Resonancia Magntica Nuclear
5.11 Ejercicios y problemas
Preguntas
1.- Mencione que propiedades de los ncleos atmicos son importantes desde el punto de
vista de la RMN.
2.- Cmo se clasifican los ncleos de acuerdo a sus propiedades magnticas?
3.- Plantee la ecuacin fundamental de la RMN e identifique cada factor.
4.- Cuales son las funciones de BB0B y BB1B en RMN ?
5.-Explique cuales son las condiciones necesarias para que se produzca resonancia.
6.- Qu efectos tienen sobre los espectros la relajacin espn-red y la relajacin espn-
espn?
7.- Qu mecanismos estn presentes en la relajacin? Cul es el dominante en RMN-
P
1PH?
8.- Compare la sensibilidad en RMN con otros mtodos espectroscpicos.
9.- De que depende el factor de saturacin?
10.-De que depende la eficiencia de la relajacin espn-red?
11.-Cul es el problema principal al estudiar por RMN a ncleos cuadrupolares?
12.- Seale los componentes principales de los equipos de RMN-OC y RMN-FT.
13.- Las ecuaciones de Bloch describen la evolucin de la magnetizacin macroscpica
en el tiempo. Que interacciones tienen en cuenta? Por qu resulta ms conveniente
tratarlas en el sistema de coordenadas rotatorio?
14.- Qu caractersticas tienen los pulsos de RF en la RMN-TF?
15.- Qu caractersticas del ADC son importantes y por qu?
16.-Indique la importancia del sistema de candado o lock en RMN-TF.
17.-Explique el origen del desplazamiento qumico.
18.- Como puede expresarse el desplazamiento qumico?
19.- Exprese las caractersticas que debe poseer una referencia interna.
20.-Qu trminos contribuyen al blindaje de un ncleo? Cules son importantes en
RMN-P1PH y en RMN-P13PC?
21.- Qu origen tienen el trmino CPL y de que factores depende?
22.- Qu origen tiene el trmino CDL y de que depende?
23.- Que origen tiene el trmino de anisotropa magntica y de que factores depende?
241
Resonancia Magntica Nuclear
24.- Exprese los rangos de desplazamientos qumicos en RMN-P1PH y RMN-P13PC. Que
factores qumicos determinan la posicin de una seal en ambos casos?
25.- Cul es el origen del acoplamiento escalar?
26.- Qu propiedades tiene la constante de acoplamiento escalar?
27.- Enumere las reglas de multiplicidad e indique bajo que condiciones son aplicables.
28.- Qu factores determinan la magnitud de la constante de acoplamiento vecinal
interprotnica?
29.- A que sistemas es aplicable la Ecuacin de Mc Connell?
30.- Cul es la importancia prctica de la Ecuacin de Karplus?
31.- Defina equivalencia qumica y equivalencia magntica.
32.- Indique que puede originar equivalencia qumica entre dos ncleos.
33.- Indique las diferencias entre espectros de primer orden y de orden superior.
Ejemplifique en el caso ms sencillo e un sistema compuesto por 2 ncleos magnticos
acoplados.
34.- Cmo se clasifican los acoplamientos escalares espn-espn?
35.- Qu mecanismos pueden estar presentes en los acoplamientos escalares? Cual es el
dominante en los acoplamientos interprotnicos?
36.- Explique como puede realizarse un experimento de desacoplamiento de espines y
seale que utilidad prctica tiene el mismo.
37.- Cul es el origen del efecto NOE? Para el caso homonuclear indique los valores de
BmaxB en los regmenes de agudeza extrema y de difusin de espines.
38.- Qu diferencias existen entre los mtodos de medicin de NOEs estacionarios y
transitorios?
39.- Qu factores determinan la velocidad de crecimiento inicial del NOE?
40.- Indique las ventajas y desventajas de obtener espectros de RMN-P13PC con
desacoplamiento protnico.
