Apresentação em RMN

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Acção de Formação em Espectroscopia e Acção de Formação em Espectroscopia e

Espectr om etria Espectr om etria

Espectroscopia de Ressonância MagnEspectroscopia de Ressonância Magnéética Nuclear tica Nuclear ––RMN RMN

Fundamentos e princFundamentos e princíípios bpios báásicos de ansicos de anáálise estrutural por RMN lise estrutural por RMN

H e H e

Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto --

Abril, 2003 Abril, 2003

Acção de Formação em Espectroscopia e Acção de Formação em Espectroscopia e

Espectr om etria Espectr om etria

SumSum áário rio

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

--RMN de RMN de

--o o spinspin nuclear e o efeito nele provocado pelas ondas de r nuclear e o efeito nele provocado pelas ondas de ráádio dio

--nú cleos de cleos de alguns átomos que possuem características magnéticas alguns átomos que possuem características magnéticas

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

--o desvio químico o desvio químico

--grupos funcionais e desvio químico grupos funcionais e desvio químico

-- in tegra integraçção ão versusversusnnººde hidrogde hidrogéé nios que dão origem a um pico de RMN nios que dão origem a um pico de RMN

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

--o efeito dos hidrogénios vizinhos o efeito dos hidrogénios vizinhos nãonão--equivalentes equivalentes

--curva de curva de KarplusKarplus. constante de acoplamento . constante de acoplamento vsvsângulo diedro ângulo diedro

--regra n+1 regra n+1

--desdobramento desdobramento spinspin--spinspinde grupos alquilo comuns de grupos alquilo comuns

--RMN de RMN de

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

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

--“total “total protonprotondecouplingdecoupling”. desacoplamento”. desacoplamentode hidrogénio de hidrogénio

-- técnicas especiais de RMN (DEPT técnicas especiais de RMN (DEPT

C e RMN

C e RMN--2D) 2D)

FID / Transformadas de

FID / Transformadas de FourierFourier(FT) (FT)

C RM N ( DistortionlessDistortionless EnhancedEnhanced PolarizationPolarization TransferTransfer ) )

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

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

--IRMIRM ––““ imagio logia imagio logia de ressonância magnética” de ressonância magnética”

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••““a espectroscopia de RMN utiliza como fonte de excitaa espectroscopia de RMN utiliza como fonte de excitaçção uma radiaão uma radiaçção ão electromagnelectromagnéética da região da radiofrequências (ontica da região da radiofrequências (ondas rdas ráádio) dio) λ λ =100 m =100 m ––1m1m” ”

Porções do espectro da radiação electromagnética Porções do espectro da radiação electromagnética

∆∆E = E = hυυυυ= c/= c/λ λ υ υ = 1/= 1/λ λ

∆∆E = 10 E = 10

Kcal/Kcal/ mol mol

••““as ondas de ras ondas de ráádio produzem alteradio produzem alteraçções no alinhamento do ões no alinhamento do spinspinmagnmagnéético tico nuclearnuclearem nem núúcleos sujeitos a um campo magncleos sujeitos a um campo magnééticotico” ”

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••Núcleos de alguns átomos que possuem características magnéticas Núcleos de alguns átomos que possuem características magnéticas

--núcleos com número ímpar de protões (exemplos: núcleos com número ímpar de protões (exemplos:

F e F e

--núcleos com número ímpar de neutrões (exemplos: núcleos com número ímpar de neutrões (exemplos:

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••Os núcleos de Os núcleos de

HHe de e de

C C e a sua ressonância magnética,e a sua ressonância magnética,constituem uma constituem uma das mais importantes ferramentas em Química Orgânica. das mais importantes ferramentas em Química Orgânica.

••Os núcleos de Os núcleos de

NNe e

PPsão úteis como sondas para o estudo biológico e são úteis como sondas para o estudo biológico e bioquímico de bioquímico de aminoácidosaminoácidos, proteínas e sistemas , proteínas e sistemas enzimáticosenzimáticos. .

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••“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 H do espectrómetro de RMN, os núcleos alinham os seus do espectrómetro de RMN, os núcleos alinham os seus polos polos magnéticos no mesmo sentido (magnéticos no mesmo sentido (α α ) e no sentido contrário () e no sentido contrário (β β

) aos do campo H

) aos do campo H em igual probabilidade”em igual probabilidade”(B)(B). .

energia deenergia deαα<<β β

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••““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 = hυ υ leva leva ààabsorabsorçção dessa energia pelos não dessa energia pelos núúcleos cleos α α , invertendo o seu , invertendo o seu spinspinmagnmagnéé tico para o estado a energia absorvida pelos núúcleos, ou emitida apcleos, ou emitida apóós a s a

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O uso do espectro de RMN para analisar a estrutura molecular 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 donúcleo" núcleo"

IncreasingIncreasing fieldfield strengthstrength ((radiofrequencyradiofrequency constantconstant ) )

DecreasingDecreasing radiofrequencyradiofrequency (( H H constantconstant ) )

