El lunes 14 de noviembre de 2011 a las 12:00 (tiempo de de la Zona Centro de México) realizaré un Chat en:
http://foros.eluniversal.com.mx/entrevistas.html
RMN "Química desde el sonido hasta el computo cuántico"
"Chemistry, Our life, our future" es el lema del año internacional de la química. La cual se encarga de entender y modificar a la naturaleza desde su composición atómica. Para lograrlo es necesario conocer la disposición espacial de los átomos y la manera en la cual interactúan. En la actualidad se emplea para analizar y determinar la estructura molecular, métodos espectroscópicos que son no destructivos. La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es el más importante de ellos y emplea diferentes técnicas para establecer la conectividad, disposición espacial, interacciones inte- o intramoleculares así como determinar la movilidad que tienen las moléculas.
Por medio de la RMN es posible demostrar de manera experimental algunos conceptos teóricos de física y matemátias así como relacionarlos con la química. Dentro de ellos se encuentra: el sonido, la radiofrecuencia, el electromagnetismo, la mecánica cuántica, y es necesario entender desde el punto de vista de las matemáticas la manera en la que los espectros se adquieren, procesan, visualizan y analizan. Lo anterior son las herramientas que permiten obtener la información necesaria para descubrir las moléculas que nos permiten tener una vida saludable y disfrutar de las comodidades que brindan tanto las sustancias de origen natural como las que han sido modificadas mediante reacciones químicas.
Armando Ariza Castolo - Departamento de Química - Cinvestav-IPN - México
viernes, 11 de noviembre de 2011
jueves, 8 de septiembre de 2011
Historia de la RMN
Hasta el momento he considerado que la mejor manera de escribir la historia es únicamente contando aquellos hechos que han sido transcendentes y los autores que los realizaron.
Existen otras formas que son muy personales y en ocasiones pueden tener una licencia literaria. Una de ellas, me ha llamado la atención porque la he visto repetida en más de una ocasión por diferentes estudiantes. Por lo que vale la pena dar credito al autor:
Francisco Sánchez Ferrando.
Y su breve resumen histórico de la Resonancia Magnética Nuclear se encuentra en:
Existen otras formas que son muy personales y en ocasiones pueden tener una licencia literaria. Una de ellas, me ha llamado la atención porque la he visto repetida en más de una ocasión por diferentes estudiantes. Por lo que vale la pena dar credito al autor:
Francisco Sánchez Ferrando.
Y su breve resumen histórico de la Resonancia Magnética Nuclear se encuentra en:
lunes, 29 de agosto de 2011
La primera década de la RMN
Después de tener éxito en la determinación de espectros de RMN se realizaron descubrimientos que han sido la clave del gran desarrollo de ésta espectroscopia.
Como son:
1. El desplazamiento químico
2. Las constantes de acoplamiento
3. Los mecanismos de relajación
Esto sirvió de base para obtener información que se relaciona con la estructura química y la dinámica molecular.
Acompañado a la adecuada interpretación de estos hallazgos se inicio el desarrollo tecnológico que permitió que pronto se contara con espectrómetros comerciales y se cimento las bases de la espectroscopia de pulsos.
Algunos de los hechos más importantes se resumen a continuación.
Como son:
1. El desplazamiento químico
2. Las constantes de acoplamiento
3. Los mecanismos de relajación
Esto sirvió de base para obtener información que se relaciona con la estructura química y la dinámica molecular.
Acompañado a la adecuada interpretación de estos hallazgos se inicio el desarrollo tecnológico que permitió que pronto se contara con espectrómetros comerciales y se cimento las bases de la espectroscopia de pulsos.