41.-Indique el mtodo a utilizar para:-determinar las constantes de acoplamiento P13PC-P1PH.
hacer determinaciones cuantitativas en RMN-P13PC.
42.- En que consiste la RMN-Dinmica? Qu parmetros pueden obtenerse mediante
su aplicacin?
43.- Cmo pueden medirse los tiempos de relajacin longitudinales de P13PC?
242
Resonancia Magntica Nuclear
44.- Describa la secuencia de pulsos del eco de Hahn. Indique que parmetros
evolucionan durante el mismo.
45.- Describa el experimento INEPT y su aplicacin prctica.
46.- Qu parmetros son correlacionados en los siguientes experimentos
bidimensionales:
-HETCOR, -COLOC, -COSY, -TOCSY, -HMQC, -HMBC, -HSQC, NOESY, -ROESY?
47.- Bajo que condiciones resulta imprescindible sustituir al experimento NOESY por el
ROESY?
48.- Qu informacin adicional nos brinda un experimento TOCSY respecto al COSY?
49.- Qu ventajas tiene un experimento HMQC respecto al HETCOR?
50.- Que parmetros son importantes a la hora de disear un experimento NOESY?
243
Resonancia Magntica Nuclear
Ejercicios
1.- Para los compuestos mostrados en la Tabla 5.31
-clasifique los sistemas de espines (protones)
-prediga las caractersticas de los espectros de RMN-P1PH (A temperatura ambiente) de los
compuestos mostrados en la Tabla 5.31, especificando los desplazamientos qumicos
(segn tablas), -intensidades relativas, -multiplicidad, constantes de acoplamiento e
intensidades relativas dentro del multiplete (en el caso de que se pueda considerar al
sistema de primer orden a 500 MHz).
-estime los desplazamientos qumicos en RMN-P13PC
Tabla 5.31 Compuestos para estimar sus caractersticas espectrales
A CH3CH2OCH2CH3 B CH3OCH2CH2OCH3 C CH3NHCH2CH3
D CH3CH2CH2CONH2
E H3C
CH2
CH
O
F
Cl
H2C
C
H
OH
Br
G
C CH
CO
H
H
H H
C CCH3
CO
OCH3
H
H I
C CH
CO
OH
H3C
H
J NO2O2N
K
NO2
O2N L
NH2O2N
M
NO2
OCH3 N
Br
Br O
BtBr
OH
P CH2
H2C
OCH3
Q
CH3
CH3
CH2OH
R
H2C
H2CCH2
C
OC
O
O
S
CH3
CH3C CH3
Cl
T
CH3
CH3C O
HCH3 U
H
CCl OCH3
H
244
Resonancia Magntica Nuclear
2.- Clasifique los sistemas de espines que corresponden a los protones en las siguientes
3.- Sugiera
molculas:
la estructura para cada uno de los compuestos cuya frmula global y
parmetros del espectro de RMN-P1PH a 60 MHz se indican en la Tabla 5.32. Todas las
seales son singletes o cuasi singletes (s) en esas condiciones. Los valores relativos de la integracin de las seales se sealan entre parntesis. act- intercambia con DB2BO.
