El desacoplamiento por resonancia magnética nuclear ( abreviado como desacoplamiento por RMN ) es un método especial utilizado en la espectroscopia por resonancia magnética nuclear (RMN) en el que se irradia una muestra que se va a analizar a una determinada frecuencia o rango de frecuencias para eliminar o eliminar parcialmente el efecto de acoplamiento entre ciertos núcleos . El acoplamiento por RMN se refiere al efecto de los núcleos entre sí en átomos dentro de un par de enlaces de distancia entre sí en moléculas. Este efecto hace que las señales de RMN en un espectro se dividan en múltiples picos. El desacoplamiento elimina total o parcialmente la división de la señal entre los núcleos irradiados y otros núcleos, como los núcleos que se analizan en un determinado espectro. La espectroscopia por RMN y, a veces, el desacoplamiento pueden ayudar a determinar las estructuras de los compuestos químicos .
La espectroscopia de RMN de una muestra produce un espectro de RMN, que es esencialmente un gráfico de la intensidad de la señal en el eje vertical frente al desplazamiento químico de un determinado isótopo en el eje horizontal. La intensidad de la señal depende de la cantidad de núcleos exactamente equivalentes en la muestra en ese desplazamiento químico. Los espectros de RMN se toman para analizar un isótopo de núcleos a la vez. Solo ciertos tipos de isótopos de ciertos elementos aparecen en los espectros de RMN. Solo estos isótopos causan acoplamiento de RMN. Los núcleos de átomos que tienen las mismas posiciones equivalentes dentro de una molécula tampoco se acoplan entre sí. La espectroscopia de RMN de 1 H (protón) y la espectroscopia de RMN de 13 C analizan los núcleos de 1 H y 13 C, respectivamente, y son los tipos más comunes (isótopos de analito más comunes que muestran señales) de espectroscopia de RMN.
El desacoplamiento homonuclear se produce cuando los núcleos que se irradian con radiofrecuencia (RF) son del mismo isótopo que los núcleos que se observan (analizan) en el espectro. El desacoplamiento heteronuclear se produce cuando los núcleos que se irradian con RF son de un isótopo diferente al de los núcleos que se observan en el espectro. [1] Para un isótopo determinado, se puede irradiar todo el rango de todos los núcleos de ese isótopo en el desacoplamiento de banda ancha , [2] o solo se puede irradiar un rango seleccionado de ciertos núcleos de ese isótopo.
Prácticamente todos los átomos de hidrógeno (H) que se encuentran en la naturaleza tienen núcleos de 1 H, que aparecen en los espectros de RMN de 1 H. Estos núcleos de 1 H suelen estar acoplados con núcleos atómicos de 1 H no equivalentes cercanos dentro de la misma molécula. Los átomos de H suelen estar unidos a átomos de carbono (C) en compuestos orgánicos . Alrededor del 99 % de los átomos de C que se encuentran en la naturaleza tienen núcleos de 12 C, que no aparecen en la espectroscopia de RMN ni se acoplan con otros núcleos que sí muestran señales. Aproximadamente el 1% de los átomos de C que se encuentran en la naturaleza tienen núcleos de 13 C, que sí muestran señales en la espectroscopia de RMN de 13 C y se acoplan con otros núcleos activos como el 1 H. Dado que el porcentaje de 13 C es tan bajo en las muestras de abundancia isotópica natural , los efectos de acoplamiento de 13 C sobre otros carbonos y sobre 1 H suelen ser insignificantes y, para todos los efectos prácticos, la división de las señales de 1 H debido al acoplamiento con el carbono de abundancia isotópica natural no aparece en los espectros de RMN de 1 H. Sin embargo, en la vida real, el efecto de acoplamiento de 13 C sí aparece en los espectros no desacoplados de 13 C de otros núcleos magnéticos, lo que provoca señales satelitales .