Algunos de los hechos más importantes se resumen a continuación.
| AÑO | AUTOR(ES) | HECHOS |
|---|---|---|
| 1956 | Jardetzky, Odeblad | Primeros estudios de RMN en fluidos corporales y tejidos |
| 1955 | Solomon | Ecuaciones de Solomon para la relajación de RMN |
| Redfield | Relajación en un marco rotante | |
| 1954 | Carr | Espín eco por Carr-Purcell |
| 1953 | Ramsey (Nobel 1989) | Teoría del desplazamiento químico y de las constantes de acoplamiento espín-espín |
| Overhauser | Efecto nuclear Overhauser (siglas en Inglés nOe) | |
| Bloch | Ecuaciones de Bloch para la relajación de RMN | |
| Gutowsky, McConnell | Teoría del intercambio químico en RMN | |
| 1952 | Varian | Primer espectrómetro comercial (30 MHz, 0.705 T) |
| Bloch, Purcell | Reciben premio Nobel por su contribución a la RMN | |
| 1951 | Arnold | Descubrimiento del desplazamiento químico de 1H |
| 1950 | Hanh | Espín eco de Hahn |
| Dehmelt | Resonancia Cuadrupolar Nuclear | |
| 1949 | Knight-Proctor | Descubrimiento del desplazamiento químico |
| Proctor-You | Descubrimiento de las constantes de acoplamiento | |
| 1948 | Bloembergen(Nobel 1981)-Purcell-Pound | Teoría de la relajación, artículo BPP |
| Van Vleck (Nobel 1977) | Expresión de Van Vleck para 2° y 4° momentos | |
| 1946 | Bloch, Purcell (Nobel 1952) | Detección de RMN en materiales condensados |
lunes, 4 de julio de 2011
A HOMBROS DE GIGANTES
Standing on the Shoulder of Giants
Actualmente los científicos más famosos son aquellos a los que se les ha otorgado el premio Nobel.
"por su contribución al desarrollo del método de irradiación molecular y el descubrimiento del momento magnético del protón"
1943
"Por su método de resonancia para detectar las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos"
1944
Felix Bloch
"por el desarrollo de los nuevos métodos para medir con precisión el magnetismo nuclear y descubrimiento en relación a los mismos"
1952
en química:
"por su contribución en el desarrollo de la metodología espectroscópica de la resonancia magnética nuclear (RMN) de alta resolución"
1991
"por el desarrollo de la resonancia magnética nuclear para determinar la estructura tridimensional de macromoléculas biológicas en solución".
2002
en medicina:
Paul C. Lauterbur
"por su descubrimiento relacionado con la resonancia magnética de imágenes"
2003
Actualmente los científicos más famosos son aquellos a los que se les ha otorgado el premio Nobel.
La historia se puede contar de manera apasionada considerando el punto de vista particular del que la cuenta.
Para algunos la RMN es una herramiento mientras que para otros es un área de investigación.
Por sus contribuciones a la Resonancia Magnética Nuclear han sido reconocidos con el premio Nobel
en física:"por su contribución al desarrollo del método de irradiación molecular y el descubrimiento del momento magnético del protón"
1943
1944
1952
en química:
1991
2002
en medicina:
Paul C. Lauterbur
2003
viernes, 13 de mayo de 2011
Prehistoria de la RMN
Se considera que la historia de la resonancia magnética nuclear (RMN) se inicia con las determinaciones en fase condensada realizadas por los grupos encabezados por Felix Bloch y Edward Mills Purcell. Quienes desarrollaron nuevos métodos que permitieron la medición precisa de núcleos magnéticos, éste hecho fue publicado en 1945 y reconocido con el premio Nobel de física en 1952.
La tabla que muestro a continuación son los hechos más importantes desde mi punto de vista que contribuyeron de manera significativa al desarrollo de la RMN.
