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Análisis estructural de una muestra desconocida por medio de Resonancia Magnética Nuclear

Resumen En este informe se presentan los resultados tras la determinación de una muestra desconocida mediante la técnica de espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear la cual permite conocer la información estructural de una molécula específica. La muestra desconocida fue preparada con cloroformo como su solvente y estudiada en un equipo de RMN, el cual suministró las señales FID (free induction decay), las cuales se les realizó el tratamiento de los datos en el programa (MestRe-C) y el análisis de los datos obtenidos para la identificación del compuesto desconocido.

1. INTRODUCCIÓN

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La espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear es una técnica de investigación que explora las propiedades magnéticas de ciertos núcleos atómicos para determinar las propiedades físicas y químicas de los átomos o las moléculas en el que están contenidas. Es basado en el fenómeno de la resonancia magnética nuclear el cual puede proporcionar información detallada sobre la estructura, la dinámica, el estado de reacción, y el entorno químico de las moléculas.

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La técnica es usada para identificar y/o elucidar información estructural detallada sobre componentes químicos, por ejemplo:  

Determinación de la pureza de un compuesto especifico. Identificar algún tipo de contaminante en una sustancia.

Investigación de mecanismos en reacciones químicas. Verificación de estructuras de un compuesto para asegurar la posesión de propiedades deseadas.

En la identificación de la muestra problema se utilizaron varios tipos de análisis de espectroscopia de RMN tales como: 

RMN Monodimensional (1H): Es la aplicación de resonancia magnética nuclear en la espectroscopia de RMN con respecto a los núcleos de hidrógeno (1H) en las moléculas de una sustancia, a fin de determinar la estructura de sus moléculas. Este tipo de técnica proporciona información sobre la cantidad de protones que contiene la molécula y la determinación de su entorno químico gracias a su desplazamiento químico.

Análisis estructural de una muestra desconocida por medio de Resonancia Magnética Nuclear

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RMN Monodimensional (13C): Este tipo de técnica es la aplicación de RMN al carbono. Es análoga a la RMN de protón (1H RMN) y permite la identificación de átomos de carbono en una molécula orgánica tal como RMN de protón identifica átomos de hidrógeno. RMN 13C detecta sólo el isotopo de 13C del carbono, cuya abundancia es natural, sólo el 1,1%, debido a que el principal isótopo de carbono, 12C, no es detectable por RMN, ya que tiene giro neto cero. DEPT (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer). Mejora sin distorsión por transferencia de polarización. Es un método útil para determinar la presencia de diferentes átomos de carbono como primario, secundario y terciario. Este tipo de experimento diferencia entre grupos CH, CH2 y CH3 por variación del parámetro ángulo de selección. Esta práctica fue realizada con un ángulo 135°.

RMN bidimensional COSY (1H – 1H) Esta aplicación suministra la información de relación entre protones, según el acoplamiento a uno, dos o tres enlaces de distancia. RMN bidimensional HMQC (1H– 13C) Esta aplicación provee la correlación entre protones y su heteronucleo conectado a través del acoplamiento escalar heteronuclear.

toma de la muestra desconocida

Se filtró la muestra para retirar impurezas

Se pesó 0.049 g de muestra

Se disolvió la muestra en Cloroformo deuterado

2.2 Introducción de muestra en el equipo de RMN Se calibró el tubo de muestra y se ajustaron las especificaciones del equipo para el tipo de sonda

Se obtuvieron los FID's de los respectivos analisis escogidos

Se introdujó la muestra en el equipo de RMN (marca Bruker de 9.4 Teslas y 400 MHz en frecuencia)

Se escogieron los tipos de analisis de RMN par a la muestra desconocida

2.3 Tratamiento de datos

Se procesaron las FID's en el software MestRe-C v 4.9.9.6

Se realizaron los analisis respectivos a cada señal

Se realizaron analisis bidimensionales COSY(1H-1H) y HMQC (1H-13C) Se realizó analisis monodimensional, 1H, 13C y DEPT 135°

2.4 Montaje experimental

2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1 Preparación de la muestra Preparación de muestra

Muestreo

Análisis estructural de una muestra desconocida por medio de Resonancia Magnética Nuclear

7,284 7,277 7,26 7,252 7,243 7,239 7,234 7,232 7,224 7,219 7,215 Tratamiento de datos

