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Métodos Espectroscópicos en Química Orgánica
CARRERA: Licenciatura en Ciencias Químicas
CODIGO: 4081
PUNTAJE: 5 Puntos
PLAN DE ESTUDIO: 1987
CARÁCTER DE LA MATERIA: Optativa, de Grado, Doctorado y Posgrado.
DURACIÓN: Cuatrimestral
HORAS DE CLASES SEMANALES: Teóricas (4 horas), Problemas (6 horas). Total: 10 horas.
ASIGNATURAS CORRELATIVAS: Final de Análisis Instrumental.
PROGRAMA
Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear
1. INTERACCIÓN ENTRE EL SPIN NUCLEAR Y UN CAMPO MAGNÉTICO.
Nociones de la descripción mecano-cuántica de la resonancia magnética.
Población de los estados de spin. Efectos de relajación. Sensibilidad. Ecuación de
Boltzmann. Influencia del campo magnético B0 en la sensibilidad, resolución y
claridad del espectro de RMN.
2. DESCRIPCIÓN CLÁSICA DE LA RESONANCIA MAGNÉTICA.
Modelo de vectores. Sistema de Coordenadas Rotante. Evolución de la
Magnetización en el sistema de Coordenadas rotante. Diferencias de población en
el sistema rotante. Saturación. Coherencia de fase. Descripción y propiedades de
un pulso de Radiofrecuencia. Cambio de fase de un pulso de radiofrecuencia
3. TÉCNICAS OPERATIVAS Y PROCESAMIENTO.
Componentes Básicos de un Equipo de RMN moderno Muestreo de Datos
Dominios de tiempo y frecuencia. FID. Transformaciones de Fourier. Descripción
de funciones y propiedades. Detección en Cuadratura. Ciclado de fases. Técnica
CYCLOPS. Método de Redfield (TPPI). Introducción a los Gradientes de Campo.
Procesamiento de Datos. Truncado de una FID. Apodización. Función de pesado.
Exponenciales y Gaussianas. Zero- filling. Corrección de Fase. Fase y forma de
línea: modos magnitud y potencia.
4. PROCESOS DE RELAJACIÓN DEL SPIN NUCLEAR:
Relajación longitudinal y transversal. Tiempos de relajación T1, T2 y T2*.
Mecanismos de relajación. Interacción dipolar. Tiempo de correlación. Influencia
del tiempo de correlación en T1 y T2, relación con las características de la
molécula. Relajación cuadrupolar. Interacción escalar. Medición de T1: método de
inversión-recuperación. Medición de T2: ecos de spin. Propiedades de los Ecos de
Spin: influencia del desplazamiento químico y del acoplamiento escalar en un eco
de spin. Ecos de spin modulados por J: secuencia APT.
5. EFECTO NUCLEAR OVERHAUSER
Definición. Origen. Rutas de relajación. Relajación cruzada: transiciones de orden
dos y cero. NOEs positivos y negativos: relación con las rutas de relajación
predominantes y las características moleculares. Relación del NOE con el tiempo
de correlación. NOE máximo observable en distintos núcleos. Relación entre NOE
y distancia interatómica. Cuantificación del NOE. Espectros NOE-difference.
6. TRANSFERENCIA DE POLARIZACIÓN.
Inversión selectiva de protón. Niveles de energía y población en sistemas
heteronucleares. Transferencia selectiva de polarización. Transferencia no
selectiva: INEPT. Secuencia, evolución de los vectores y resultados. INEPT
reenfocado. Comparación de aumento de sensibilidad con NOE. Secuencia DEPT
para caracterización de la multiplicidad en 13C. Coherencia cuántica doble.
Influencia del ángulo de pulso: variantes del DEPT.
7. INTRODUCCIÓN A LA RESONANCIA MAGNÉTICA BIDIMENSIONAL.
Dimensiones F1 y F2. Significado. Origen de la dimensión F1. Transformación de
Fourier en dos dimensiones. Distinto tipo de señales: señales diagonales, axiales y
de correlación. Etapas de un experimento de RMN 2D: preparación, evolución,
mezcla y detección. Clasificación de los diferentes tipos de experimentos RMN 2D.
Dimensiones F1 y F2: número de puntos, tiempo y resolución. Detección de un
espectro 2D. Detección en cuadratura en la dimensión F1. Funciones de pesado.
Forma de señales. Espectros de valor absoluto. Espectros sensibles a la fase.
