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Princípio da técnica FT
em RMN
1) Mudança da
orientação da
magnetização,
produzida por núcleos
atômicos, através de
um pulso curto de RF.
2) O pulso resultante
contém a frequência
principal e uma banda
de frequências que
depende da amplitude
de B1 e da duração do
pulso.
Sequencia típica de uma experiência de RMN por FT
FID dos prótons do fenilacetato de etila (PhCH2CO2Et) a 300 MHz
Processamento do sinal em RMN por FT
Comparação entre RMN (onda contínua) e RMN (FT)
Em RMN (onda contínua) a condição de ressonância = (N/2)Bo(1-σ) é
atingida uma frequência por vez varrendo o campo magnético Bo.
De acordo com o
princípio de incerteza, é
necessário demorar 1 s
por Hz para determinar
a frequência com uma
precisão de 1 Hz.
Para varrer 15 ppm num espectro obtido a 300 MHz
seriam necessários 4500 s por varredura para ter uma
resolução (baixa) de 1 Hz!!!
Comparação entre RMN (onda contínua) e RMN (FT)
Para varrer 15 ppm num espectro obtido a 300 MHz
demora 1 s por varredura para ter uma resolução (baixa)
de 1 Hz!!!
Vantagens de FT sobre onda contínua em RMN
• Rapidez na obtenção do espectro – não há necessidade de varredura já que todas as frequências (do mesmo tipo de núcleo) são detectadas simultaneamente.
• Possibilidade de aquisições múltiplas para aumentar a relação sinal/ruído (S/N).
• Possibilidade de manipulação dos spins (magnetização) através de sequencia de pulsos e tempos de retardo que permite obter maiores informações (RMN 2D)
Espectros RMN de 13C
• Para um determinado valor do campo magnético, a frequência de ressonância dos núcleos de 13C é ~ 0,25frequência de ressonância do próton.
• Sensibilidade ~ 3. Portanto, um espectro de 13C em abundancia natural será ~ 0,011(13C/H)3, ou 0,000175, menos intenso do que o espectro de RMN de prótons.
• Tempos de relaxação para 13C são consideravelmente mais longos do que para prótons.
• Deslocamentos químicos de 13C são muito maiores: de 0 a 220 ppm.
• Acoplamentos entre o spin do carbono e o spin dos prótons ligados ao carbono podem ser consideráveis.
Espectro de RMN de 13C do PhCH2COOEt sem e com desacoplamento de spin
Princípio básico de desacoplamento de spin: saturar a transição do núcleo responsável pelo acoplamento
(a) Representação da experiência padrão em RMN-FT: pulso de excitação para girar a magnetização e aquisição do FID.
(b)Experiência de ressonância dupla: Representação da experiência de
RMN-FT de 13C com desacoplamento de prótons 13C {1H}
Espectro de 13C de 2-clorobutano, MeCHClCH2Me sem desacoplamento de próton
Espectro de 13C de 2-clorobutano, MeCHClCH2Me com desacoplamento de próton
Efeito da freqüência de desacoplamento (radiofreqüência B2) numa experiência de desacoplamento homonuclear
Efeito do desacoplamento de spin homonuclear num sistema simples como R2CH-CHR´2
Intensidades e população em espectros de RMN
Espectro normal de 1H ou 13C Espectro com desacoplamento
População dos níveis no equilíbrio N1 = 1 + N2 N3 = 1 N4 = 1 - População dos níveis com desacoplamento N1 = 1 + /2
N2 = 1 - /2; N3 = 1 + /2
N4 = 1 - /2
População dos níveis após relaxação N1 = 1 + + /2
N2 = 1 - /2; N3 = 1 + /2
N4 = 1 - - /2
Efeito Overhauser e intensificação espectral em experiências com desacoplamento de spin
Representação de uma experiência NOE diferencial: diferença entre o espectro obtido com ν2 fora da largura espectral com aquele obtido com ν2 centrado na ressonância de um determinado próton
Espectroscopia NOE diferencial: teste para verificar a vizinhança de núcleos pela intensificação dos sinais usando desacoplamento de baixa intensidade
Um exemplo de espectro diferencial de NOE: A) espectro normal de 1H; B) espectro obtido irradiando com a frequência em próton c; C) espectro B-A
Princípios básicos de RMN em 2D: uma técnica
essencial para espectros mais complicados
a) RMN em 1D: aquisição do espectro é realizada imediatamente
após a excitação pelo pulso de radiofreqüência. Espectro
resultante é I vs .
