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.

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)

Ilusión

En muchas ocasiones es muy fácil engañar al ojo humano.
La resonancia magnética nuclear es diferente porque en ella debe existir coherencia.

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:

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

2. Conceptos físicos de la RMN y propiedades nucleares

• Estructura del átomo
• Los núcleos en un campo magnético
• Niveles de energía nuclear
• Descripción clásica de la RMN
• Ecuaciones de Bloch

3. Métodos de RMN

• Onda continua
• Pulsos y transformada de Fourier

4. Secuencias de pulsos

• Análisis de población
• Formalismo de operadores

5. RMN en una dimensión

• Modulación de J
• Mejoramiento de la sensibilidad

6. RMN multidimensional

• Vías de transferencia de magnetización
• Correlación espectroscópica
• Correlación a través del espacio
• Selección del orden de coherencia

7. Espectroscopia Cuántica Múltiple

• Matrices de densidad

8. Métodos de gradiente de campo

• Conceptos básicos
• Usos

9. Relajación

• Mecanismos de relajación
• Determinación de sus contribuciones

10. RMN dinámica

• Principios básicos
• Escala de tiempo
• Determinación de parámetros cinéticos
• Métodos utilizados

11. Espectroscopía de RMN de difusión

• Difusión y tamaño molecular
• Mediciones de auto-difusión por RMN
• Aplicaciones de difusión por RMN
• Secuencias de difusión hibridas

12. RMN en estado sólido

• Bibliografía

Principios Físicos de la RMN:
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.

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.

La atracción es física, el amor es química

Necesitamos estar a la misma frecuencia para exista coherencia y tener resonancia

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 (³J_H,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.

IYC 2011

FELIZ AÑO INTERNACIONAL DE LA QUÍMICA (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"