Tabla 5.32 Compuestos problema slo con singletes A CB2BHB4BOB2B 11.37(1 act) 2.10 (3) B C2H4O2B 8.08(1) 3.77(3) B B B B BC C7H8B B B B 7.17(s 5) 2.32 (3) D C H B B8B B10 7.10(2) 2.25(3) E C HB9B B12B 6.78(1) 2.25(3) F C H BO B4B B10 3.41(1 act) 0.78(9) G C H N B4B B11B 1.23(2 act) 1.15(9) H C7BH8BO B B 7.28( s 5) 4.58(2) 2. 43(1 act) I CB5BHB8BOB4B 3.79(3) 3.33 (1) J C H OBB6B B12B 2B 1.87(1) 1.45(3) K C4H9BNOB B B .97(1) 3.02(1) 2.82(1) 1L C9H1 O B B B 0B 7.13 (s 5) 3.50(2) 1.91(3) M C H OB5B B8B B3B 3.62(3) 3.45(2) 2.17(3) N C H NOB3B B5B 4.20(2) 3.47(3) O C H NOB4B B7B 3.22(1 act) 1.63(6) P C H NOB4B B5B B2B 3.82(3) 3.48(2) Q C4BH2BOB B B3B 7.10(2) R C3H7NO B B B B 7.02(1) 1.97(3) 1.88(3) S C4H1 OB B B 2B B3BSi 3.51(3) 0.02(9) T C3H7BNOB B B B2B 3.82 (3) 2.90(2) 3.05(2 act) U C6H1 OB B B 2B B2B 4.08(1, act) 2.58(2) 2.31(3) 1.20(6) V CB8BHB10BOB4B 4.70(2) 2.08(3)
245
Resonancia Magntica Nuclear
4.- Sugiera la estructura para frmula molecular y datos cada uno de los compuestos cuya
del espectro RMN-P PH (60MHz) en CDClB3 B(u otro solvente) se muestran en la Tabla 5.33
Tabla 5.33 Compuestos problema con multipletes A C H Br 7.3ppm(5H+. ancha) 4.32ppm (2H=, s)
1
B7B B7B P P P P
B CB8BHB10B 7.08ppm(5HP=P , s) 2.46ppm(2HP8.0Hz)
+P, q J=8.0Hz) 1.08ppm(3HP+P , t J=
C CB3BHB6BBrB2B 3.54(2 HP+P, t J=7.0 Hz) 2.34ppm(1 HP+P, quintete J=7.0Hz) D CB3BHB7BBr (2 HP+P, t J=7.0Hz) 1.5-2.2 ppm (2 HP P, m) 1.06ppm (3 HP P, t J=8.0 Hz) 3.35ppm + +
E CB3BHB7BBr 4.21ppm(1 HP+P, heptuplete J=6.5Hz) 1.66ppm(6 HP+P, d, J=6.5Hz) F CB8BHB14BOB4B 4.13ppm(2 HP+P, q J=7.5Hz) 2.52ppm(2 HP+P, s) 1.23ppm(3 HP+P, t J=7.5Hz) G CB9BHB12B 7.06ppm(5 HP+P, s) 2.75ppm(1 HP+P, hept. J=7.0Hz) 1.13ppm(6 HP+P, d J=7.0Hz) H CB3BHB7BNOB2B z) (DB2BO)(3 HP+P activos) 4.6ppm (1 HP+P, q, J=8.0Hz) 1.6 ppm(3 HP+P, d, J=8.0HI CB5BHB9BBrOB2B 4.19ppm(2 HP+P, q J=7.5Hz) 3.58ppm(2 HP+P, t J=7.5Hz) 2.86ppm(2 HP+P, t
J=7.5Hz) 1.28ppm(3 HP+P, t J=7.5Hz) J CB8BHB8BOB3B (cido TFA) 8.29ppm(2 HP+P, d J=9.0Hz) 7.20ppm(2 HP+P, d J=9.0Hz)
4.05ppm(3 HP+P, s) K CB7BHB7BNOB2B +P, s) 7.98ppm(2 HP+P, d, J=9.0Hz) 7.25ppm(2 HP+P, d J=9.0Hz) 2.40ppm(3 HPL C8H9BNO2B +P, d J=9.5Hz) 7.27ppm(2 H+P, d J=9.5Hz) 2.38ppm(3 B B B B (DB2BO) 7.65ppm(2 HP P
HP+P, s) seal residual (HOD) a 4.87ppm M CB4BHB9BNO 3.54ppm(4 HP+P, t J=5.0Hz) 3.67ppm(4 HP+P, t J=5.0Hz) 2.25ppm(1 HP+P, activo
s)
N CB9BHB11BNO 8.2-8.3ppm(1 HP+P, activo, s ancho) 7.32ppm(2 HP+P, d J=9.0Hz) 7.00ppm(2 HP+Pd + +
, J=9.0Hz) 2.32ppm(3 H P, s) 2.08ppm(3 H P, s) P P
O CB8BHB7BCl 7.35ppm(4 HP+P, m) 6.69ppm(1 HP+P, dd J= 11.0/18.0Hz) 5.68ppm(1 HP+P, dd J=2.0/18.0Hz) 5.27ppm(1 HP+P, dd J=2.0/11.0Hz)
P CB9BHB6BOB2B 7.70ppm(1 HP+P, d J=10.0Hz) 7.1-7.7ppm(4 HP+P, m) 6.35ppm(1 HP+P, d J=10.0Hz) Q CB10BHB14BO .0/9.0Hz) 6.58ppm (1 HP+P, d 7.02ppm(1 HP+P, d J=9.0Hz) 6.70ppm(1 HP+P, dd J=2
J=2.0Hz) 5.27ppm(1 HP+P, s, activo) 3.11ppm(1 HP+P, heptuplete J=8.0Hz) 2.11ppm(3 HP+P, s) 1.15ppm(6 HP+P, d J=8.0Hz)