La tabla que muestro a continuación son los hechos más importantes desde mi punto de vista que contribuyeron de manera significativa al desarrollo de la RMN.
| AÑO | AUTOR(ES) | HECHOS |
|---|---|---|
| 1942 | Gorter-Broer | Experimento de RMN usando el método molecular |
| 1936 | Gorter | Experimento sin éxito de RMN en éstado sólido |
| 1935 | Rabi (Nobel 1944) | Método de Resonanca para detectar las propiedade magnéticas de los núcleos atómico y termino RMN |
| Pauli (Nobel 1945) | Reconocimiento de las propiedades físicas de las particulas elementales | |
| Stern (Nobel 1943)-Gerlach | Determinación del momento magnético nuclear | |
| Antes de 1923 | Oersted, Ampere, | Conexión entre electricidad y magnetismo (Efecto Zeeman) |
| Faraday, Hertz, Lenz, | Zeeman-Lorentz (Nobel 1902) |
martes, 8 de marzo de 2011
lunes, 28 de febrero de 2011
Métodos de Resonancia Magnética Nuclear
Este curso es parte del programa de Doctorado en Ciencias que se imparte en el departamento de Química del CINVESTAV-IPN (Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN).
Inicia: 2 de marzo de 2011
Las clases son: lunes, miércoles y viernes de 0800 a 0900
Una versión resumida del programa se encuentra en:
http://quimica.cinvestav.mx/LinkClick.aspx?fileticket=91f-pQtYz8w%3d&tabid=260
El programa del curso que se impartió durante el primer semestre de 2010 se encuentra abajo:
1. Fundamentos de espectroscopia
1. R. S. Drago, “Physical Methods in Chemistry”, editorial W. B. Saunders Company (1977).
Capitulo 7:
Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy- Elementary Aspects.
Capitulo 8:
NMR- Additional Principles and Applications.
Principios de RMN del método de pulsos y Transformada de Fourier:
2. I. I. Rangel Salas y A. Ariza-Castolo, Educación Química, 1997; 8:231.
3. Tutorial del programa "FID simulator"
4. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1989, 66:A213.
6. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1989, 66:A243.
7. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1990, 67:A93.
8. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1990, 67:A100.
9. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1990, 67:A125.
10. W. von Philipsborn, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1971; 7:472.
11. H. Kessler, M. Geherke y C. Griesinger, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1988; 27:490.
Métodos de gradiente de campo magnético:
12. T. Parella, Magn. Reson. Chem., 1996; 34:329.
13. T. Parella, Magn. Reson. Chem., 1998; 36:467.
RMN dinámica:
14. G. Binsh, Topics in Stereochemistry, Interscience Publishers, 1968; 3: 97.
15. C. L. Perrin, T. J. Duyer, Chem. Rev., 1990; 90:935.
16. G. Binsch, H. Kessler, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1980; 19:411.
17. E. Breitmaier, K. H. Spohn, S. Berger, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1975; 14:144.
18. J. B. Lambert, R. J. Nienhuis, J. W. Keepers, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1981; 20:487.
Libros que contienen algunos temas de este programa:
19. H. Friebolin, “Basic One- and Two-dimensional NMR Spectrsocopy”, 2ª edición ampliada, VCH, 1993.
20. A. E. Derome, “Modern NMR techniques for Chemistry Research” Pergamon Press, 1989.
21. J. K. M Sanders y B. K. Hunter, “Modern NMR spectroscopy”, 2ª edición, Oxford University Press, 1993.
22. H. Günter, “NMR Spectroscopy”, Second Edition, John Wiley and Sons, 1998.
23. S. Berger y S. Braun, “200 and More NMR Experiments”. Wiley-VCH, 2004.
24. M. Oki, "Applications of Dynamic NMR Spectroscopy to Organic Chemistry", VCH Publishers, Inc., 1985.
25. R. Freeman, "A handbook of Nuclear Magnetic Resonance", Longman, 2ª edición., 1997.
26. R. R. Ernst, G. Bodenhausen, A. Wokaun, "Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions", 1ª edición corregida, Oxford Science Publications, 1988.
27. T. D. W. Claridge, “High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry”, 2ª edición, Pergamon, 2009.
28. A. Ariza Castolo, V. Bakhutov, R. Contreras Theurel, N. Farfan García, A. Flores Parra, B. Gordillo Román, E. Juaristi Cossio, A. Paz Sandoval, M. de J. Rosales Hoz, R. L. Santillán Baca, “Ejemplos Prácticos del Uso de la RMN en la Química”, Editorial Cinvestav, 2006.
