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Tipos de RMN 2D
La espectroscopia de RMN bidimensional (2D) incluye:-
Homonuclear
- Por enlace: COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE, 2D-ADEQUATE
- A través del espacio: NOESY, ROESY
Correlación heteronuclear
- Correlación de un enlace HSQC, HMQC
- Correlación de largo alcance HMBC
Ejemplos de asignación espectral 2D
Asignación de 12,14-ditbutilbenzociseno
Asignación del acetato de colesterol
La base de la RMN 2D
En un experimento de RMN-1D la etapa de adquisición de datos tiene lugar justo después de la secuencia de pulsos. Este orden se mantiene también con experimentos complejos aunque se añade una fase de preparación antes de la adquisición. Sin embargo, en un experimento de RMN 2D, la etapa de adquisición está separada de la etapa de excitación por etapas intermedias llamadas evolución y mezcla. El proceso de evolución continúa durante un periodo de tiempo denominado t1. La adquisición de datos incluye un gran número de espectros que se adquieren de la siguiente manera: la primera vez el valor de t1 se establece cerca de cero y se adquiere el primer espectro. La segunda vez, t1 se incrementa en Δt y se adquiere otro espectro. Este proceso (de incrementar t1 y adquirir espectros) se repite hasta que haya suficientes datos para el análisis mediante una transformada de Fourier 2D. El espectro se suele representar como un mapa topográfico donde uno de los ejes es f1 que es el espectro en la dimensión t1 y el segundo eje es el que se adquiere después de las etapas de evolución y mezcla (similar a la adquisición 1D). La intensidad de la señal se muestra con un color más fuerte cuanto más intensa sea.
En el mapa topográfico resultante las señales son función de dos frecuencias, f1 y f2. Es posible que una señal aparezca en una frecuencia (por ejemplo, 20 Hz) en f1 y otra frecuencia (por ejemplo, 80 Hz) f2 que significa que la frecuencia de la señal cambió durante el tiempo de evolución. En un experimento de RMN 2D, se mide la transferencia de magnetización. A veces esto ocurre a través de enlaces al mismo tipo de núcleo como en COSY, TOCSY e INADEQUATE o a otro tipo de núcleo como en HSQC y HMBC o a través del espacio como en NOESY y ROESY.
Las diversas técnicas de 2D-NMR son útiles cuando la 1D-NMR es insuficiente como cuando las señales se solapan porque sus frecuencias resonantes son muy similares. Las técnicas de RMN 2D pueden ahorrar tiempo especialmente cuando se está interesado en la conectividad entre diferentes tipos de núcleos (por ejemplo, el protón y el carbono).
El experimento básico de RMN 2D (fig. 1) consiste en una secuencia de pulsos que excita los núcleos con dos pulsos o grupos de pulsos recibiendo luego el decaimiento por inducción libre (fid). Los grupos de pulsos pueden ser puramente de radiofrecuencia (rf) o pueden incluir pulsos de gradiente magnético. La adquisición se realiza varias veces, incrementando el retardo (tiempo de evolución – t1) entre los dos grupos de pulsos. El tiempo de evolución se denomina t1 y el de adquisición, t2.
Fig. 1. Secuencia básica de pulsos para la adquisición 2D
Transformada de Fourier 2D
El FID se transforma entonces en Fourier en ambas direcciones (fig. 2) para obtener el espectro. El espectro se muestra convencionalmente como un diagrama de contorno. La frecuencia de evolución se denomina f1 y la frecuencia de adquisición se denomina f2 y se representa de derecha a izquierda.
Fig. 2. Transformación de Fourier 2D
El espectro 2D se suele representar con sus proyecciones 1D para mayor claridad. Estas pueden ser proyecciones genuinas o los espectros 1D equivalentes. En un espectro homonuclear suele haber una diagonal (con la excepción de 2D-INADEQUATE) que representa la correlación de los picos entre sí y no es en sí misma muy informativa. Las señales alejadas de la diagonal representan correlaciones entre dos señales y se utilizan para la asignación. Por ejemplo, en el espectro COSY homonuclear de la Fig. 3, la señal 1H a 1,4 ppm se correlaciona con la señal 1H a 2,8 ppm porque hay picos cruzados, pero no se correlacionan con las señales a 7.3 ppm.
Fig. 3. Espectro COSY 2D del etilbenceno
En un espectro heteronuclear no hay señales diagonales y todas las señales representan correlaciones. Por ejemplo, en el espectro heteronuclear HSQC de correlación de corto alcance de la fig. 4, la señal 1H a 1,4 ppm se correlaciona con la señal 13C a 15,7 ppm, la señal 1H a 2.8 ppm se correlaciona con la señal de 13C a 29,0 ppm, etc.
Fig. 4. Espectro 2D HSQC del etilbenceno
Las señales en un espectro 2D no siempre son de fase pura. A veces, la fase no puede expresarse simplemente como en HMBC y 2D-INADEQUATE, en cuyo caso se traza un espectro de magnitud. Sin embargo, los espectros de magnitud sacrifican la resolución en comparación con los espectros de fase pura (y a diferencia de las funciones de ventana que amplían las líneas, no producen ganancias de sensibilidad). Por lo tanto, siempre que sea posible, el espectro 2D debe ser de fase. Las señales resultantes pueden ser de fase pura, antifásicas o de fase negativa, como en la fig. 5. Las señales negativas se representan convencionalmente con contornos punteados o rojos.
Fig. 5. Posibles fases para una correlación entre dos dobletes