b) Experiências mais sofisticadas (DEPT, INEPT, etc) também são
experiências 1D, mas há um período de preparação da
magnetização. Espectro resultante ainda fornece I vs .
c) Em RMN em 2D, entre o tempo de preparação e a aquisição do
sinal, introduzimos um período de evolução e mixagem da
magnetização. O tempo deste período intermediário é variável e o
conjunto de espectros obtidos refletem dois tempos: t1, tempo de
evolução, e t2, tempo de aquisição do espectro, e duas
transformadas de Fourier. O resultado é um gráfico de duas
freqüências correspondentes aos tempos t1 e t2.
Princípios básicos de RMN em 2D
RMN em 2D permite obter diretamente informações estruturais tais
como conectividade e proximidade de maneira mais eficiente e
sem ambigüidades.
Princípios básicos de RMN em 2D
Os espectros de 2D são obtidos coletando dados sobre as escalas
de tempo t1 e t2 .
Sequencia típica para uma
experiencia COSY
(correlation spectroscopy)
de prótons
COSY de CH3-CHCl-CH2-CH3: 2 pulsos de 90º separados por t1
a)Carbono 1 está conectado com H 1 que por sua vez está conectado com H 3;
b)Carbono 2 está conectado com H 2 que por sua vez está conectado com H 4;
c)Carbono 3 está conectado com H 3 que por sua vez está conectado com H
1,4;
d)Carbono 4 está conectado com H 4 que por sua vez está conectado com H
2,3.
3
2
4
H3 H2 H4
H3
H
2
H4
3
2
4
7
6
8
H6
H
8
H7
H3 H2 H4
H3
H
2
H4
3
2
4
H7 H8 H6
7
6
8
1
5
H6
H
8
H7
H3 H2 H4
H3
H
2
H4
3
2
4
H7 H8 H6
7
6
8
H1
H1
1
H6
H
8
H7
H
3
H2
H
4
H1
H
5
H5
H3 H2 H4 H7
H8 H6
H1
5
3
2
4
7
6
8
1
11
10
9
H10 H11 H9 H5
H3 H2 H4 H7
H8 H6
H1
H1
0
H11
H
9
H6
H
8
H7
H
3
H2
H
4
H1
H
5
5
3
2
4
7
6
8
1
11
10
9
Espectro COSY de Mentol
H
CH3
H
HO
H
H
H
H
H
H
H
H3C
H3C
H
1
2
34
5
6
7
8
9
10
11
12
13
HETCOR (correlação heteronuclear de deslocamento químicos)
1) Seqüência de pulsos transferindo polarização entre os núcleos
heteronucleares, e variação do tempo para refocalizar em fase a
magnetização dos núcleos polarizados.
2) Espectro de 13C numa dimensão e de 1H na outra dimensão. Exemplo
do 2-clorobutano
3) Núcleos que aparecem com picos correlacionados são vizinhos
diretos.
MeCHClCH2Me
HETCOR relacionando C e
H
N
N
H C H C
1 2 5 3
2 4 6 1
3 7 7 5
4 (2H) 8 8 (2H) 6
H3 H4
H5
OMe
NOESY
Alguns tópicos adicionais
• Efeitos dinâmicos em RMN: o que ocorre quando o núcleo
sob observação muda de posição na escala de tempo do
experimento de RMN e qual a informação que pode ser
obtida.
• RMN em sólidos:
a) anisotropia dos parâmetros de RMN;
b) a técnica de “magic angle spinning” (MAS).