19.4: Aplicaciones de RMN de protones

La RMN protónica (^1H) encuentra utilidad tanto para análisis cualitativos como para análisis cuantitativos; en esta sección consideramos brevemente cada una de estas áreas.

Identificación de Compuestos

La RMN de protones es una herramienta esencial para el análisis cualitativo de compuestos orgánicos, inorgánicos y bioquímicos. La Figura\(\PageIndex{1}\) proporciona un ejemplo simple que muestra la relación entre la estructura y los picos de RMN de ^1H. Los espectros en esta figura son para un conjunto de cuatro moléculas orgánicas simples, cada una de las cuales tiene una cadena de tres carbonos y un oxígeno: 1-propanol, CH ₃ CH _{2 CH 2} OH, 2-propanol, CH ₃ CH (OH) CH ₃, propanal, CH ₃ CH ₂ CHO, y ácido propanoico, CH ₃ CH ₂ COOH. Las dos primeras de estas moléculas son alcoholes, la tercera es un aldehído y la última es un ácido. El espectro principal va de 0 a 14 ppm, con recuadros que muestran los espectros en un rango más estrecho de 0-5 ppm.

Cada una de estas moléculas tiene un grupo terminal —CH ₃ que es el pico más alto en su espectro, apareciendo entre 0.94 — 1.20 ppm. Cada una de estas moléculas tiene un hidrógeno que o bien está unido a un oxígeno o un hidrógeno unido al mismo carbono que el oxígeno. Los hidrógenos en los grupos —OH de los dos alcoholes tienen desplazamientos similares de 2.16 ppm y 2.26 ppm, pero el hidrógeno aldehído en el grupo —CHO y el hidrógeno ácido en —COOH se desplazan más abajo apareciendo en 9.793 ppm y 11.73 ppm, respectivamente. Los hidrógenos en los dos grupos —CH ₂ — del 1-propanol tienen desplazamientos muy diferentes, con el adyacente al grupo —OH apareciendo más campo abajo a 3.582 ppm que el próximo al grupo —CH ₃ a 1.57 ppm. No es sorprendente que el hidrógeno —CH— en 2-proponal, que es adyacente al grupo —OH aparezca en 4.008 ppm.

Comparaciones de este tipo permiten construir tablas de desplazamientos químicos —véase el Cuadro 19.2.1 en el Capítulo 19.2 para un ejemplo— que pueden ayudar a determinar la identificación de la molécula que da lugar a un espectro de RMN particular. Como este recibe una amplia cobertura en otros cursos, particularmente cursos de química orgánica, aquí no brindaremos una cobertura más amplia.

Figura\(\PageIndex{1}\). Espectros de RMN ^1H para 1-propanol, 2-propanol, propanal y ácido propanoico. El espectro completo se muestra usando la escala en la parte inferior de cada figura. Los recuadros muestran primeros planos de los espectros de RMN de 0 — 5 ppm. Los datos originales utilizados para construir estos espectros se encuentran aquí. El espectro para propanal se registró en un instrumento de 300 MHz; los otros tres espectros se registraron en un instrumento de 90 MHz.

Análisis Cuantitativo

Un análisis cuantitativo requiere de un método de estandarización, que para RMN suele hacer uso de un estándar interno. Un buen estándar interno debe tener alta pureza y debe tener un espectro de RMN relativamente simple con picos que no se superpongan con el analito u otras especies presentes en la muestra. Si estamos interesados solo en las concentraciones relativas del analito y el estándar interno, entonces podemos usar la siguiente fórmula

\[\frac{M_a}{M_{is}} = \frac{I_a}{I_{is}} \times \frac{N_{is}}{N_a} \label{quant1} \]

donde\(M\) es la concentración molar del analito o patrón interno,\(I\) es la intensidad del pico de RMN para el analito o patrón interno, y\(N\) es el número de núcleos que dan lugar al pico de RMN para el analito y el patrón interno. Incluso si no conocemos la concentración exacta del patrón interno, si sabemos que su concentración es la misma en todas las muestras, entonces podemos determinar la concentración relativa de analito en una colección de muestras.

Si estamos interesados en determinar la concentración absoluta de analito en una muestra, entonces debemos conocer la concentración absoluta del estándar interno; cuando es cierto, entonces la Ecuación\ ref {quant1} se convierte

\[M_a = \frac{I_a}{I_{is}} \times \frac{N_{is}}{N_a} \times M_{is} \label{quant2} \]

Determinando la pureza de un analito\(P_a\), en una muestra, podemos usar la ecuación

\[P_a = \frac{I_a}{I_{is}} \times \frac{N_{is}}{N_a} \times \frac{M_a}{M_{is}} \times \frac{W_{is}}{W_a} \times P_{is} \label{quant3} \]

donde\(W\) está el peso del patrón interno o la muestra que contiene nuestro analito.