(o, ¿Qué es la Espectroscopia de RMN?)
La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) fue observada experimentalmente por primera vez a finales de 1945, casi simultáneamente por los grupos de investigación de Felix Bloch, en la Universidad de Stanford, y Edward Purcell, en la Universidad de Harvard. Los primeros espectros de RMN se publicaron en el mismo número de Physical Review, en enero de 1946. Bloch y Purcell recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Física en 1952 por su descubrimiento de la Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear.
El fenómeno de la RMN se basa en la interacción de los núcleos de ciertos isótopos atómicos con un campo magnético estático. Este campo magnético hace que los posibles estados de espín del núcleo difieran en energía, y utilizando las técnicas de RMN se puede hacer que los espines creen transiciones observables entre los estados de espín. Los núcleos activos de RMN más comunes son el 1H, el 13C, el 31P, el 15N, el 29Si y muchos más. Desde entonces, la espectroscopia de RMN se ha convertido en una herramienta indispensable para la determinación de la estructura molecular, el estudio de la dinámica molecular y la caracterización de materiales a nivel molecular por parte de químicos, físicos y biólogos moleculares. Durante las primeras décadas, los investigadores se basaron en los espectros de RMN unidimensionales de los núcleos activos de RMN. Estos espectros tienen un eje de frecuencias, y el análisis se basa en los desplazamientos de frecuencia relativos entre núcleos químicamente no equivalentes, combinados con la diferencia en las intensidades integradas relativas de los picos. En la década de 1970 se descubrió la RMN bidimensional, que hizo evolucionar rápidamente la RMN hasta convertirse en la poderosa herramienta que es hoy en día para la determinación estructural molecular. Los espectros bidimensionales de RMN tienen dos ejes de frecuencias, que pueden corresponder a núcleos similares (es decir, 1H-1H) o a núcleos diferentes (es decir, 1H-13C), y una tercera dimensión de intensidad de los picos. Más recientemente, se han desarrollado experimentos de RMN que contienen información en tres, cuatro e incluso cinco dimensiones. El poder de la RMN para dilucidar la estructura molecular parece casi ilimitado. Para ilustrar la importancia de la RMN para la comunidad científica están los premios Nobel concedidos a R.R. Ernst en 1991 (química), K. Wütrich en 2002 (química) y P. Lauterbur & P. Mansfield en 2003 (medicina).
La utilidad de la RMN se deriva del hecho de que núcleos químicamente distintos difieren en la frecuencia de resonancia en el mismo campo magnético. Este fenómeno se conoce como desplazamiento químico. Además, las frecuencias de resonancia se ven alteradas por la existencia de núcleos activos de RMN vecinos, de una manera que depende de los electrones de enlace que conectan los núcleos. Esto se conoce como acoplamiento spin-spin o «J». El acoplamiento espín-espín permite identificar las conexiones entre los átomos de una molécula, a través de los enlaces que los conectan. Combinado con la capacidad de utilizar la información cuantitativa de las intensidades de los picos, se puede determinar con gran precisión cómo se combinan los átomos para formar una estructura molecular única.
Un ejemplo de cómo se pueden utilizar los espectros de RMN para identificar la estructura de una molécula común
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