Aco de Formao em Espectroscopia e Aco de Formao em Espectroscopia e EspectrometriaEspectrometria

Espectroscopia de Ressonncia MagnEspectroscopia de Ressonncia Magntica Nuclear tica Nuclear RMNRMN

Fundamentos e princFundamentos e princpios bpios bsicos de ansicos de anlise estrutural por RMN lise estrutural por RMN 11H e H e 1313CC

Faculdade de Farmcia da Universidade do Porto Faculdade de Farmcia da Universidade do Porto -- Abril, 2003 Abril, 2003

Aco de Formao em Espectroscopia e Aco de Formao em Espectroscopia e EspectrometriaEspectrometria

SumSumriorio Espectroscopia de ressonncia magnEspectroscopia de ressonncia magntica nuclear (RMN). Princtica nuclear (RMN). Princpios bpios bsicos.sicos.

-- RMN de RMN de 11HH-- o o spinspin nuclear e o efeito nele provocado pelas ondas de rnuclear e o efeito nele provocado pelas ondas de rdiodio-- nncleos de cleos de alguns tomos que possuem caractersticas magnticasalguns tomos que possuem caractersticas magnticas-- o uso do espectro RMN para analisar a estrutura molecularo uso do espectro RMN para analisar a estrutura molecular-- o desvio qumicoo desvio qumico-- grupos funcionais e desvio qumicogrupos funcionais e desvio qumico-- integraintegrao o versusversus nn de hidrogde hidrognios que do origem a um pico de RMNnios que do origem a um pico de RMN-- multiplicidade dos sinais de RMN. desdobramento multiplicidade dos sinais de RMN. desdobramento spinspin--spinspin

-- o efeito dos hidrognios vizinhos o efeito dos hidrognios vizinhos nono--equivalentesequivalentes-- curva de curva de KarplusKarplus. constante de acoplamento . constante de acoplamento vsvs ngulo diedrongulo diedro-- regra n+1regra n+1-- desdobramento desdobramento spinspin--spinspin de grupos alquilo comunsde grupos alquilo comuns

-- RMN de RMN de 1313CC-- utilizao se um istopo de baixa abundncia naturalutilizao se um istopo de baixa abundncia natural-- ausncia de acoplamento ausncia de acoplamento carbonocarbono--carbonocarbono-- total total protonproton decouplingdecoupling. desacoplamento. desacoplamento de hidrogniode hidrognio-- tcnicas especiais de RMN (DEPT tcnicas especiais de RMN (DEPT 1313C e RMNC e RMN--2D)2D)

-- FID / Transformadas de FID / Transformadas de FourierFourier (FT)(FT)-- DEPT DEPT 1313C RMN (C RMN (DistortionlessDistortionless EnhancedEnhanced PolarizationPolarization TransferTransfer))-- RMNRMN--2D (bidimensional)2D (bidimensional)-- RMN de Correlao: COSY e HETECORRMN de Correlao: COSY e HETECOR

-- IRMIRM imagiologiaimagiologia de ressonncia magnticade ressonncia magntica

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a espectroscopia de RMN utiliza como fonte de excitaa espectroscopia de RMN utiliza como fonte de excitao uma radiao uma radiao o electromagnelectromagntica da regio da radiofrequncias (ontica da regio da radiofrequncias (ondas rdas rdio) dio) =100 mm =100 mm 1m1m

Pores do espectro da radiao electromagnticaPores do espectro da radiao electromagntica

E = E = hh = c/= c/ = 1/= 1/E = 10E = 10--66 Kcal/Kcal/molmol

as ondas de ras ondas de rdio produzem alteradio produzem alteraes no alinhamento do es no alinhamento do spinspin magnmagnticoticonuclearnuclear em nem ncleos sujeitos a um campo magncleos sujeitos a um campo magnticotico

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Ncleos de alguns tomos que possuem caractersticas magnticasNcleos de alguns tomos que possuem caractersticas magnticas

-- ncleos com nmero mpar de protes (exemplos: ncleos com nmero mpar de protes (exemplos: 11H, H, 1414N, N, 1919F e F e 3131P)P)

-- ncleos com nmero mpar de neutres (exemplos: ncleos com nmero mpar de neutres (exemplos: 1313C)C)

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Os ncleos de Os ncleos de 11HH e de e de 1313C C e a sua ressonncia magntica,e a sua ressonncia magntica, constituem uma constituem uma das mais importantes ferramentas em Qumica Orgnica.das mais importantes ferramentas em Qumica Orgnica.