Método Hipercomplejo. Método de Redfield (TPPI). Parámetros a determinar en un
espectro 2D. Efecto de la relajación durante t1. Ruido en RMN 2D: simetrización
de espectros.
8. EXPERIMENTOS DE RMN BIDIMENSIONAL.
Espectros RMN 2D J-resueltos: Casos homonuclear y heteronuclear.
Secuencias y explicación mediante el modelo de vectores. Ejemplos y utilidad.
Espectros de Correlación Heteronuclear con Detección Directa: transmisión
de la información mediante pulsos. Secuencia HETCOR: desarrollo en pasos de la
secuencia básica y explicación mediante vectores. Ejemplos. Correlación
heteronuclear a larga distancia. Secuencia COLOC: particularidades, optimización
y ejemplos.
Espectros de Correlación Homonuclear: COSY. Secuencia.. Forma de las
señales. Efecto de un tercer spin. Spins activos y pasivos. COSY 45. COSY a
larga distancia. Influencia de la intensidad de las correlaciones con J y ∆.
Ejemplos. COSY Phase Sensitive. Ciclado de fases. Características. Forma y fase
de las señales. Identificación del acoplamiento activo.
Espectros de Correlación por NOE: Secuencia NOESY. Análisis mediante
vectores. Origen de las señales. Influencia del tiempo de mezcla. Ejemplos.
NOESY Phase sensitive: propiedades, forma y fase de las diferentes señales.
Interpretación. Ejemplos. Coherencia: Definición. Matriz densidad. Orden de
coherencia: propiedades. Coherencias cuánticas múltiples. Caminos de
transferencia de coherencia. Filtros cuánticos. DQ-COSY. Propiedades. Fases y
formas de las señales. Identificación y medición de los acoplamientos activos.
Ejemplos. E-COSY. Definición, ventajas y desventajas respecto del DQ-COSY.
Transferencia Remota de coherencias: relayed coherence transfer (RCT).
Secuencia. Fundamentación. Interpretación de los espectros. Múltiples relays.
Coherencia cuántica doble: Secuencia INADEQUATEAnálisis de la secuencia.
Optimización. Interpretación de resultados. Variantes de la secuencia. Problemas
de sensibilidad y solubilidad
Spin-Lock. Definición. Implementación. Propiedades de los sistemas en spin-lock.
Espectros de correlación total, Secuencia TOCSY- HOHAHA. Utilidad para el
estudio de sistemas de spins cerrados: hidratos de carbono, péptidos y
oligonucleótidos. Influencia del tiempo de mezcla y de las constantes de
acoplamiento en la propagación. Complicaciones y artefactos. ROESY: NOE en el
sistema rotante. Similaridades y diferencias con el NOE. Artefactos de la
secuencia y falsas correlaciones.
9. DETECCIÓN INVERSA.
Concepto. Problemas de Implementación. Comparación de sensibilidad relativa en
experimentos de correlación heteronuclear. Correlación directa 1H-13C mediante
detección inversa. Secuencias HMQC HSQC. Descripción de las secuencias.
Información que brindan. Ventajas y desventajas comparativas. Ejemplos. BIRDHMQC. COSY X-H para correlación con núcleos X abundantes (31P). Correlación
heteronuclear a larga distancia mediante detección inversa: secuencia HMBC.
Low-pass filter: funcionamiento. Ejemplos.
10. GRADIENTES DE CAMPO EN RMN BIDIMENSIONAL:
Implementación. Descripción y propiedades de los gradientes de campo. Giro de
fase: dependencia con el orden de coherencia y constante magnetogírica.
Reenfoque por gradientes opuestos. Utilización de los gradientes para selección
del camino de Transferencia de Coherencia y como pulsos de purga. Condición de
reenfoque. Comparación con el ciclado de fases. Experimentos RMN 2D con
aplicación de gradientes de Campo: COSY-magnitud, COSY-MQF, COSYPH,
TOCSY. Gradientes en sistemas heteronucleares: propiedades y ventajas. HMQC,
HSQC y HMBC con gradientes. Variantes sensibles a la fase.
11. PULSOS SELECTIVOS:
Implementación. Características de los pulsos semiselectivos y selectivos.
Problemas de fase. Eco de spin selectivo con gradientes de campo. Excitación
selectiva. Excitación semiselectiva. Eliminación de la señal del solvente.
Secuencia WATERGATE. Técnicas heteronucleares.
