Reconocimiento Molecular por RMN

La Resonancia Magnética Nuclear es el método más importante para la caracterización e identificación de sustancias químicas. Los tres parámetros más importantes que se analizan son:

1. El desplazamiento químico, que brinda información sobre el ambiente químico (entorno electrónico) que rodea al núcleo

2. Las constantes de acoplamiento que brindan información sobre la densidad electrónica entre los núcleos y tienen relación con el ángulo torsional entre espines nucleares, lo cual tiene gran valor para el análisis conformacional.

3. Los efectos de relajación que se pueden relacionar con la dinámica molecular, el efecto nuclear Overhauser que permite establecer la disposición espacial de los átomos y la difusión del espín.

En la actualidad cuenta con un gran número de experimento (ver por ejem. “200 and more NMR experiments”, escrito por Stefan Berger y Siegmar Braun) que permiten obtener evidencia inequívoca para la elucidación y asignación de compuestos químicos. Estableciendo la conectividad de los átomos, la conformación de las moléculas y la configuración de cada centro estereogénico.

Esta fascinante espectroscopia permite analizar además de la estructura química; las interacciones intra- e intermoleculares así como establecer la reactividad química.

En los últimos 15 años se han utilizado experimentos que permiten determinar la transferencia de saturación y la difusión del espín utilizando el método STD (Saturation Tranfer Difference), lo que permiten establecer el reconocimiento de proteínas que pesan más de 50 kDa con un sustrato.

Medidas de seguridad en RMN

 
Para usar apropiadamente el equipo es necesario conocer las medidas de seguridad.
· Deben conservarse las medidas de seguridad del laboratorio:

• Si se trabaja con muestras presurizadas debe utilizar anteojos de seguridad.
• Para manipular las muestras sólidas, liquidas o con criogénicos es necesario utilizar guantes.
• Durante las transferencias de Helio y nitrógeno es necesario mantener el área ventilada.
• Se debe tener especial cuidado con cualquier líquido que se pueda derramar.
• Debe evitarse utilizar auriculares de cualquiera de sus formas (audífonos, manos libres, accesorios bluetooth…).

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La RMN presenta algunos riesgos específicos

Riesgos del campo magnético:

• Cuando se trabaja con campos magnéticos grandes se debe evitar acercar objetos metálicos, incluyendo los que se encuentren en sus bolsas como: monedas, llaves, hebillas, tijeras, herramientas... así como otros objetos como joyería, piercings, brackets, etc. En el caso de objetos que no se magnetizan no existe ningún problema.
• No pueden ingresar al laboratorio de RMN personas con marcapasos, prótesis metálicas, sillas de ruedas, aparatos auditivos…
• Pueden existir problemas técnicos con tarjetas de crédito, de identificación y algunos medios que sirven para almacenar información (memorias USB)…
• ·Por lo anterior es necesario respetar la línea de 5 gauss. 

• Se debe de manejar el equipo de manera apropiada. Nunca se deben hacer modificaciones, remover sus partes, intercambiar componentes o accesorios.
• Únicamente el personal capacitado para remover la sonda (“probe”) y debe realizarlo con gran precaución.
• Para realizar experimentos a baja temperatura es necesario capacitarse para instalar los accesorios.
• Debe de evitarse tocar algunas partes que se pueden encontrar a temperaturas extremas. A la temperatura del nitrógeno líquido o calientes.
• Durante toda la medición a temperatura diferente a la del ambiente es necesario que el compresor este funcionando correctamente. Lo cual puede observarse en las diferentes válvulas y se puede escuchar.
• Es necesario tener cuidado con el punto de ebullición y fusión de los disolventes que se usan y utilizar los tubos de RMN adecuados para éste propósito.

• Se debe tener cuidado con tubos sellados y con aquellos que tienen válvulas porque solo algunos tubos están hechos con el material de vidrio y válvulas que resisten la presión.
  
  

  

  Nota: ver catalogo de tubos del proveedor.

http://www.nmrtubes.com/select-series.php
http://www.wilmad-labglass.com/ProductList.aspx?t=198
http://www.newera-spectro.com/

• Se debe manipular el rotor en la posición adecuada o utilizando guantes de algodón.
• Cuando se va a colocar una muestra es necesario estar seguro que el rotor se mantiene flotando.
• Por ningún motivo se debe de insertar un rotor vacío.

NOTA: Ante cualquier eventualidad, en caso de que no sepa como proceder deje una nota grande en el monitor del equipo y anótelo en la bitácora.

• Es necesario reconocer que existe un riesgo por la desenergización súbita del imán (“quench”).
  
