo”.

(15)

•

• Se o

Se o

desvio químico

dá informações sobre o ambiente electrónico de um

determinado tipo de protões,

•

• A

A

integração

revela o número de protões responsável por um pico

de RMN.

(16)

“

(17)

•

• Além do

Além do

desvio químico

e da

integração

,

•

• a forma dos sinais (

a forma dos sinais (

multiplicidade

)

•

(18)

Multiplicidade dos sinais de RMN

Desdobramento spin-spin. O efeito dos hidrogénios vizinhos não equivalentes

- 4 absorções (4 tipos de hidrogénios)

- multipletos: - um tripleto (6 H)

- um quarteto (4 H)

- dois dupletos (1 H)

(19)

“

Um hidrogénio situado num carbono adjacente ao carbono que possu

i o hidrogénio

em análise, desdobra o sinal deste último num

dupleto

”

H

H_a_aexibe um exibe um dupletodupleto (1:1)(1:1) H

(20)

H

H_a_aintegração integração = 1= 1 H

H_b_bintegração integração = 1= 1

Constante de acoplamento

(21)

Curva de Karplus

(22)

H_d exibe um tripleto (1:2:1) H_d integração = 6

(23)

H

H_c_cexibe um quarteto exibe um quarteto (1:3:3:1)(1:3:3:1) H

H_c_cintegraçãointegração = 4= 4

Constante de acoplamento

Constante de acoplamento ((JJ_cd_cd=8Hz)=8Hz)

NOTAS:

-- os núcleos de hidrogénio separados por mais do que dois átomos dos núcleos de hidrogénio separados por mais do que dois átomos de carbono não exibem geralmente e carbono não exibem geralmente desdobramento

desdobramento spinspin--spinspin

(24)

Exemplo:

(25)

Regra n + 1

(26)

Desdobramento

(27)

(28)

Espectroscopia de Ressonância Magn

é

tica Nuclear de Carbono 13

13

(29)

Ressonância Magnética Nuclear de Carbono 13 (

1313

_{C RMN)}

“Utiliza um isótopo de baixa abundância natural

1313

_{C (1.11%)”}

--espectro com sinais mais fracos que os de hidrogénio:espectro com sinais mais fracos que os de hidrogénio:

--baixa abundância do baixa abundância do 1313_C_C

--fraca ressonância do fraca ressonância do 1313_C_C

--desvio químico determinado relativamente a um padrão interno (CHdesvio químico determinado relativamente a um padrão interno (CH₃₃))₄₄SiSi

--região alargada de desvio químico (200 região alargada de desvio químico (200 ppmppm))

--ausência de acoplamento ausência de acoplamento carbonocarbono--carbonocarbono

(30)

“

Total

Proton

Decoupling

”

“

O desacoplamento de hidrogénio origina linhas isoladas”

"Cada carbono magneticamente diferente dá origem apenas a um só

"Cada carbono magneticamente diferente dá origem apenas a um só pico pico no espectro de

(31)

Exemplo

:

Metilciclo

-

hexano

“

(32)

(33)

Técnicas especiais de RMN (DEPT

1313

_{C e RMN}

_-

_2D)

FID

(34)

DEPT

(35)

RMN-2D (bidimensional)

RMN de Correlação: COSY e HETECOR

(36)

(37)

I RM

–

“

imagiologia

de ressonância magnética”

•

• a espectroscopia de IRM baseiaa espectroscopia de IRM baseia--se na análise dos protões das moléculas da água ligada aos tecidse na análise dos protões das moléculas da água ligada aos tecidosos

•