La espectroscopia de resonancia magnética nuclear de nitrógeno-15 ( espectroscopia de RMN de nitrógeno-15 o simplemente RMN de 15 N ) es una versión de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear que examina muestras que contienen el núcleo de 15 N. [1] [2] La RMN de 15 N difiere en varios aspectos de las más comunes RMN de 13 C y 1 H. Para sortear las dificultades asociadas con la medición del nucleido 14 N cuadrupolar de espín 1, se emplea RMN de 15 N en muestras para su detección, ya que tiene un espín de estado fundamental de ½. Dado que el 14 N es 99,64 % abundante, la incorporación de 15 N en muestras a menudo requiere técnicas sintéticas novedosas. [3]
El nitrógeno-15 se utiliza con frecuencia en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), porque a diferencia del nitrógeno-14 más abundante, que tiene un espín nuclear entero y, por lo tanto, un momento cuadrupolar, el 15N tiene un espín nuclear fraccionario de la mitad, lo que ofrece ventajas para la RMN como un ancho de línea más estrecho. Las proteínas se pueden etiquetar isotópicamente cultivándolas en un medio que contenga nitrógeno-15 como única fuente de nitrógeno. Además, el nitrógeno-15 se utiliza para etiquetar proteínas en proteómica cuantitativa (por ejemplo, SILAC ).
La RMN de 15 N presenta complicaciones que no se encuentran en la espectroscopia de RMN de 1 H y 13 C. La abundancia natural de 0,36 % de 15 N da como resultado una pérdida importante de sensibilidad. La sensibilidad se ve agravada por su baja relación giromagnética (γ = −27,126 × 10 6 T −1 s −1 ), que es el 10,14 % de la de 1 H. La relación señal-ruido para 1 H es aproximadamente 300 veces mayor que la de 15 N con la misma intensidad de campo magnético. [4]
Las propiedades físicas del 15 N son bastante diferentes a las de otros núcleos. Sus propiedades, junto con las de varios núcleos comunes, se resumen en la siguiente tabla.
A partir de estos datos se puede observar que, en pleno enriquecimiento, el 15 N es aproximadamente una décima parte (-27,126/267,522) de sensible que el 1 H.
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) recomienda utilizar CH 3 NO 2 como estándar experimental; sin embargo, en la práctica, muchos espectroscopistas utilizan NH 3 (l) presurizado en su lugar. Para 15 N, los desplazamientos químicos referenciados con NH 3 (l) son 380,5 ppm campo arriba de CH 3 NO 2 (δ NH 3 = δ CH 3 NO 2 + 380,5 ppm). Los desplazamientos químicos para 15 N son algo erráticos, pero normalmente abarcan un rango de -400 ppm a 1100 ppm con respecto a CH 3 NO 2 . A continuación se presenta un resumen de los desplazamientos químicos de 15 N para grupos orgánicos comunes referenciados con respecto a NH 3 , cuyo desplazamiento químico se asigna a 0 ppm. [6] [2]
A diferencia de la mayoría de los núcleos, la relación giromagnética para 15 N es negativa. Con el fenómeno de precesión de espín, el signo de γ determina el sentido (horario o antihorario) de la precesión. La mayoría de los núcleos comunes tienen relaciones giromagnéticas positivas, como 1 H y 13 C. [3] [4]
La RMN de 15 N se utiliza en una amplia variedad de áreas, desde técnicas biológicas hasta inorgánicas. Una aplicación famosa en la síntesis orgánica es utilizar 15 N para monitorear los equilibrios de tautomerización en heteroaromáticos debido al cambio dramático en los cambios de 15 N entre tautómeros. [1]
La RMN de 15 N también es extremadamente valiosa en las investigaciones de RMN de proteínas. En particular, la introducción de experimentos tridimensionales con 15 N elimina la ambigüedad en los experimentos bidimensionales de 13 C– 13 C. En la resonancia magnética nuclear de estado sólido (ssNMR), por ejemplo, el 15 N se utiliza con mayor frecuencia en las secuencias de pulsos NCACX, NCOCX y CANcoCX.
La RMN de 15 N es el método más eficaz para la investigación de la estructura de heterociclos con un alto contenido de átomos de nitrógeno (tetrazoles, triazinas y sus análogos anexados). [7] [8] El marcaje con 15 N seguido del análisis de los acoplamientos 13 C– 15 N y 1 H– 15 N se puede utilizar para establecer estructuras y transformaciones químicas de heterociclos de nitrógeno. [9]
El método de mejora de la resolución de la señal es el método de núcleos insensibles mejorados por transferencia de polarización (INEPT). Debido a que el 15 N tiene una relación giromagnética de magnitud pequeña, la resolución es bastante pobre. Una secuencia de pulsos común que mejora drásticamente la resolución para 15 N es INEPT. INEPT es una solución elegante en la mayoría de los casos porque aumenta la polarización de Boltzmann y reduce los valores de T 1 (por lo tanto, los escaneos son más cortos). Además, INEPT puede adaptarse a relaciones giromagnéticas negativas, mientras que el efecto Overhauser nuclear común (NOE) no puede.