ESPECTROS Y TÉCNICAS EN RMN
La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es la técnica más poderosa para la determinación estructural en Química Orgánica.
Asignación de las señales de 1H-RMN a la estructura del ibuprofeno.
Se basa en que los núcleos más importantes de las moléculas orgánicas, como son el hidrógeno y el carbono, emiten señales individuales cuando se encuentran bajo el efecto de un campo magnético intenso y son irradiados con una radiofrecuencia. Esas señales individuales, debidamente descifradas, permiten determinar la estructura del compuesto desde donde las emiten.
Los equipos de RMN siempre han sido muy costosos y necesitados de grandes espacios físicos por culpa del gran tamaño del imán, necesario para crear el campo magnético intenso.
Los primeros equipos de la décadas de los años 60-70 del siglo pasado utilizaban imanes permanentes de gran tamaño y muy pesados, con los que era difícil generar campos mayores de 1 Tesla, lo que no es suficiente. Su estabilidad era también muy limitada, lo que ocasionaba que el campo magnético alrededor de la muestra no fuera tan homogéneo como era necesario.
Espectrómetro de 1H-RMN de 60 MHz de 1970.
Con electroimanes de mayor potencia (hasta 2 Tesla aproximadamente) se obtenían campos más homogéneos, pero a costa de un tamaño y peso todavía mayores y de un consumo de electricidad y agua de refrigeración desorbitados.
Espectrómetro de 1H-RMN con electroimán de un espectrómetro de 1o0 MHz de los años 60.
Carcasa abierta de un imán superconductor de un espectrómetro de 300 MHz de los años 80.
La revolución llegó a partir de la década de los 80 por medio de dos hechos:
1) Los imanes superconductores con los que, con un tamaño mucho más reducido, se podían conseguir campos desde los 4 Tesla hasta cerca de los 25 Tesla y una homogeneidad casi perfecta en el entorno de la muestra.
2) La capacidad de computación suficiente para almacenar una gran cantidad de datos y efectuar la Transformada de Fourier de forma rápida.
Desgraciadamente, la superconducción requiere que el arrollamiento metálico que produce el campo esté sumergido en He líquido para mantener una temperatura inferior a -270ºC y una circulación de los electrones sin resistencia alguna, base del fenómeno de la superconducción. Por tanto, la carcasa donde se encuentra el imán es en realidad un gran depósito que debe ser rellenado de tiempo en tiempo con He y N2 líquidos, cuyo coste es muy elevado.
El mantenimiento de los equipos de RMN superconductores es muy costoso y requiere de la atención de personal muy especializado. Por ello, los equipos de RMN están generalmente integrados en servicios centrales de las Universidades o de Empresas de una cierta envergadura. El coste del quipo más pequeño que puede adquirirse hoy día (de unos 9 Tesla, trabajando en 1H a una frecuencia de 400 MHz) empieza en los 250-300k euros (300-400k US$) pero su precio puede aumentar de forma importante dependiendo, como siempre, de los accesorios adquiridos.
Su mantenimiento puede alcanzar fácilmente los 10k euros anuales, sin contar el salario de al menos un técnico especializado.
Espectrómetro de 80 MHz de sobremesa de última generación.
La miniaturización de la electrónica y el hallazgo de nuevas aleaciones metálicas con densidades magnéticas espectaculares a temperatura ambiente está ocasionando una nueva revolución en la construcción de equipos de RMN en los últimos 5 años. Hoy día se pueden encontrar equipos de hasta 1.8 Tesla, con una frecuencia de resonancia de 1H de 80 MHz.
Su tamaño es muy reducido porque sus imanes permanentes son muy pequeños. La estabilidad y la homogeneidad que poseen era impensable tan solo hace diez años. Su prácticamente nulo mantenimiento (gastan bastante menos electricidad que un frigorífico casero) y la no necesidad de personal especializado que lo mantenga, hacen que pueden integrarse en cualquier laboratorio. La inversión tampoco es demasiado grande (aproximadamente 1000 euros por MHz), similar a la de un cromatógrafo sofisticado. Todo ello debe provocar que en pocos años la RMN se convierta en “RMN-P”, es decir, RMN-Personal, al igual que sucedió con los ordenadores en la década de los 80 del siglo pasado.
La utilización de imanes permanentes en estos equipos de “sobremesa” o de “RMN-P” significa como una vuelta a los orígenes de la RMN pero con la enorme ventaja de los adelantos actuales en la miniaturización y la fiabilidad de la electrónica. En estos equipos de RMN-P de “sobremesa” se pueden llevar a cabo los mismos experimentos sofisticados que en los equipos superconductores. A lo largo del curso destacaremos sus ventajas e inconvenientes.