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

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

Uma vez que cada hidrogénio quimicamente diferente tem um ambi

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

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"Hidrogénios quimicamente equivalentes originam picos na mesma p"Hidrogénios quimicamente equivalentes originam picos na mesma posição" osição"

O desvio químico descreve a posição do pico de RMN O desvio químico descreve a posição do pico de RMN

-- a posição das absorções de RMN de um composto medem a posição das absorções de RMN de um composto medem-- se relativamente a um padrão interno (CH se relativamente a um padrão interno (CH

Si Si

O desvio químico O desvio químico δδ= distância do pico do (CH = distância do pico do (CH

Si (Si (HertzHertz)/frequência do espectrómetro ()/frequência do espectrómetro (MHzMHz) ) ppm ppm

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““Um hidrogénio próximo de um grupo ou átomo “Um hidrogénio próximo de um grupo ou átomo “retiradorretirador” de electrões (halogénio ou ” de electrões (halogénio ou oxigénio) é desviado para menor campo devido à desprotecção provoxigénio) é desviado para menor campo devido à desprotecção provocada pela ocada pela electronegatividade do átomo”. electronegatividade do átomo”.

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••Se o Se o desvio químicodesvio químicodá informações sobre o ambiente electrónico de um dá informações sobre o ambiente electrónico de um determinado tipo de protões, determinado tipo de protões,

••A A integraçãointegraçãorevela o número de protões responsável por um pico revela o número de protões responsável por um pico de RMN. de RMN.

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““A A integraçãointegraçãorevela o revela o nºnºde hidrogénios responsável por um pico de RMN” de hidrogénios responsável por um pico de RMN”

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••Além do Além do desvio químicodesvio químicoe da e da integraçãointegração, ,

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

•• oferece toda a informação sobre a vizinhança dos protões em est oferece toda a informação sobre a vizinhança dos protões em estudo. udo.

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Multiplicidade dos sinais de RMN Desdobramento spin-spin. O efeito dos hidrogénios vizinhos não equivalentes

-multipletos:-um tripleto(6 H) -um quarteto(4 H)

-dois dupletos(1 H) regra n+1

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““Um hidrogénio situado num carbono adjacente ao carbono que possuUm hidrogénio situado num carbono adjacente ao carbono que possui o hidrogénio i o hidrogénio em análise, desdobra o sinal deste último num em análise, desdobra o sinal deste último num dupletodupleto” ” exibe um exibe um dupletodupleto(1:1) (1:1) b b exibe um exibe um dupletodupleto(1:1) (1:1)

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Espectr om etria Espectr om etria integração integração = 1 = 1 b b integração integração = 1 = 1 ab ab

=7Hz) =7Hz)

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Curva de Karplus Constante de acoplamento vsângulo diedro

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Hd exibe um tripleto(1:2:1)

H d integração = 6

Constante de acoplamento (J cd =8Hz)

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Espectr om etria Espectr om etria c c exibe um quarteto exibe um quarteto (1:3:3:1) (1:3:3:1) c c integraçãointegração = 4 = 4 cd cd

=8Hz) =8Hz)

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

-- os sinais de RMN de núcleos com desvio químico equivalente não e os sinais de RMN de núcleos com desvio químico equivalente não exibem desdobramento xibem desdobramento spinspin--spin spin

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Exemplo: Exemplo:

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

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Desdobramento Desdobramento spinspin--spinspinde grupos alquilo comuns de grupos alquilo comuns

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Espectroscopia de Ressonância MagnEspectroscopia de Ressonância Magnéética Nuclear de Carbono 13 tica Nuclear de Carbono 13

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Ressonância Magnética Nuclear de Carbono 13 ( Ressonância Magnética Nuclear de Carbono 13 (

“Utiliza um isótopo de baixa abundância natural “Utiliza um isótopo de baixa abundância natural

C (1.1%)” C (1.1%)”

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

--baixa abundância do baixa abundância do

--fraca ressonância do fraca ressonância do

-- desvio químico determinado relativamente a um padrão interno (CH desvio químico determinado relativamente a um padrão interno (CH

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

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

--presença de acoplamento presença de acoplamento carbonocarbono--hidrogénio hidrogénio

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““Total Total ProtonProton DecouplingDecoupling ” ”

““O desacoplamento de hidrogénio origina linhas isoladas” 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 no espectro de

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ExemploExemplo : : MetilcicloMetilciclo --hexano hexano

Num espectro de Num espectro de

C não é possível a integração” C não é possível a integração”

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Técnicas especiais de RMN (DEPT Técnicas especiais de RMN (DEPT

C e RMNC e RMN--2D) 2D)

FIDFID/ Transformadas de / Transformadas de FourierFourier((FTFT) )

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C RMN (C RMN (DDistortionlessistortionlessEEnhancednhancedPPolarizationolarizationTTransferransfer) )

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

COS Yco rrelation spectroscop y

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HETECOR hete ronuclear cor relation spectrosco py

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