Os ncleos de Os ncleos de 1414NN e e 3131PP so teis como sondas para o estudo biolgico e so teis como sondas para o estudo biolgico e bioqumico de bioqumico de aminocidosaminocidos, protenas e sistemas , protenas e sistemas enzimticosenzimticos..

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Os ncleos magneticamente activos possuem Os ncleos magneticamente activos possuem spinspin e comportame comportam--se como pequenas barras magnticas se como pequenas barras magnticas orientando, na ausncia de um campo magntico, os seus plos N/Sorientando, na ausncia de um campo magntico, os seus plos N/S aleatoriamente no espaoaleatoriamente no espao (A)(A)..

quando sujeitos a um campo magntico Hquando sujeitos a um campo magntico H00 do espectrmetro de RMN, os ncleos alinham os seus do espectrmetro de RMN, os ncleos alinham os seus polospolosmagnticos no mesmo sentido (magnticos no mesmo sentido () e no sentido contrrio () e no sentido contrrio () aos do campo H) aos do campo H00 em igual probabilidadeem igual probabilidade (B)(B)..

energia deenergia de

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a irradiaa irradiao, conto, contnua ou pulsada, dos nnua ou pulsada, dos ncleos com uma radiofrequncia de energia varicleos com uma radiofrequncia de energia varivel, vel, E =E = hh, , leva leva absorabsoro dessa energia pelos no dessa energia pelos ncleos cleos , invertendo o seu , invertendo o seu spinspin magnmagntico para o estado tico para o estado ..

este feneste fenmeno designameno designa--se por ressonncia e se por ressonncia e a energia absorvida pelos na energia absorvida pelos ncleos, ou emitida apcleos, ou emitida aps a s a sua relaxasua relaxao para o estado fundamental, que origina o sinal RMNo para o estado fundamental, que origina o sinal RMN..

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O uso do espectro de RMN para analisar a estrutura molecularO uso do espectro de RMN para analisar a estrutura molecular

"A posio de um sinal de RMN depende do ambiente electrnico do"A posio de um sinal de RMN depende do ambiente electrnico do ncleo"ncleo"

IncreasingIncreasing fieldfield strengthstrength ((radiofrequencyradiofrequency constantconstant))DecreasingDecreasing radiofrequencyradiofrequency ((HH00 constantconstant))

-- um proto livre no perturbado por electresum proto livre no perturbado por electres-- um proto ligado perturbado pelos electres que o rodeiamum proto ligado perturbado pelos electres que o rodeiam

""Uma vez que cada hidrognio quimicamente diferente tem um ambiUma vez que cada hidrognio quimicamente diferente tem um ambiente ente electrnico nico, ele tem uma ressonncia caracterstica"electrnico nico, ele tem uma ressonncia caracterstica"

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"Hidrognios quimicamente equivalentes originam picos na mesma p"Hidrognios quimicamente equivalentes originam picos na mesma posio"osio"

O desvio qumico descreve a posio do pico de RMNO desvio qumico descreve a posio do pico de RMN

-- a posio das absores de RMN de um composto medema posio das absores de RMN de um composto medem--se relativamente a um padro interno (CHse relativamente a um padro interno (CH33))44SiSi

O desvio qumicoO desvio qumico

= distncia do pico do (CH= distncia do pico do (CH33))44Si (Si (HertzHertz)/frequncia do espectrmetro ()/frequncia do espectrmetro (MHzMHz) ) ppmppm

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Os grupos funcionais tm desvios qumicos caractersticosOs grupos funcionais tm desvios qumicos caractersticos

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Um hidrognio prximo de um grupo ou tomo Um hidrognio prximo de um grupo ou tomo retiradorretirador de electres (halognio ou de electres (halognio ou oxignio) desviado para menor campo devido desproteco provoxignio) desviado para menor campo devido desproteco provocada pela ocada pela

electronegatividade do tomo.electronegatividade do tomo.

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Se o Se o desvio qumicodesvio qumico d informaes sobre o ambiente electrnico de um d informaes sobre o ambiente electrnico de um determinado tipo de protes,determinado tipo de protes,

A A integraointegrao revela o nmero de protes responsvel por um pico revela o nmero de protes responsvel por um pico de RMN.de RMN.

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A A integraointegrao revela o revela o nn de hidrognios responsvel por um pico de RMNde hidrognios responsvel por um pico de RMN

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Alm do Alm do desvio qumicodesvio qumico e da e da integraointegrao,,

a forma dos sinais (a forma dos sinais (multiplicidademultiplicidade))

oferece toda a informao sobre a vizinhana dos protes em estoferece toda a informao sobre a vizinhana dos protes em estudo.udo.