3. ANÁLISIS DE RESULTADOS Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en el tratamiento de datos de los análisis monodimensionales y bidimensionales de la muestra desconocida realizados en el programa MestRe-C se presentan los espectros de RMN en los anexos. 3.1 Análisis monodimensional 3.1.1 1H-RMN Mediante este análisis se obtuvieron señales para 8 tipos de protones encontrados en la muestra desconocida, haciendo presencia una señal solapada de un posible aromático con el cloroformo. δ (ppm) 7,316 7,313 7,309 7,298 7,295 7,291

Desdoblamiento

J (Hz)

triplete

----

triplete

----

7,211 3,834 3,824 3,812 3,801 3,789 3,779 3,685 3,676 3,657 3,647 3,625 3,593 3,489 3,474 3,462 3,456 3,446 3,434 2,632 2,608 2,601 2,577 2,354 2,344 2,323 2,313 2,212

multiplete

----

sextete

----

multiplete

----

dd

12,6-9,4 Hz

dd

12,4-4,2 Hz

singlete

----

Análisis estructural de una muestra desconocida por medio de Resonancia Magnética Nuclear

3.1.2 13C-RMN N

Estructura No. 1 OH N

CH3 Figura No. 2 Esquema estructural del (S)-1-benzil3-pirrolidinol

OH Figura No. 1 Esquema estructural del 2-(benzilmetilamino)etanol

Para el espectro RMN de 13C (Anexo 2), se presentan desplazamientos a 42.102 ppm correspondiente al carbono del metilo unido a un átomo de nitrógeno, el cual se encuentra más protegido debido a su hibridación sp3, en seguida se observa un señal a 59.4 ppm correspondiente al metileno unido un átomo de nitrógeno, a 62.52 correspondiente al metileno ubicado entre un carbono aromático con hibridación sp2 y el átomo de nitrógeno, para los desplazamientos químicos de 64.89 ppm y 67.55 ppm corresponda a grupos metilos contenidos en la estructura, enseguida los desplazamientos químicos corresponden a carbonos aromáticos con hibridación sp2, a 127.22 ppm se presentan los carbonos del benceno en posición orto- (los cuales son equivalentes entre sí por simetría estructural) respecto al carbono sustituido, posteriormente a 128.28 ppm se encuentra los carbonos del benceno en posición meta- respecto al carbono sustituido, a 128.99 ppm, al carbono en posición para-, por último se presenta a campos bajos el carbono sustituido del benceno que se halla más desprotegido por efectos de su hibridación sp2 con un desplazamiento de 137.89 ppm. Estructura No. 2

3.1.3 DEPT 135 En el espectro RMN DEPT 135 (Anexo 3), se presenta una señal positiva con un desplazamiento a 42.25 ppm correspondiente a un metilo, seguida a esta se presentan tres señales negativas debidas a metilenos con desplazamientos de sus señales a 59.55, 62.68, y 65.05 ppm, la siguiente señal que se presenta es a 67.71 ppm correspondiente a un CH-O- o CH-Ny por ultimo podemos ver desplazamientos para los correspondientes CH aromáticos a 127.38, 128.44, 129.15 ppm. El desplazamiento de 137.89 ppm que aparece en el espectro de 13C no se presenta en DEPT 135, indicando que este carbono con hibridación sp2 es cuaternario, y posiblemente sea un carbono aromático sustituido. 3.1.4 COSY (1H-1H) 3.1.5 HMQC (1H-13C)

4 ESTRUCTURAS POSIBLES 5 CONCLUSIONES A partir de la información aportada por los espectros de 13C y DEPT 135, junto a una revisión en la base de datos de compuestos orgánicos se pudo determinar dos posibles estructuras, las cuales cumplían con las características encontradas en

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dichos espectros. Aunque cabe aclarar que la estructura que más se acerca a la muestra de estudio en la estructura 2 (figura 2), ya que éste conserva las proporciones estequiométricas de cada átomo presente. Para dicha determinación se tomó el número de carbonos observados en el espectro de 13C, y la presencia de carbonos aromáticos, lo cual nos llevaría a determinar la existencia de equivalencia entre dichos carbonos por simetría y a su vez los respectivos desplazamientos químicos desplazamientos correspondientes de cada átomo de

carbono para llegar estructura propuesta.

a

dicha

6 BIBLIOGRAFIA  http://www.uam.es/departamentos/ci  

encias/qorg/docencia_red/qo/l21/rm n.html http://www.chem.queensu.ca/faciliti es/NMR/nmr/webcourse/ RUBINSON, Keneth; RUBINSON, Judith; Analisis instrumental, Editorial Pearson , Madrid, 2001, págs: 511-513

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