29. M. H. Levitt, “Spin Dynamics”, Second Edition, John Wiley and Sons, 2008.
Libros que contienen la mayoría de los temas de este programa:
30. J. Keeler, “Understanding NMR Spectroscopy”, Wiley, 2005.
31. R. S. Macomber, “A complete introduction to modern NMR spectroscopy”, Wiley-Interscience, 1998.
Publicaciones periódicas:
J. Magn. Reson.
(Desarrollo técnicos y teóricos, así como estado sólido e imágenes)
Magn. Reson. Chem.
(Aplicaciones y datos de compuestos, revisiones de aspectos prácticos de las técnicas de RMN, procesamiento, etc.)
Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
Publica revisiones que describen la investigación relacionada a la teoria y aplicaciones de RMN.
Annual Reports on NMR Spectroscopy
Publica revisiones sobre aspectos teoricos y experimentales que permiten la elucidación estructural por RMN.
Concepts in Magnetic Resonances
Puente entre la educación y la Investigación. Cubre el conocimiento de principios básicos y las expectativas de la RMN.
Programas de cómputo:
La versión en español del programa “FTNMR simulator”
También existen versiones en Ingles y francés que pueden ser descargadas desde el sitio del Prof. Harold Bell
En este sitio se encuentran diferentes programas de cómputo que han sido desarrollados por el Prof. Bell.
De los cuales el programa vtft, sirve para procesar diferentes tipos de espectros en una dimensión, tiene la ventaja que se debe realizar paso por paso; lo cual resulta muy didáctico.
El programa MesTre--Nova, es un muy popular por que es capaz de procesar espectros que se obtienen en diferentes plataformas y equipos, el cual se puede descargar desde (además cuenta con diferentes modos de analizar espectros)
El programa Nuts es uno de los programas comerciales más populares, existe una versión demo.
Dentro de la cual tiene una explicación muy didáctica del ajuste de la homogeneidad del campo magnético SAM (Shimming Ain't Magic)
El programa DELTA que utiliza Jeol es también gratuito y es una plataforma que permite procesar espectros de 1 o más dimensiones que no necesariamente deben de ser obtenidos en espectrómetros Jeol.
El programa SpinWorks permite procesar espectros y analizar el intercambio químico por medio del análisis de la forma de la señal.
El programa WINDNMR permite simular el intercambio químico entre diferentes patrones de acoplamiento. El progrma NMR Spin System Simulator realizado por el Prof. Eugenio Alvarado permite simular secuencias de pulsos paso a paso mostrando un análisis vectorial, matrices de densidad y análisis de energía observando los cambios de población.
Inicia: 2 de marzo de 2011
Las clases son: lunes, miércoles y viernes de 0800 a 0900
Una versión resumida del programa se encuentra en:
http://quimica.cinvestav.mx/LinkClick.aspx?fileticket=91f-pQtYz8w%3d&tabid=260
El programa del curso que se impartió durante el primer semestre de 2010 se encuentra abajo:
Métodos de Resonancia Magnética Nuclear
Dr. Armando Ariza Castolo
1. Fundamentos de espectroscopia
- Propiedades de la radiación electromagnética
- Interacción de la radiación con la materia
- Incertidumbre y escala de tiempo
- Estructura del átomo
- Los núcleos en un campo magnético
- Niveles de energía nuclear
- Descripción clásica de la RMN
- Ecuaciones de Bloch
- Onda continua
- Pulsos y transformada de Fourier
- Análisis de población
- Formalismo de operadores
- Modulación de J
- Mejoramiento de la sensibilidad
- Vías de transferencia de magnetización
- Correlación espectroscópica
- Correlación a través del espacio
- Selección del orden de coherencia
- Matrices de densidad
- Conceptos básicos
- Usos
- Mecanismos de relajación
- Determinación de sus contribuciones
- Principios básicos
- Escala de tiempo
- Determinación de parámetros cinéticos
- Métodos utilizados
- Difusión y tamaño molecular
- Mediciones de auto-difusión por RMN
- Aplicaciones de difusión por RMN
- Secuencias de difusión hibridas
- Bibliografía
1. R. S. Drago, “Physical Methods in Chemistry”, editorial W. B. Saunders Company (1977).
Capitulo 7:
Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy- Elementary Aspects.
