Análisis orgánico cualitativo RMN; separación e identificación de muestras problema liquidasJulián León a+, Anyie Catama a+, Mauricio Parra a+, Freddy Bernalb* a b Proyecto curricular de licenciatura en química, Facultad de ciencias y educación, Universidad distrital Francisco José de cal das, estudiantes, Bogotá, Colombia Proyecto curricular de licenciatura en química, Facultad de ciencias y educación, Universidad distrital Francisco José de caldas, Profesor, Bogotá, Colombia Palabras clave Resonancia magnética nuclear (RMN) Destilación fraccionada Espectro IR Elucidación estructural Índice de refracción Resumen Existen varias técnicas para la elucidación estructural de moléculas en química, dependiendo del grado de exactitud y de la posible molécula que se quiera elucidar, se pueden aplicar la técnica más adecuada, para así obtener la mayor cantidad de información posible y dar una elucidación correcta; en este informe se presentan los resultados obtenidos al analizar una muestra de dos componentes problema por el método de RMN, así primero se realizó una destilación fraccionada para lograr purificar y separar los dos componentes de la muestra, así como un intermediario, se obtuvieron temperaturas de ebullición de 82 °C y de 92 °C para las dos fracciones que se lograron separar, posteriormente se le midió el índice de refracción a las muestras y se obtuvieron valores de 1,436 y 1,409 para cada una, finalmente se realizó un análisis espectrofotométrico IR y un análisis espectroscópico RMN 1H y 13 C, a partir de los datos obtenidos en este procedimiento se obtiene que los componentes de la mezcla problema son ácido propanoico y alcohol alílico. 1. Introducción atómico (protones y neutrones), estos dos tipos de partículas poseen un momento angular de espín y por consiguiente el núcleo también poseerá un momento angular, que será igual al total resultante de los momentos angulares orbitales y de espín de los nucleones; para cada átomo existe un valor definido de espín nuclear, y está relacionado con el número de nucleones y a su tendencia de aparearse por tipo, es ideal para el fenómeno de resonancia que el número de espín nuclear sean semi enteros o diferentes de 0. El momento magnético de los núcleos está relacionado con el momento angular y se fundamenta en que los núcleos se comportan como pequeños imanes, cuando el momento angular de espín es diferente a 0 se presenta un momento magnético asociado, este momento magnético es asociado a la dirección del espín, básicamente, lo que se realiza en los experimentos de RMN es manipular este momento magnético. El momento eléctrico cuadrupolar se presenta en núcleos La resonancia magnética nuclear (RMN) es un técnica físicoquímica basada en las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos, esto se debe a que muchos átomos se comportan como pequeños imanes, generan un campo magnético de débil intensidad; cuando estos núcleo se ven influenciados por un campo magnético de fuerte intensidad se ven afectados sus espines nucleares, los núcleos cuyos espines difieren de la orientación del campo magnético externo poseen una energía diferente por consiguiente cuando se exponen los núcleos a un radiofrecuencia adecuada se producen transiciones de niveles energéticos que pueden ser detectados como una señal débil de absorción por medio de los detectores adecuados. El fenómeno RMN se basa en algunas propiedades magnéticas de los átomos, como son el momento angular de espín, el momento magnético y el momento eléctrico cuadrupolar; el momento angular de espín está determinado por el número de partículas elementales que componen el núcleo activando las transiciones de estados basal y excitado y favoreciendo el intercambio de energía entre el sistema de espines y el entorno. hay tres términos importantes que caracterizan a un espectro de protón: el desplazamiento químico. este tipo de especies presentan el fenómeno. Sin embargo. pues en cada núcleo de se pueden producir fenómenos de apantallamiento o desapantallamiento que hacen que su frecuencia de resonancia y. pues generan señales muy anchas en el espectro.con número de espín igual o mayor a 1. Asociados a los fenómenos de irradiación están los fenómenos de relajación que sufren los núcleos que presentan el fenómeno de resonancia. El desplazamiento químico se fundamenta en el hecho de que los hidrógenos de una molécula resuenan a frecuencias diferentes. los espectros de 1 H son muy versátiles y permiten una buena identificación de la molécula problema. Para la elucidación estructural los espectros que más se emplean son los de 1H y 13C. relajación escalar y la relajación espín-rotación. pues a diferencia de otro tipo de espectroscopias en RMN las señales dependen del procedimiento de medición. Los procesos de relajación pueden ser de dos tipos. La anchura de la señal que depende especialmente de la relajación transversal. relacionados a estos procesos de relajación se encuentran los mecanismos de relajación que pueden ser: relajación dipolar núcleo-núcleo. 