  

  https://www.youtube.com/watch?v=nBVHnZ8tru0

• Cuando ocurre se libera gran energía que hace que el helio y nitrógeno se evaporen por lo que se observa que escapa gas congelado del imán.
• Un indicio que ocurrió es la existencia de agua condensada o escarcha en el imán o en el suelo donde se encuentra el imán.
• Debe de mantener la calma y salir del laboratorio de RMN. Informar a los responsables de equipo.
• Colocar una nota grande en la puerta que diga “NO ENTRAR por quench”.
• El peligro más grande por la liberación del gas helio es que puede remplazar rápidamente el oxigeno del cuarto. Recuerde mantener la calma, hay tiempo suficiente para abandonar el laboratorio.

En caso de duda o sugerencia dirigirla los responsables de los equipos.

Espectros plegados

Los espectros de RMN en 2D son de baja resolución debido a que se tienen que adquirir una colección de espectros con diferente tiempo de evolución (t₁). Normalmente se adquiere un número reducido incrementos (t₁) que darán origen a la frecuencia en el eje y o F₁. Esto tiene la finalidad de lograr obtener los espectros en el menor tiempo posible.

Recientemente, se ha utilizado el viejo truco de detectar señales alias en una ventana reducida. Esto puede permitir detectar un menor número de incrementos y mejorar hasta 100 veces la resolución de los espectros de RMN.

El principal reto es encontrar la mejor ventana espectral. La cual debe tener el menor número de incrementos posible, la máxima dispersión de las señales que se desea determinar, evitar que las resonancias se traslapen y que éstas se encuentren en el borde del espectro. Esto lo ha logrado Félix y se encuentra publicado en: http://link.springer.com/article/10.1007/s10910-013-0191-2
 

Etapas de la RMN

La historia de la RMN puede dividirse en diferentes etapas:

 La denominada prehistoria que se refiere a todos los conocimientos previos a la RMN como es la electricidad y magnetismo, así como la evidencia de partículas subatómicas y la evidencia de las propiedades intrínsecas del núcleo. Hasta que Isidor Isaac Rabi le dio el nombre a la Resonancia Magnética Nuclear.

El siguiente periodo (clásico/cuántico) se refiere al inicio de la RMN experimental. En el cual se desarrollaron las teorías del desplazamiento químico, del acoplamiento espín-espín, de la relajación y de la RMN dinámica. Esta etapa es la clave del éxito actual.

La RMN moderna me refiero al conocimiento y aplicaciones universales que se caracteriza por la utilización del método pulsos y transformada de Fourier. Que ha permitido que se puedan obtener espectros con gran rapidez, selectividad y en múltiples dimensiones, con lo cual es posible elucidar la estructura química de cualquier tipo de compuestos desde moléculas pequeñas hasta macromoléculas.

La etapa contemporánea me refiere a los rápidos avances que la RMN tiene actualmente y que está ligada al uso de campos magnéticos grandes (superiores a 20 T) así como el desarrollo de experimentos rápidos que utilizan diferentes aprovechamientos matemáticos como HADAMARD o codificación de la evolución espacial entre otros así como la utilización de sondas especiales como CapNMR (producida por JEOL) o las sondas enfriadas criogénicamente producidas por Agilent o Bruker.

Día de Muertos 2012

El pasado se une al presente y la tradición tiene futuro. Lab 26 quimica Cinvestav.

 No hubo convocatoria para la calavera del Laboratorio pero si alguien se pone creativo y quiere compartirla/publicarla. Se agradece desde aquí y nadie se escapa de la huesuda.
Saludos a todos los colaboradores y amigos pasados (alumnos, tesistas de Licenciatura, Doctorado, servicio social, practicas, estancias, pasantías, colaboradores del Cinvestav, de otras latitudes …) así como los que están presentes.
Una forma de agradecer sus contribuciones.
 
Espero que se encuentren en la FOTO tomada por Antonio

Tiempos Modernos en RMN

El desarrollo tecnológico hizo accesible la RMN a los químicos y permitió que el descubrimiento de los compuestos químicos, que antes se realizara en años fuera posible en horas.

El método de pulsos y transformada de Fourier abrió el diapasón de los núcleos que podrían observarse y con ello la interpretación de los espectros se volvió cosa de niños. Solo es necesario armar el rompecabezas.

El desarrollo de los métodos de RMN ha sido una gran competencia en la que algunos ganan y otros se quedan rezagados incluso por centésimas de segundo (tal vez meses) y las técnicas dejan de utilizarse por ser desplazadas por las nuevas.

La pregunta obligada es:

¿Lo nuevo es mejor?

La respuesta no es sencilla ni universal.