246
Resonancia Magntica Nuclear
Problemas
e las informaciones espectroscpicas y frmulas moleculares que se
es y
1.- A partir d
brindan en la Figuras 5.161 a 5.189, determine las estructuras, asigne todas las seal
calcule, cuando proceda, los parmetros espectrales de los compuestos.
Figura 5.161
Figura 5.162
247
Resonancia Magntica Nuclear
Figura 5.163
Figura 5.164
Figura 5.165
248
Resonancia Magntica Nuclear
Figura 5.166
Figura 5.167
Figura 5.168
249
Resonancia Magntica Nuclear
Figura 5.169
Tabla 5.170
Figura 5.171
250
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Figura 5. 172
Figura 5.173
251
Resonancia Magntica Nuclear
Figura 5.174
Figura 5.175
252
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Figura 5.176
Figura 5.177
Figura 5.178
253
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Figura 5.179
Figura 5.180
254
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Figura 5.181
255
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Figura 5.182
Figura 5.183
256
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Figura 5.184
Figura 5.185
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Figura 5.186
Figura 5.187
258
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Figura 5.188
259
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Figura 5.189
260
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2.- A continuacin en la Figuras 5.190-1 a 5.190-47 se muestran espectros de RMN-P13PC
en CDClB3B o en dioxano (en este caso se indica la seal del disolvente) de diferentes
compuestos con las frmulas moleculares sealadas. En todos los casos se reportan los
desplazamientos qumicos y las multiplicidades correspondientes (q - CHB3B, t - CHB2B, d -
CH, s - C). Determine las estructuras de los compuestos y asigne las seales.
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Figura 5.190-1 a -47 Espectros problema de RMN-P13PC
272
Resonancia Magntica Nuclear
4.- A una muestra de 2-octanol disuelta en acetona-dB6B se le aplic el experimento de
inversin-recuperacin para determinar los tiempos de relajacin TB1B a todos sus ncleos
de carbono. A continuacin se muestran, en la Figura 5.191, los espectros de RMN-P13PC
20 MHz a 30P0P C para tiempos de evolucin desde 0.4 a 4.4 s (intervalo 0.2 s) y 32.0 s
donde se asume recuperacin total.
Asigne todas las seales y estime los valores de TB1B para todos los carbonos. Qu nos
indican los resultados respecto a la movilidad a lo largo de la cadena carbonada?
Figura 5.191 Experimento de inversin-recuperacin para el 2-octanol
5.- El espectro de RMN-P13PC 22.63 MHz con desacoplamiento alternado de un compuesto
de frmula molecular CB3BHB3BFB3BOB2B se registr en acetona-dB6B y se muestra en la Figura
5.192 Los desplazamientos qumicos y constantes de acoplamiento aparecen indicados.
Determine la estructura del compuesto.