13C. obteniéndose una relación inversa entre la anchura de la señal y el tiempo de vida promedio del estado excitado. así. esta interacción es debida a los campos eléctricos generados por los electrones que rodean al núcleo. debido a los diferentes tipos de carbonos que pueden existir en una muestra. a través de un desacoplamiento del equipo se puede obtener información de la existencia de carbonos primarios. pero en algunos casos puede involucrar parámetros de relajación y el modo en que se adquiere el espectro. secundarios. la multiplicidad es fruto de las interacciones entre los núcleos vecinos. La intensidad relativa con relación a otras señales presentes en el espectro. como son: la posición de la señal. núcleos con espín fraccionario. entro los átomos en este grupo se encuentran 12C y 16O. relajación por anisotropía del blindaje nuclear. es originada por las interacciones entre los momentos magnéticos nucleares de los núclidos separados entre sí por 1 a 3 enlaces. esto se debe a que su abundancia isotópica es demasiado baja y no permite una interacción con núcleos similares que sea significativa. que está dada por la frecuencia de resonancia y depende del entorno electrónico del núcleo que la origina. así. La multiplicidad que está dada por el número e intensidad de los picos correspondientes. esta posición también recibe el nombre de desplazamiento químico. esta desviación resulta en una interferencia para la observación del fenómeno de RMN. 15N que son de gran importancia para la química. Así mismo los espectros RMN de 1H y 13C se pueden correlacionar entre sí en lo que se conoce como espectroscopia RMN 2D. terciarios o cuaternarios en la muestra. relajación cuadrupolar. pues permiten una mejor comprensión de los fenómenos que ocurren entre los núcleos de carbono y los de hidrogeno . esto se presenta porque la distribución de sus cargas en su superficie presenta una distribución esférica. el mantenimiento de una señal con determinada intensidad refleja que se presentan mecanismos que conllevan al establecimiento de un equilibrio térmico. este tipo de espectros son de bastante utilidad. por consiguiente su desplazamiento químico. así se encuentran los núcleos que no presentan el fenómeno. y expresa la desviación de la simetría esférica sobre la superficie. relajación dipolar núcleo-electrón. la integral y la multiplicidad. estos núcleos son los que no tienen espín y momento magnético. A diferencia de los espectros RMN 1H los espectros de RMN 13C no presentan integración ni multiplicidad. generalmente esta intensidad depende del número de núcleos responsables de la señal. cada uno de estos espectros tienen unas características particulares que los hace de especial interés para el trabajo químico. pueden ser relajación espín-red o de relajación espin-espin. y permite identificar con cierta exactitud el número de núcleos vecinos al protón de estudio. los procesos de relajación determinan el tiempo de vida promedio del estado excitado y por tanto la anchura de la señal. esta variación en las frecuencias se debe a la densidad electrónica que rodea al núcleo de que se está estudiando. Estas tres propiedades nos permiten clasificar los núcleos de acuerdo a su susceptibilidad de sufrir el fenómeno de resonancia. pero debido a el momento eléctrico cuadrupolar se dificulta su interpretación en el espectro. los espectros de 13C presentan particularidades que no tienen los de 1H. y los que presentan espín entero mayor o igual a 1. que son los que más sufren el fenómeno de resonancia y entre los cuales se encuentran 1H. aumente (desapantallamiento) o disminuya (apantallamiento). como por ejemplo. pues debido a que estos núcleos se comportan como cuadrupolos eléctricos tienen una fuerte interacción de los campos magnéticos generados para el fenómeno de resonancia. dentro de los núcleos que si presentan el fenómeno se encuentran dos grupos. La integral muestra el área de cada señal en el espectro y es un indicativo del número de hidrógenos responsables de esa señal. Para poder analizar correctamente es necesario tener en cuenta algunos parámetros importantes. 