Práctica 1- Fundamentos de RMN de Protón PDF

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Objetivo General Al término de la práctica el alumno será capaz de explicar los fundamentos de resonancia magnética nuclear y aplicar estos fundamentos a la interpretación de espectros sencillos de RMN1H.

Objetivos Específicos  Comprender los fundamentos de la RMN.  Comprender el funcionamiento de un equipo de RMN.  Aplicar los fundamentos de RMN a la interpretación de espectros de RMN1H.  Obtener un espectro de RMN 1H de un compuesto desconocido y realizar la asignación de su espectro.

Introducción La espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) es una herramienta que se emplea para la determinación de estructuras orgánicas. Este método no requiere de una gran cantidad de muestra y no es destructiva. Los núcleos atómicos se comportan como si estuvieran girando alrededor de un eje. Debido a que poseen carga positiva, estos actúan como imanes y son capaces de interactuar con un campo magnético externo. Cuando los núcleos se colocan en un campo magnético se orientan con o contra el campo. Estos son irradiados con radiofrecuencia, donde absorben la energía y los núcleos ven “invertido su espín” de un estado de menor energía a uno mayor. Esta absorción es la que se detecta y se muestra como espectro de RMN. A la posición de cada pico se le denomina como desplazamiento químico, que son ocasionados debido a que los electrones son capaces de generar pequeños campos magnéticos que protegen del campo aplicado a los núcleos.

Se utiliza el tetrametilsilano (TMS) como referencia debido a que muestra valores de absorción en frecuencias altas, asignándosele el valor de 0. En el espectro de RMN de protón, el área bajo cada señal puede integrarse para determinar el número relativo de hidrógenos de cada señal. Además, los espines nucleares vecinos pueden acoplarse, ocasionando el desdoblamiento espín-espín en multipletes de las señales. (McMurry, 2012; Wade, 2012)

Desarrollo S

Cuestionario 1. ¿Cuántas señales de RMN1H tendrá cada uno de los siguientes compuestos?

Compuesto y número de señales en RMN 1H

¿Por qué sólo se ve ese número de señales?

La molécula es simétrica. Todos los hidrógenos equivalentes.

son

químicamente

La molécula presenta un plano de simetría. Los

H

a

son

equivalentes, al

químicamente igual

que

los

etiquetados como b y c.

Se observan 3 señales, dos se deben a los H de los metoxilos, una por los H del metilo que está unido al C y otra señal debida a los H de los metilos unidos al N, son equivalentes. Una señal es debida a los H de los metilos

unidos

químicamente

al

Si

equivalentes),

(son la

segunda señal se debe a los H del t-butilo

(químicamente

equivalentes), la tercera señal se debe a los H del metilo unido al N. Una señas es debida a los H del tbutilo (químicamente equivalentes), la segunda se debe al H unido al grupo carbonilo.

2. Un isómero del ácido dimetoxibenzoico muestra las siguientes señales en el espectro de RMN 1H: 3.85(6H, s), 6.63(1H, t, J = 2 Hz), 7.17(2H, d, J = 2Hz) y un isómero del ácido coumálico muestra las siguientes señales en RMN1H: 6.41 (1H, d, J = 10 Hz), 7.82 (1H, dd, J = 2, 10 Hz), 8.51 (1H, d, J = 2 Hz). En cada caso, ¿cuál es el isómero correspondiente?

Ácido dimetoxibenzoico

Ácido coumálico

3. Asigne el espectro de RMN1H que se muestra abajo y justifique su respuesta.

a

b

c d

Hay 4 tipos de H presentes en la estructura. 6 protones de los metilos ( d), los cuales son equivalentes y se encuentran más protegidos, esto hace que aparezca una señal simple a frecuencias altas; 3 protones de un grupo metilo ( b), no son equivalentes a los d, apareciendo a una frecuencia menor que d como una señal simple; 2 protones de un metileno (a), que aparece en una frecuencia más baja como una señal simple al verse afectado por el grupo carbonilo; 1 protón ( c), por efecto anisotrópico, se observa como una señal simple en una frecuencia baja.

4. Asigne el espectro de RMN1H y explique a que se debe la multiplicada de cada una de las señales.

o La señal de 0.97 se muestra como triplete debido a que interacciona con los H del metileno de 1.42, con una constante de acoplamiento de 7 Hz que corresponde a los protones con rotación libre alrededor del enlace C-C. o La señal de 1.42 es un sextuplete debido a que interacciona con 5 carbonos, tres del grupo metilo en 0.97 y 2 del metileno en 2, con una constante de acoplamiento de 7 Hz de un enlace con rotación libre. o La señal 2 es un quintuplete debido a que interacciona con cuatro H, dos protones de cada metileno adyacente, con constante de acoplamiento de 7 Hz de un enlace con rotación libre. o La señal 4.4 es triple debido a que interacciona con los H de 4.40, siendo la señal más desplazada a frecuencias bajas por la interacción con un grupo más electronegativo como lo es el nitro.

o La señal en 2.45, son 4 protones de grupos metileno, es un triplete debido a que interacciona con los 2 H de 2.8, con una constante de acoplamiento de enlace de rotación libre menor, ya que el cierre del anillo y la presencia del N impiden que la rotación se lleve a cabo a menor velocidad. o La señal en 2.8, son 4 protones del grupo metileno cercano al carbonilo, se encuentra a una frecuencia más baja respecto de los protones de 2.45 ya que el O del carbonilo es más electronegativo, es triple pues interacciona con los H de 2.45, con constante de acoplamiento de rotación de enlace libre menor pues se lleva a cabo a una menor velocidad. o La señal en 2.93 es séptuple pues interacciona con los H de ambos CH3 y la constante de acoplamiento corresponde a un enlace de rotación libre. o La señal en 1.08 corresponde a 6 protones de dos grupos metilo, es doble pues sólo interacciona con el protón de 2.93, con constante de acoplamiento respectiva a un enlace de rotación libre.

o La señal en 1, corresponde al metilo, es triple debido a que interacciona con los dos protones de 1.75 y su constante de acoplamiento corresponde a un enlace de rotación libre.

o La señal en 1.75, del metileno, es séxtuple debido a que interacciona con los H de 2.91 y los de 1 y su constante de acoplamiento corresponde a un enlace de rotación libre. o La señal en 7.4-7.9 es un singlete debido a que todos los protones son equivalentes.

5. Se ha obtenido el producto de nitración (C8H11N3O2) de la siguiente piridina. El espectro de RMN1H se muestra a continuación. Con base en el espectro determine en donde se encuentra el grupo nitro, a) en el anillo, b) en el átomo de nitrógeno del NH o c) en la cadena alifática. Del análisis del espectro, determine la estructura del producto de nitración.

d

Discusión H

b

S/A

a

e

f

g

h

Conclusiones Al finalizar la práctica se logró comprender y explicar los fundamentos básicos de la RMN1H, de igual manera el funcionamiento teórico del equipo, se aplicaron dichos fundamentos para la interpretación de espectros de distintos compuestos. No se logró obtener un espectro de RMN por nuestra cuenta, debido a cuestiones externas.

Bibliografía Wade, L. G. (2012). Química orgánica Volumen 1. Pearson. McMurry, J. (2012). Quimica Orgánica. Cengage Learning Editores....