Figura 5.192 Espectro RMN-P13PC con desacoplamiento alternado
273
Resonancia Magntica Nuclear
6.- Los espectros RMN-P13PC de rutina y con desacoplamiento alternado de un
hidrocarburo de frmula molecular CB11BHB12B se muestran en la Figura 5.193. Determine la
estructura del compuesto.
Figura 5.193 Espectros RMN-P13PC de compuesto de frmula molecular CB11BHB12B
7.- En la Figura 5.194 se muestra el espectro RMN-P13PC con extincin de NOE (tiempo
entre pulsos: 120 s) del acetoacetato de etilo. Interprete los resultados y estime
cuantitativamente la proporcin de las especies en equilibrio presentes sobre la base de la
integracin de las seales que se dan a continuacin.
Desplazamiento qumico/integral: 202.3/ 994, 177.6/ 71, 174.3/ 57, 168.6/ 950, 90.6/ 22,
61.7/ 1008, 60.8/ 58, 50.5/ 1021, 30.1/ 1126, 21.1/ 71, 14.5/ 63, 14.4/981.
Tabla 5.194 Espectro de RMN-P13PC con extincin de NOE del acetocetato de etilo
274
Resonancia Magntica Nuclear
8.- En la Figura 5.195 se muestra un experimento de RMN-P1PH-Dinmica de la 3 N-
dimetilamino-acrolena. Asigne las seales y determine los parmetros del proceso
dinmico presente. Las temperaturas de los espectros aparecen indicadas.
Figura 5.195 Espectros RMN-P1PH 250 MHz en CDClB3B de la 3-N-dimetilamino acrolena
275
Resonancia Magntica Nuclear
9.- Determine la estructura y configuracin relativa del cicloaducto formado por reaccin
del 1-(N,Ndimetilamino)-2-metil-1,3-butadieno con el -nitroestireno a partir de los
espectros RMN-P1PH y COSY a 400 MHz mostrados en la Figura 5.196
Figura 5.196 Espectros COSY y RMN-P1PH del cicloaducto
276
Resonancia Magntica Nuclear
10.- Determine la estructura del flavonoide de frmula global CB18BHB20BOB6B a partir del
espectro combinado HETCOR y COLOC mostrado en la Figura 5.197. La conectividades
HETCOR aparecen en negrita y las COLOC como crculos en blanco. Los espectros
fueron medidos en un equipo con resonancia protnica A 200 MHz en DMSO-dB6B. La
seal a 12.4 ppm corresponde a un hidrgeno activo.
Figura 5.197 Diagrama HETCOR/COLOC de un flavonoide
277
Resonancia Magntica Nuclear
11.- Con el objetivo de asignar todas las seales protnicas del carbohidrato mostrado en
la Figura 5.198 se registraron los espectros 1D-protnico y DQF-COSY. Asigne todos
los protones. Las intensas seales de los grupos acetilo causan considerable ruido en fB1B
en el DQF-COSY.
Figura 5.198 Espectros RMN-P1PH y DQF-COSY
278
Resonancia Magntica Nuclear
12.- Determine la estructura y asigne todas las seales del hidrocarburo CB10BHB8B cuyos
espectros se muestra en las Figuras 5.1.99 a 5.202.
Figura 5.199 Espectros 1D RMN-P1PH y -P13PC
Figura 5.200 Espectro DQF-COSY
279
Resonancia Magntica Nuclear
Figura 5.201 Espectro HMQC
Figura 5.202 Espectro HMBC y ampliacin
280
Resonancia Magntica Nuclear
13.- Determine las fracciones molares en una mezcla de n-butanol y n-propanol cuyo
espectro de RMN-P1PH se muestra en la Figura 5.203
Figura 5.203 Espectro RMN-P1PH de mezcla de n-butanol y n-propanol
14.- Indique los experimentos de RMN ms adecuados para resolver los siguientes
problemas:
(Opciones: COSY, DQF-COSY, TOCSY, NOESy, ROESY, HETCOR, COLOC,
HMQC, HSQC, HMBC, NOEDif, INADEQUATE, DEPT)
a.-Asignar las seales de los carbonos cuaternarios a partir de la asignacin conocida del
espectro protnico de una muestra de 2 mg o de 30 mg de un compuesto.