2.2. Índice de refracción invasivo. 2. Destilación fraccionada. lo que hace más fácil la labor de elucidación estructural. cuyos tiempos se muestran en la tabla 1. Temperatura de destilación 82 °C 92 °C Tabla 2 Índice de refracción de destilados obtenidos de la muestra 5 Número de destilado 1 2 componentes de la mezcla ácido propanoico Alcohol alílico. Espectroscopia IR Tabla 3 Asignación de bandas del IR (mauro 1) Banda (cm -1) 3381 2985 1423 1112 1026 993 991 Asignación Tensión de OH asociado Tensión asimétrica de grupo CH3 Tensión asimétrica de C-O Tensión del grupo O . así mismo también permiten relacionar núcleos de hidrogeno con otros núcleos de hidrogeno. como la medicina en donde se utiliza el mismo principio para generar imágenes diagnosticas de modo no Tabla 1 Temperatura de destilación de la muestra 5 Número de destilado 1 2 Temperatura inicial: 22 °C 2.1.409 2.3. Resultados y discusión. Del proceso de destilación fraccionada se obtienen tres fracciones.436 1.H Tensión asimétrica de C-O característica de alcoholes primarios Flexión de olefina mono sustituida Balanceo del grupo OH Figura 7 IR de muestra 1 . Además de la elucidación estructural las técnicas de resonancia magnética nuclear han sido provechosas en otras ramas de la ciencia. lo que ha permitido salvar incontables vidas.presentes en la muestra. Índice de refracción 1. debido a que las muestras son liquidas y no se utilizó ningún solvente de referencia se simulan los espectros en el programa informático MestReNova versión 8. Espectroscopia RMN Se obtuvieron los espectros mostrados en la figura 1 a y b.2. A Figura 1 espectros RMN de Hidrogeno y Carbono muestra problema 1 B Figura 1 espectros RMN de Hidrogeno y Carbono muestra problema 1 C Figura 2 espectros simulados en el programa informático MestReNova versión 8.1 D E Figura 3 espectro RMN 1H y espectro RMN 13C respectivamente tomado de la base de datos SDBS F . se tomaron los espectros tanto de hidrogeno como de carbono.4.1 para lograr una elucidación completa. así mismo. estos espectros simulados se muestran en la figura 2 c y d. 14 Doblete y singlete 5. cuyas señales también se presentan en la misma tabla.50 asignación H H C C H H C O H H H H C C H H C O H H 2 115 114.99 multiplicidad asignación H H H 2 6.14 63. Espectro experimental Señal 1 δ (ppm) 6. así mismo se trata de confirmar la posibilidad de una correcta elucidación de las señales a través del análisis de los espectros simulados.06 Doblete 4. Es importante resaltar que el intermediario de la destilación también se pasó por el espectrómetro.62 singlete 1.84 multiplicidad Doble triplete Espectro de base de datos δ (ppm) 5. mientras que en la figura 5 c y d corresponden a los espectros simulados. Una vez realizada la elucidación estructural a partir tanto de los espectros experimentales como de los espectros simulados se buscan los espectros de dichas sustancias en bases de datos. simulado y de base de datos para la muestra problema 1 con una asig nación de la posible molécula responsable.16 H H H 3 5.93 115.14 H O H H singlete 4 4. simulado y de base de datos para la muestra problema 1 con una asi gnación de la posible molécula responsable Espectro experimental Señal 1 139 δ (ppm) Espectro simulado δ (ppm) 136. estos se presentan en la figuras 6 Figura 4 espectros RMN de Hidrogeno y Carbono muestra problema 2 A B .Tabla 4 análisis de las señales del espectro RMN 1H experimental.59 H H C C H H C O H H Los análisis de la primera muestra que se pasó por el espectrómetro se muestran en la tabla 4 y tabla 5. sin embargo no se presenta su análisis debido a que es una mezcla y se presentan Para la muestra problema 2 se siguió una metodología similar a la que se tomó para la muestra problema 1 y sus espectros se presentan en las figura 4 a y b corresponden a los espectros experimentales.0 Singlete 5.79 H3C O H Tabla 5 análisis de las señales del espectro RMN 13C experimental.03 3 64 61.85 Espectro de base de datos δ (ppm) 137.75 Triple doblete 0.50 Multiplicidad Multiplete Espectro simulado δ (ppm) 5.75 4. simulado y de base de datos para la muestra problema 2 con una asi gnación de la posible molécula