Capitulo 8:
NMR- Additional Principles and Applications.
Principios de RMN del método de pulsos y Transformada de Fourier:
2. I. I. Rangel Salas y A. Ariza-Castolo, Educación Química, 1997; 8:231.
3. Tutorial del programa "FID simulator"
4. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1989, 66:A213.
6. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1989, 66:A243.
7. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1990, 67:A93.
8. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1990, 67:A100.
9. R. W. King y K. R. Williams, J. Chem. Educ., 1990, 67:A125.
10. W. von Philipsborn, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1971; 7:472.
11. H. Kessler, M. Geherke y C. Griesinger, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1988; 27:490.
Métodos de gradiente de campo magnético:
12. T. Parella, Magn. Reson. Chem., 1996; 34:329.
13. T. Parella, Magn. Reson. Chem., 1998; 36:467.
RMN dinámica:
14. G. Binsh, Topics in Stereochemistry, Interscience Publishers, 1968; 3: 97.
15. C. L. Perrin, T. J. Duyer, Chem. Rev., 1990; 90:935.
16. G. Binsch, H. Kessler, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1980; 19:411.
17. E. Breitmaier, K. H. Spohn, S. Berger, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1975; 14:144.
18. J. B. Lambert, R. J. Nienhuis, J. W. Keepers, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1981; 20:487.
Libros que contienen algunos temas de este programa:
19. H. Friebolin, “Basic One- and Two-dimensional NMR Spectrsocopy”, 2ª edición ampliada, VCH, 1993.
20. A. E. Derome, “Modern NMR techniques for Chemistry Research” Pergamon Press, 1989.
21. J. K. M Sanders y B. K. Hunter, “Modern NMR spectroscopy”, 2ª edición, Oxford University Press, 1993.
22. H. Günter, “NMR Spectroscopy”, Second Edition, John Wiley and Sons, 1998.
23. S. Berger y S. Braun, “200 and More NMR Experiments”. Wiley-VCH, 2004.
24. M. Oki, "Applications of Dynamic NMR Spectroscopy to Organic Chemistry", VCH Publishers, Inc., 1985.
25. R. Freeman, "A handbook of Nuclear Magnetic Resonance", Longman, 2ª edición., 1997.
26. R. R. Ernst, G. Bodenhausen, A. Wokaun, "Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions", 1ª edición corregida, Oxford Science Publications, 1988.
27. T. D. W. Claridge, “High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry”, 2ª edición, Pergamon, 2009.
28. A. Ariza Castolo, V. Bakhutov, R. Contreras Theurel, N. Farfan García, A. Flores Parra, B. Gordillo Román, E. Juaristi Cossio, A. Paz Sandoval, M. de J. Rosales Hoz, R. L. Santillán Baca, “Ejemplos Prácticos del Uso de la RMN en la Química”, Editorial Cinvestav, 2006.
29. M. H. Levitt, “Spin Dynamics”, Second Edition, John Wiley and Sons, 2008.
Libros que contienen la mayoría de los temas de este programa:
30. J. Keeler, “Understanding NMR Spectroscopy”, Wiley, 2005.
31. R. S. Macomber, “A complete introduction to modern NMR spectroscopy”, Wiley-Interscience, 1998.
Publicaciones periódicas:
J. Magn. Reson.
(Desarrollo técnicos y teóricos, así como estado sólido e imágenes)
(Aplicaciones y datos de compuestos, revisiones de aspectos prácticos de las técnicas de RMN, procesamiento, etc.)
Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
Publica revisiones que describen la investigación relacionada a la teoria y aplicaciones de RMN.
Annual Reports on NMR Spectroscopy
Publica revisiones sobre aspectos teoricos y experimentales que permiten la elucidación estructural por RMN.