b.- Asignar los protones correspondientes a los diferentes sistemas de espines de las
unidades de azcar de un pentasacrido.
c.- Determinar la unin de los diferentes azcares de un trisacrido, se cuenta con as
asignaciones de P1PH y P13PC de sus unidades.
d.- Asignar los desplazamientos qumicos protnicos de un esteroide partiendo de la
asignacin del espectro de P13PC.
e.- Asignacin estereoespecfica de los metilos de un grupo gem-dimetilo en un
triterpeno con espectro de RMN-P1PH muy complejo y superpuesto.
281
Resonancia Magntica Nuclear
f.- Determinar la vecindad espacial entre grupos metilos pertenecientes a dos residuos
aminoacdicos remotos en un pptido de masa moleular 1500 Da.
g.- Determinar los protones que estn escalarmente acoplados con un protn particular.
h.- Determinar el nmero de protones unidos a cada carbono en un compuesto de masa
molecular moderada.
i.- Utilizar como patrn para caracterizar una protena marcada con P15PN en la
investigacin farmacetica.
5.12 Bibliografa
1.- T.C.Farrar, An Introduction to Pulse NMR Spectroscopy, Farragut Press, Chicago,
1987
2.- L.M.Jackman, S.Sternhell, Applications of NMR Spectroscopy in Organic Chemistry,
2PndP Edition, Pergamon Press, New York, 1969
3.- E.Breitmaier, W.Voelter, Carbon-13 NMR Spectroscopy, 3rd Edition, VCH, New
York, 1987
4.- H.Gnther, NMR Spectroscopy. Basic Principles, Concepts and Applications in
Chemistry, 2nd Edition, Wiley, Chichester, 1995
5.- P.J. Hore, Nuclear Magnetic Resonance, Oxford University Press, Oxford, 1995.
6.- J.K.M.Sanders, B.K.Hunter, Modern NMR Spectroscopy. A Guide for Chemists, 2nd
Ed., Oxford University Press, Oxford, 1993
7.- T.D.W.Claridge, High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry, Pergamon,
New York, 1999.
8.- H.Friebolin, Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy, 2nd Ed., VCH,
New York, 1993
9.- E.Breitmaier, Elucidation by NMR in Organic Chemistry: A Practical Guide, Wiley,
New York, 2002
10.- J.Keeler, Understanding NMR, Wiley, New York, 2002
11.- S.W.Homans, A Dictionary of Concepts in NMR, Clarendon Press, Oxford, 1992.
12.- R.R. Ernst, G. Bodenhausen, A.Wokaun, Principles of Nuclear Magnetic Resonance
in One and Two Dimensions, Clarendon Press, Oxford, 1990
13.- D. Neuhaus, M.Williamson, The Nuclear Overhauser Effect, VCH, New York, 1989
282
Resonancia Magntica Nuclear
14.- J.Sandstrom Dynamic NMR Spectroscopy, Academic Press, New York, 1982
15.- K.Wthrich, NMR of Proteins and Nucleic Acids, Wiley, New York, 1986
16.- G.S.Rule, T.K.Hitchens, Fundamentals of Protein NMR Spectroscopy, Springer,
Dordrecht, 2006
17.- B.Blmich, Essential NMR, Springer, Berlin, 2005
18.- S.Braun, H.O.Kalinowski, S.Berger, 150 and More Basic NMR Experiments, Wiley-
VCH, Weinheim, 1998
19.- Base de datos espectroscpicos de compuestos orgnicos del National Institute of
Advanced Science and Technology (AIST), Japn. Direccin de Internet (acceso libre):
www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/cgi-bin/cre-index.cgi
283