0.5 E SPECTROSCOPÍA DE RMN: MEDIDA

EXPERIMENTAL

DE

LOS RDC

En la práctica, los RDC se observan como una contribución adicional al desdoblamiento de las señales producido por el acoplamiento escalar J . En medio no orientado (isótropo), el desdoblamiento de las líneas de resonancia coincide con el valor del acoplamiento escalar J. En medio débilmente orientado (anisótropo), la separación total (T) tiene una contribución adicional del acoplamiento dipolar D, de modo que: T = J + D, relación que se deriva de la definición del hamiltoniano del acoplamiento dipolar (0.2). Los acoplamientos dipolares se determinan como la diferencia D = T – J , donde T y J se obtienen separadamente de dos espectros adquiridos en medio anisótropo e isótropo, respectivamente.

El acoplamiento dipolar se puede dar entre cualquier par de espines. En el caso de moléculas orgánicas, los más utilizados son los acoplamientos C–H a un enlace o1_D

CH. Estos tienen la

ventaja de que son los más sencillos de medir. Además, la distancia internuclear es conocida y prácticamente constante, por lo que proporcionan directamente la orientación relativa del vector internuclear con respecto a B0. Otros acoplamientos que también se pueden medir son

los acoplamientos homonucleares H–H (n_D

HH),[73, 74] y los acoplamientos C–H de largo alcance

(n_D

CH, con n > 1).[75, 76]

En principio, los RDC pueden medirse con cualquier experimento de RMN 1D o 2D diseñado para medir acoplamientos escalares J. En la práctica, las secuencias de pulsos se han adaptado para optimizar la exactitud y precisión de las medidas. En esta memoria se han utilizado casi exclusivamente medidas de1_T

CH, a partir de espectros 1D y 2D. Los experimentos 1D

utilizados se basan en la detección directa del C (13_{C acoplado o C-gated-decoupled). Los}

experimentos 2D con adaptaciones del HSQC.

Signo del acoplamiento dipolar

El acoplamiento dipolar D puede tener valores positivos o negativos. Cuando el valor de D es menor que el acoplamiento escalar, en valor absoluto, puede determinarse su signo si el signo de la J es conocido. Esto ocurre cuando el grado de alineamiento del medio es débil. El acoplamiento escalar heteronuclear a un enlace se encuentra en torno a1_J

CH≈ 120–250 Hz, si

el grado de orden es suficientemente pequeño, los valores 1_D

CH son mucho más pequeños que 1_J

CH y la determinación del signo y tamaño de 1DCH es directa (Figura 0.20).

0.5.1 E

1D

C

: C-

-

Tal vez el experimento más simple para la extracción es el 1D 13_{C C -gated-decoupled (C-}

gd), en el que se detecta 13_{C sin desacoplamiento de protón. La Figura 0.20 muestra la}

expansión de un CH en el espectro C-gated-decoupled de una muestra isótropa (arriba) y anisótropa (abajo). La J se extrae directamente del espectro isótropo y el acoplamiento total T se extrae del anisótropo; por diferencia se calcula el acoplamiento dipolar 1_D

CH = 1TCH – 1JCH.

El esquema gated-decoupling se emplea para incrementar la señal debido al1_{H –}1_{H NOE}

experimentos generalmente es bastante sencillo: un grupo metino se desdobla en un doblete (d), un metileno en doblete de dobletes (dd) y un metilo en cuartete (q).

Figura 0.19: Secuencia de pulsos del experimento 1D

13_{C-gated-decoupled (C-gd).}

El caso de los metilenos merece especial atención. Sobre todo en muestras orientadas, es frecuente que las señales centrales de dd aparezcan mal resueltas debido a que el ensanchamiento es del orden de la diferencia de acoplamientos1_T

CH-α y1TCH-β de los dos CH.

Cuando no es posible medir estos acoplamientos con exactitud, es preferible usar el valor promedio como semisuma, adaptando convenientemente el método de ajuste como se muestra en la Figura 0.21 y se discute en el capítulo 1.

Figura 0.20: Acoplamiento dipolar de un CH en un espectro 1 D C-gd (expansión). Arriba: espectro isótropo (1_T

CH = 1JCH). Abajo: espectro anisótropo (1TCH = 1JCH + 1DCH ). En este caso se deduce que el signo

de1_D

CH es positivo, ya que1JCH > 0. La expansión corresponde a la resonancia del metino CH-2 del 8-

fenilmentol en el gel PDMS-480/CDCl3.

Figura 0.21: Acoplamiento dipolar de un metileno en un espectro 1D C-gd (expansión).Las dos señales centrales del doble doblete no están resueltas debido a que las líneas son más anchas que la diferencia de frecuencia. En este caso se mide la suma de acoplamientos (T1 + T2) como la separación de las líneas

exteriores. La expansión corresponde a la resonancia del metileno en C-4 del 8-fenilmentol en el gel PDMS-480/CDCl3.

Figura 0.22: Acoplamiento dipolar de un metileno en un espectro 1D C-gd (expansión). En este ejemplo, las dos señales centrales del doble doblete están bien resueltas y pueden extraerse los acoplamientos de cada CH del metileno (T1y T2, respectivamente). La expansión corresponde a la resonancia del metileno

en C-3 del 8-fenilmentol en el gel PDMS-480/CDCl3.

Como el acoplamiento se observa en la dimensión directa, puede conseguirse una alta resolución digital adquiriendo la FID durante el tiempo máximo que permita la relajación de los espines. Una limitación es la baja sensibilidad de las sondas a temperatura ambiente para la detección de13_{C (en comparación con}1_{H ), que se traduce en experimentos de larga}

duración, incluso si se dispone de una sonda de detección directa.

Con todo, la principal limitación del experimento C-gated-decoupled es el solapamiento de señales, por lo que realmente solo es de utilidad para moléculas con un número pequeño de señales. El solapamiento se alivia en parte con el experimento 2D13_{C -} 1_{H HETCOR, aunque}

adolece del mismo problema de la baja sensibilidad, que solo lo hace práctico cuando se dispone de una gran cantidad de compuesto. Por estas razones, habitualmente se prefieren secuencias con detección inversa, como es el HSQC.