Concepts in Magnetic Resonances
Puente entre la educación y la Investigación. Cubre el conocimiento de principios básicos y las expectativas de la RMN.
Programas de cómputo:
La versión en español del programa “FTNMR simulator”
También existen versiones en Ingles y francés que pueden ser descargadas desde el sitio del Prof. Harold Bell
En este sitio se encuentran diferentes programas de cómputo que han sido desarrollados por el Prof. Bell.
De los cuales el programa vtft, sirve para procesar diferentes tipos de espectros en una dimensión, tiene la ventaja que se debe realizar paso por paso; lo cual resulta muy didáctico.
El programa MesTre--Nova, es un muy popular por que es capaz de procesar espectros que se obtienen en diferentes plataformas y equipos, el cual se puede descargar desde (además cuenta con diferentes modos de analizar espectros)
El programa Nuts es uno de los programas comerciales más populares, existe una versión demo.
Dentro de la cual tiene una explicación muy didáctica del ajuste de la homogeneidad del campo magnético SAM (Shimming Ain't Magic)
El programa DELTA que utiliza Jeol es también gratuito y es una plataforma que permite procesar espectros de 1 o más dimensiones que no necesariamente deben de ser obtenidos en espectrómetros Jeol.
El programa SpinWorks permite procesar espectros y analizar el intercambio químico por medio del análisis de la forma de la señal.
El programa WINDNMR permite simular el intercambio químico entre diferentes patrones de acoplamiento. El progrma NMR Spin System Simulator realizado por el Prof. Eugenio Alvarado permite simular secuencias de pulsos paso a paso mostrando un análisis vectorial, matrices de densidad y análisis de energía observando los cambios de población.
lunes, 21 de febrero de 2011
RMI y AMOR PERDURABLE
Aun cuando ha pasado una semana del día de San valentin, bien vale la pena citar el trabajo de Bianca P. Acevedo y colaboradores. Quienes realizaron un estudio de RMI funcional para investigar el amor, em particular si el amor dura. El estuido reveló que la actividad cerebral de 10 mujeres y 7 hombres, con 21.4 años de casados en promedio, mientras veían las fotos de sus cónyuges presentaban actividad neuronal; lo que pone en evidencia que el amor dura.
lunes, 14 de febrero de 2011
La atracción es física, el amor es química
Necesitamos estar a la misma frecuencia para exista coherencia y tener resonancia
miércoles, 19 de enero de 2011
Curvas de Karplus
Martin Karplus (J. Chem. Phys., 1959;30:11, J. Am. Chem. Soc., 1963;85:2870) encontró la relación entre las constantes de acoplamiento vecinales hidrógeno-hidrógeno (3JH,H) con el ángulo torsional.
Actualmente se conocen parámetros específicos que permiten determinar el ángulo diedro hidrógeno-carbono en carbohidratos, péptidos. Además es posible determinar también el ángulo torsional carbono-carbono en carbohidratos y péptidos así como en fosfato oligoribunucleosidos a través de las constantes de acoplamiento carbono-fósforo.
Existen formas fáciles de calcularlas como la herramienta de Stenutz.
También se pueden utilizar diferentes ecuaciones para estimar los ángulos diedros empleando el programa MestReJ.
En el cual se encuentran diferentes ecuaciones (J. Chem. Inf. Compt. Sci. 2004;44:1680), muchas de las cuales fueron realizadas por Altona.
La importancia que tienen las curvas Karplus o tipo Karplus es que permiten determinar la configuración y conformación de las moléculas. Así como estimar la contribución de varias conformaciones en una molécula.
miércoles, 5 de enero de 2011
IYC 2011
Objetivos:
- Incrementar la apreciación de la química en el mundo
- Incrementar el interés de los jóvenes en la química
- Generar entusiasmo para un futuro creativo de la química
- Celebrar el 100 aniversario del premio Nobel otorgado a Marie Curie (única mujer que ha recibido éste premio en dos ocasiones y con la familia más galardonada) y la fundación de la "International Association of Chemical Societies"
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