De manera similar, para todos los propósitos prácticos, la división de la señal de 13 C debido al acoplamiento con carbonos de abundancia isotópica natural cercanos es insignificante en los espectros de RMN de 13 C. Sin embargo, prácticamente todo el hidrógeno unido a átomos de carbono es 1 H en muestras de abundancia isotópica natural, incluidos todos los núcleos de 13 C unidos a átomos de H. En un espectro de 13 C sin desacoplamiento en absoluto, cada una de las señales de 13 C se divide de acuerdo con la cantidad de átomos de H que se encuentran junto a ese átomo de C. Para simplificar el espectro, la espectroscopia de RMN de 13 C se ejecuta con mayor frecuencia completamente desacoplada de protones , lo que significa que los núcleos de 1 H en la muestra se irradian ampliamente para desacoplarlos completamente de los núcleos de 13 C que se están analizando. Este desacoplamiento completo de protones elimina todo acoplamiento con átomos de H y, por lo tanto, la división debido a átomos de H en compuestos de abundancia isotópica natural. Dado que el acoplamiento entre otros carbonos en muestras de abundancia isotópica natural es insignificante, las señales en espectros de 13 C completamente desacoplados de protones en hidrocarburos y la mayoría de las señales de otros compuestos orgánicos son picos únicos. De esta manera, la cantidad de conjuntos equivalentes de átomos de carbono en una estructura química se puede contar contando picos singlete, que en los espectros de 13 C tienden a ser muy estrechos (delgados). Otra información sobre los átomos de carbono generalmente se puede determinar a partir del desplazamiento químico , como si el átomo es parte de un grupo carbonilo o un anillo aromático , etc. Este desacoplamiento completo de protones también puede ayudar a aumentar la intensidad de las señales de 13 C.
También puede haber un desacoplamiento fuera de resonancia de 1 H de los núcleos de 13 C en la espectroscopia de RMN de 13 C, donde una irradiación de radiofrecuencia más débil da como resultado lo que puede considerarse un desacoplamiento parcial. En un espectro desacoplado fuera de resonancia de este tipo, solo los átomos de 1 H unidos a un átomo de carbono dividirán su señal de 13 C. La constante de acoplamiento, que indica una pequeña diferencia de frecuencia entre los picos de señal divididos, sería menor que en un espectro no desacoplado. [1] Observar el espectro de 13 C desacoplado de protones fuera de resonancia de un compuesto puede mostrar cuántos hidrógenos están unidos a los átomos de carbono para ayudar a dilucidar aún más la estructura química . Para la mayoría de los compuestos orgánicos, los carbonos unidos a 3 hidrógenos ( metilos ) aparecerían como cuartetos (señales de 4 picos), los carbonos unidos a 2 hidrógenos equivalentes aparecerían como tripletes (señales de 3 picos), los carbonos unidos a 1 hidrógeno serían dobletes (señales de 2 picos) y los carbonos no unidos directamente a ningún hidrógeno serían singletes (señales de 1 pico). [2]
Otro método de desacoplamiento es el desacoplamiento específico de protones (también llamado selectivo de banda o banda estrecha). Aquí la banda de frecuencia 1H "estrecha" seleccionada del pulso de RF de desacoplamiento (suave) cubre solo una cierta parte de todas las señales 1H presentes en el espectro. Esto puede servir para dos propósitos: (1) disminuir la energía depositada mediante un ajuste adicional de las formas del pulso de RF/utilizando pulsos compuestos, (2) dilucidar las conectividades de los núcleos de RMN (aplicable tanto con desacoplamiento heteronuclear como homonuclear). El punto 2 se puede lograr mediante el desacoplamiento, por ejemplo, de una sola señal 1H que luego conduce al colapso del patrón de acoplamiento J de solo aquellas señales 1H heteronucleares o no desacopladas observadas que están acopladas J a la señal 1H irradiada . Otras partes del espectro permanecen inafectadas. En otras palabras, este método de desacoplamiento específico es útil para asignaciones de señales, lo cual es un paso crucial para análisis posteriores, por ejemplo, con el objetivo de resolver una estructura molecular. Cabe señalar que se pueden observar fenómenos más complejos cuando, por ejemplo, los núcleos de 1 H desacoplados se intercambian con núcleos de 1 H no desacoplados en la muestra y el proceso de intercambio tiene lugar en la escala de tiempo de RMN. Esto se aprovecha, por ejemplo, con agentes de contraste de transferencia de saturación por intercambio químico (CEST) en la espectroscopia de resonancia magnética in vivo . [3]