Aplicatii ale RMN-ului cu Proton 1H în Determinarea Compusilor Organici

Spectroscopia de rezonantă magnetică nucleară (RMN)

Capitolul 1. Generalităti

Rezonanta magnetică nucleară (RMN) are la bază proprietătile magnetice ale nucleelor atomice cu număr impar de protoni (1H, 13C, 31P) de a efectua o miscare de rotatie în jurul axei proprii (spin) care generează un câmp magnetic de-a lungul axei. Dacă aceste nuclee sunt plasate într-un camp magnetic exterior (H0), se vor orienta fie paralel, fie antiparalel cu directia câmpului exterior, în primul caz stabilitatea fiind superioară. Diferenta de energie între cele două stări va fi absorbită sau emisă pe măsură ce nucleele vor trece de la o orientare la alta. Această diferentă de energie depinde de intensitatea câmpului aplicat H0 si de frecventa radiatiei.

Actiunea câmpului magnetic exterior aplicat este modificată, în realitate, de către vecinătătile locale ale nucleului, atât electrice cât si magnetice. Prin urmare, valoarea intensitătii câmpului magnetic, H, la care nucleul intră în rezonantă, depinde de vecinătătile moleculare ale nucleului studiat. Deoarece câmpul H este proportional cu frecventa ν, proba poate fi baleiată fie variind câmpul exterior H0, fie variind frecventa. în functie de vecinătatea fiecărui proton, acestia vor intra pe rând în rezonantă, emitând un semnal de frecventă care este transmis si prelucrat sub forma unui spectru.

În chimia organică se utilizează frecvent rezonanta magnetică nucleară de proton (RMN 1H), care conferă informatii desspre numărul si felul atomilor de hidrogen din moleculă, si implicit, despre structura catenei la care acestia sunt atasati, precum si despre vecinătătile protonilor. Rezonanta magnetică nucleară de carbon (RMN 13C) are la bază proprietătile magnetice ale izotopului 13C al carbonului.

1.1. Aparatura utilizată

Un spectrometru RMN (figura 1.) constă dintr-un magnet care poate produce un câmp intens si uniform si surse de radiatie electromagnetică de radiofrecventă.

Figura 1. Schema unui spetrometru RMN

A – tubul esantion;

B – bobină de emisie;

C – bobine de baleiaj;

D – bobină receptoare;

E – magnet.

Câmpul magnetic este produs de un electromagnet sau de un magnet permanent. Proba este introdusă într-un tub de sticlă cu diametrul de 5 mm care este plasat în interiorul unui magnet. Tubul cu probă se roteste cu o frecventă de cca. 15 Hz, rotirea efectuându-se în scopul îndepărtării neomogenitătilor magnetice si ca urmare, toate nucleele magnetice sunt supuse aceluiasi camp mediu. Totusi, viteza de rotire nu trebuie să fie foarte mare, deoarece se pot forma vârtejuri în probă, iar rezolutia scade. Folosirea câmpurilor magnetice mari are avantajul că spectrele obtinute au o rezolutie înaltă si permit interpretarea mai usoară. De asemenea, viteza de preluare a energiei de către probă este mai mare într-un camp de intensitate mare.

Pentru obtinerea unor sensibilităti ridicate este necesar ca raportul semnal/zgomot de fond să fie mare, din acest motiv impunându-se folosirea unor probe concentrate (între 5 si 20 mg compus în cca. 0,4 mL solvent). Compusii analizati trebuie să se găsească în stare pură, de aceea se impune purificarea prealabilă a compusilor analizati prin metodele cele mai eficiente, de la caz la caz.

Alegerea solventilor deuterati utilizati este foarte important în tehnicile RMN. Astfel acestia trebuie să fie inerti din punct de vedere chimic si electric, pentru a evita influenta parametrilor spectrali δ si J. Solventii cel mai des utilizati în acest scop sunt următorii solventi deuterati: chloroform – d3, acetonă – d6, dimetilsulfoxid – d6, dimetilformamidă – d7, apă – d2, benzen – d6, toluen – d8, methanol – d4, acetonitril – d3. [1]