Algunos de los hechos más importantes de 1957 a 1979 son:

AÑO	AUTOR(ES)	HECHOS
1979	Morris	Detección de los núcleos insensibles por transferencia de polarización (INEPT)
	Mueller	Detección heteronuclear de coherencia cuántica múltiple (HMQC)
	Bruker™	Espectrómetro superconductor de 500 MHz
	Cox, Brown, Maudsley	Desplazamiento químico de imágenes
1977	Mellon Institute	Primer espectrómetro de 600 MHz (no persistente)
	Morris	Rotación de imágenes de miembros y órganos humanos
	Mansfield (Nobel 2003)	Imágenes eco-planares Exploración de todo el cuerpo
1976	Burt, Garlick, Jacobus, Hollis, Yoshizaki, Cohen, Sehr	Estudios de 31P de metabolismo muscular
	Schaefe	Polarización cruzada/rotación del ángulo mágico para sólidos
	Hoult, Styles	Probe criogénico
1975	Garroway, Sutherland, Hoult	Selección en imágenes por excitación selectiva
	Kumar	Zeugmatografía de Fourier
1974	Hinshaw	Método de punto sensible de imagenes
	Aue	Desarrollo de técnicas en RMN-2D
1973	Moon	Detección intracelular de fosfonatos con 31P
	Lauterbur (Nobel 2003), Mansfield, Damadian,	Métodos propuestos para espín imaginario
	Mansfield	Difracción de RMN utilizada para RMN de imágenes
	Lauterbur	Zeugmatografía: Primer imagen de RMN de dos dimensiones
	Bruker™	Espectrómetro superconductor de RMN de 360 MHz
1972	Matwiyoff	Estudios de metabolismo celular por 13C
	Bothner-By, Albrand	NOE transferido y su uso en estudio de conformaciones de enlaces ligando
1971	Patt	Secuencia de pulsos para eliminar señales de disolvente
	Vold	Medición de relajación de T1 en el modo de FT
	Jeener (Padre de RMN en 2D)	Concepto de Dos-Dimensiones (2D) en RMN
	Kaptein	Foto CIDNP (químicamente inducida por la polarización nuclear dinámica
1970	Deverell	Estudios de 13C en abundancia natural en rutina Rotación de relajación T1 utilizado para el intercambio de estudios químicos
	Bruker™ 270 MHz	Primer espectrómetro comercial FT con imán supeconductor
1969	Chaperlleir	Ferromagnetismo nuclear
	Bruker™ 90 MHz	Primer espectrómetro comercial FT RMN Pulsos programados controlados por computadora
	Sievers	Desplazamiento paramagnético de reactivos Lantanidos (efecto LIS)
1967	Andrew	Espín multiple detectado en sólidos
1965	Anet	Determinación de nOe
	Stejskal, Johnson	Pulsos de gradientes de campo para estudios de transporte y difusión
	Phillips	Espectro de deuterio de un cristal líquido
	Ernst (Nobel 1991)	Introducción de técnicas de transformada de Fourier (FT)
1964	Ernst	Acumulación espectral para el promedio de señales
1963	Saupe	Uso de disolventes de cristal líquido
1962	Baker	Detección indirecta de doble resonancia heteronuclear de núcleos (INDOR)
	Varian™ 220 MHz	Primer espectrómetro de RMN con un imán superconductor
	Anderson-Freeman	nOe en moléculas orgánicas (diamagnéticas)
1961	Varian™ A60	Primer espectrómetro de RMN de 60 MHz de campo/frecuencia fija
1959	Singer	Mediciones de flujo de sangre in vivo
	Karplus	Constante de acoplamiento vecinal dependiente del ángulo diedro
1958	Golay	Shimming de gradiente de campo con corrientes eléctricas
	Varian	Estabilización de flujo magnético
	Andrew	Ángulo espín mágico utilizado para estudios de alta resolución de sólidos
1957	Redfield	Teoría de relajación de Redfield
	Gutoesky, Bernstein, Arnold, Anderson	Análisis de espectros de segundo orden
	Lowe	Espectro de RMN mostró transformada de Fourier (FT) de Inducción Libre de Decaimiento (FID)

XXII Olimpiada de Química del Distrito Federal

Se encuentra abierta la inscripción para participar en la Olimpiada de Química del Distrito Federal del 2012.
http://depa.fquim.unam.mx/olimpiada/inscripcion.htm
Pueden participar en la Olimpiada de Química del Distrito Federal (antes Olimpiada Metropolitana de Química) todos los estudiantes preuniversitarios inscritos en planteles ubicados en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.
Las bases se encuentran en la convocatoria:
http://depa.fquim.unam.mx/olimpiada/convocatoria.htm
La primera fase consiste en un examen que se realizará el 6 de octubre en tres cedes (UNAM, UAM y CINVESTAV).

Seis estudiantes formarán la selección que participará en la XXII Olimpiada Nacional de Química que organiza la Academia Mexicana de Ciencias. Ver programas (Olimpiada Química)
Solo cuatro integraran la selección que participará 45ª Olimpiada Internacional del Química

Y únicamente serán elegidos cuatro para participar en la 18ª Olimpiada Iberoamericana de Química