Espectrometría de Masa
1. SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE IONES.
Métodos con volatilización previa. Impacto electrónico. Ionización química.
Ionización por el campo eléctrico. Métodos de desorción. Fundamentos de la
desorción de partículas cargadas por impacto con proyectiles. Sistemas de matriz
sólida y matriz líquida. Bombardeo por átomos rápidos. Espectrometría de masa
de iones secundarios. Desorción por plasma. Desorción por LASER. Desorción
por campoeléctrico. Desorción por ionización química. Métodos de ionización a
presión atmosférica.
2. SISTEMA DE ENFOQUE.
Enfoque magnético. Enfoque eléctrico. Doble enfoque magnético -eléctrico.
Cuadrupolo. Tiempo de vuelo. Resonancia ion ciclotrón por transformadas de
Fourier. Trampa iónica.
3. SISTEMA DE INTRODUCCIÓN DE MUESTRAS.
Directos. Cromatografía gaseosa. Cromatografía líquida de alta resolución. Fluidos
supercríticos. Matriz sólida.
4. TIPOS DE IONES.
Iones positivos. Iones negativos. Potenciales de ionización y de aparición. Iones
hijo. Iones padre. Iones estables. Ionesinestables. Iones metaestables.
Descomposiciones unimoleculares. Descomposiciones bimoleculares. Disorciación
activada por colisión.
5. NOCIONES DE ESTUDIOS DE SECUENCIA GENÉTICA.
Instrumentos de doble enfoque magnético - eléctrico. Instrumentos de doble
enfoque cuadrupolo - cuadrupulo. Instrumentos híbridos.Instrumentos tandem.
Cámaras de colisión. Sistemas de procesamientode datos. Aplicaciones prácticas,
alcances y limitaciones de cada uno de ellos.
BIBLIOGRAFÍA RECCOMENDADA
1. “Modern NMR Spectroscopy - A Guide for Chemists”, J. Sanders, K. Hunter
(Oxford University Press).
2. “Modern NMR Techniques for Chemistry Research”, A.Derome (Pergamon)
3. “One - dimensional and Two – dimensional NMR Spectra by Modern Pulse
Techniques”, K. Nakanishi (University Science Books).
4. “Two- Dimensional NMR Spectroscopy. Applications for Chemists and
Biochemists” W. Croasmun, R. Carlson (VCH)
5. “Structure Determination by NMR” , B. Jaun (e-book).
6. “High Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry” T. Claridge
(Pergamon)
7. “What is Mass spectrometry?”, Am. Soc. Mass Spectrom., (1998).
8. “Time-of-Flight Mass Spectrometry”, R.J. Cotter, ACS Symposium Books, 549,
ACS (1994)
9. “Time-of-Flight Mass Spectrometry. Instrumentation and Applications in
Biological Research”, R.J. Cotter, ACS Professional Reference Books, ACS (1997)
10. “Electrospray Ionization Mass Spectrometry.” R. B. Cole (ed.), J. Wiley & Sons,
Inc. NY (1997).
11. “Mass Spectrometry of Biological Materials.” B. S. Larsen and C. N. McEwen
(eds.), Marcel Dekker, Inc., NY (1998).
12. “Mass Spectrometry in Biological Sciences: A Tutorial.” M. L. Gross (ed.).
NATO ASI Series, Series C, Vol. 353. Kluwer Acad. Pub., London (1990)
13. “Interpretation of Mass Spectra”, F. W. McLafferty and F. Turecek, Uiversity
Science Books, Mill Valley, California (1993).
14. “Practical Organic Mass Spectrometry”, J. R. Chapman. Wiley, NY (1993).
15. “Time-of-Flight Mass Spectrometry and its Applications.” E. W. Schlag (ed.).
Elsevier, NY (1994).
16. “Applicatioins of Modern Mass Spectrometry in Plant Science Research”, R. P.
Newton and T. J. Walton, Clarendon Press, Oxford, London (1996)
17. “Del volar de las proteínas y de como lograrlo (Espectrometría de masa UVMALDI”,
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18. “Del volar de las proteínas y de como lograrlo (Espectrometría de masa ESI”,
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www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar; ISSN 1666-7948
19. "Mass Spectrometry", J.H. Gross, Springer, 2004
20. "Mass Spectrometry, Principle and Applications", E. de Hoffmann, V.
Stroobant, 3th edition, Wiley, UK, 2007.