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Multiplicidade dos sinais de RMNDesdobramento spin-spin. O efeito dos hidrognios vizinhos no equivalentes

- 4 absores (4 tipos de hidrognios)

- multipletos: - um tripleto (6 H)- um quarteto (4 H)- dois dupletos (1 H)

regra n+1

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Um hidrognio situado num carbono adjacente ao carbono que possuUm hidrognio situado num carbono adjacente ao carbono que possui o hidrognio i o hidrognio em anlise, desdobra o sinal deste ltimo num em anlise, desdobra o sinal deste ltimo num dupletodupleto

HHaa exibe um exibe um dupletodupleto (1:1)(1:1)HHbb exibe um exibe um dupletodupleto (1:1)(1:1)

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HHaa integrao integrao = 1= 1HHbb integrao integrao = 1= 1Constante de acoplamento Constante de acoplamento ((JJabab=7Hz)=7Hz)

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Curva de KarplusConstante de acoplamento vs ngulo diedro

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Hd exibe um tripleto (1:2:1)Hd integrao = 6Constante de acoplamento (Jcd=8Hz)

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HHcc exibe um quarteto exibe um quarteto (1:3:3:1)(1:3:3:1)HHcc integraointegrao = 4= 4Constante de acoplamento Constante de acoplamento ((JJcdcd=8Hz)=8Hz)

NOTAS:NOTAS:

-- os ncleos de hidrognio separados por mais do que dois tomos dos ncleos de hidrognio separados por mais do que dois tomos de carbono no exibem geralmente e carbono no exibem geralmente desdobramento desdobramento spinspin--spinspin

-- os sinais de RMN de ncleos com desvio qumico equivalente no eos sinais de RMN de ncleos com desvio qumico equivalente no exibem desdobramento xibem desdobramento spinspin--spinspin

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Exemplo:Exemplo:

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Regra n + 1Regra n + 1 para o desdobramento para o desdobramento spinspin--spinspin

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Desdobramento Desdobramento spinspin--spinspin de grupos alquilo comunsde grupos alquilo comuns

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Espectroscopia de Ressonncia MagnEspectroscopia de Ressonncia Magntica Nuclear de Carbono 13tica Nuclear de Carbono 13

1313C RMNC RMN

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Ressonncia Magntica Nuclear de Carbono 13 (Ressonncia Magntica Nuclear de Carbono 13 (1313C RMN)C RMN)

Utiliza um istopo de baixa abundncia natural Utiliza um istopo de baixa abundncia natural 1313C (1.11%)C (1.11%)

-- espectro com sinais mais fracos que os de hidrognio:espectro com sinais mais fracos que os de hidrognio:-- baixa abundncia do baixa abundncia do 1313C C -- fraca ressonncia do fraca ressonncia do 1313C C

-- desvio qumico determinado relativamente a um padro interno (CHdesvio qumico determinado relativamente a um padro interno (CH33))44SiSi-- regio alargada de desvio qumico (200 regio alargada de desvio qumico (200 ppmppm))-- ausncia de acoplamento ausncia de acoplamento carbonocarbono--carbonocarbono-- presena de acoplamento presena de acoplamento carbonocarbono--hidrogniohidrognio

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Total Total ProtonProton DecouplingDecouplingO desacoplamento de hidrognio origina linhas isoladasO desacoplamento de hidrognio origina linhas isoladas

"Cada carbono magneticamente diferente d origem apenas a um s "Cada carbono magneticamente diferente d origem apenas a um s pico pico no espectro de no espectro de 1313C RMN"C RMN"

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ExemploExemplo: : MetilcicloMetilciclo--hexanohexano

Num espectro de Num espectro de 1313C no possvel a integraoC no possvel a integrao

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Tcnicas especiais de RMN (DEPT Tcnicas especiais de RMN (DEPT 1313C e RMNC e RMN--2D)2D)FIDFID / Transformadas de / Transformadas de FourierFourier ((FTFT))

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DEPT DEPT 1313C RMN (C RMN (DDistortionlessistortionless EEnhancednhanced PPolarizationolarization TTransferransfer))

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RMN-2D (bidimensional)RMN de Correlao: COSY e HETECOR

COSY correlation spectroscopy

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HETECOR heteronuclear correlation spectroscopy

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I RM I RM imagiologiaimagiologia de ressonncia magntica de ressonncia magntica

a espectroscopia de IRM baseiaa espectroscopia de IRM baseia--se na anlise dos protes das molculas da gua ligada aos tecidse na anlise dos protes das molculas da gua ligada aos tecidosos

os tempos de relaxao os tempos de relaxao TT11 e e TT22 dos protes variam com o diferente tipo de tecidosdos protes variam com o diferente tipo de tecidos