responsable. Espectro experimental Señal 1 δ (ppm) 139 Espectro simulado δ (ppm) 178.15 Tabla 7 análisis de las señales del espectro RMN 13C experimental.45 cuarteto 2.26 Espectro de base de datos δ (ppm) 181. simulado y de base de datos para la muestra problema 2 con una asig nación de la posible molécula responsable.17 triplete 1. Espectro experimental Señal 1 δ (ppm) 6.89 8.46 multiplicidad singlete Espectro de base de datos δ (ppm) 11.50 multiplicidad Multiplete Espectro simulado δ (ppm) 9.75 1.38 H H H H H 3 5.46 asignación O 2 115 25.0 Singlete 2.1 D E Figura 63 espectro RMN 1H y espectro RMN 13C respectivamente tomado de la base de datos SDBS F Tabla 6 análisis de las señales del espectro RMN 1H experimental.C Figura 5 espectros simulados en el programa informático MestReNova versión 8.63 C O H O CH2 HO 3 64 8.89 H3C .08 27.73 multiplicidad singlete asignación O O H 2 6. Conclusiones Se deduce que la primera sustancia es un alcohol alílico nombre común nombre IUPAC 2-propeno-1-ol dado a diferentes referencias lo indican.4. Se tomó la totalidad de la muestra problema y se introdujo en un balón de destilación. Destilación fraccionada. 3. Espectro de resonancia magnética nuclear (RMN) Se tomó una alícuota de 2 cm3 de cada una de las muestras. 3.De las imágenes se puede observar que las que las imágenes difieren por lo general en una señal en el espectro de hidrogeno. A cada una de las fracciones destiladas obtenidas se les realizo la medida del índice de refracción. parte experimental 3. enfriado con agua. esto se puede deber a la naturaleza de la muestra. donde se empezó a recoger en un Erlenmeyer nuevo. iniciando por el IR que involucra a un alcohol primario y un grupo de olefina dentro de la asignación de bandas. Espectro IR A la muestra más pura de acuerdo con el espectro RMN se le realizó un estudio de IR en el espectrofotómetro y se obtuvo el espectro IR 4. el siguiente destilado se obtuvo a los 92 °C. 3.3. se realizó un montaje de destilación fraccionada con refrigerante recto. carbonos con doble enlace a oxigeno proporcionándonos la estructura de un ácido carboxílico. Índice de refracción.446 y el practico 1. hidrógenos con desplazamiento de unión a un oxígeno.1. en donde se empezó a obtener una mezcla de los residuos del destilado anterior y el siguiente componente de la muestra. 3.2. analizándola con los parámetros de la muestra anterior donde con el RMN de 1H y 13C donde en la de 1H observamos la asignación de grupos carboxilos. 3.5. Para el aporte de los valores de índice de refracción siendo así el valor teórico 1.409 dado que los valores no son exactos hay que reconocer que el valor teórico es en un estado pura y en condiciones ideales. se ha simulado la posible estructura y al involucrar el grupo OH de los alcoholes y el doble enlace la molécula extraída es de dicho alcohol. En los análisis de señales del espectro RMN tanto en 1H y 13 C experimental. pues en algunas muestras el OH tiende a formar dímeros y esto afecta el desplazamiento de la señal. así mismo para el caso de los espectros simulados y de los espectros tomados de bases de datos una variable a considerar son los tipos de instrumento en que se tomó el espectro. se traspasó a un vial para que fueran tomados los espectros RMN en el espectrómetro Anasazi Instrument eft-90 a una frecuencia de 100 MHz para así analizar y poder elucidar la estructura. esta señal suele ser la que se encuentra asociada al protón de la unión OH. se obtuvo el primer destilado a los 82 °C y se recogió hasta que vario la temperatura. Reactivos Se utilizaron como reactivos la muestra problema número 5. para ello se tomó una gota de cada destilado y se colocó en el refractómetro esta medida se realiza para compararla con el índice de la sustancia pura para obtener un porcentaje de pureza aproximado de la muestra. dentro de la práctica desarrollada nos indica un valor de 1. mientras que el aportado por la práctica este se halla en una mezcla y bajo estándares reales. Reseñando el índice de refracción la teoría nos aporta el dato de 1.413. . pues esto suelen tener diferencias al presentar los resultados.436 ocurre lo mismo que la muestra uno los valores teóricos y prácticos no coinciden pero se es observa el mismo fenómeno. para identificar que es ácido propanoico no li proporciona el RMN 13 C por solo hallarse tres tipos diferente de carbonos. Por otro lado a la muestra problema dos asigno como ácido propanoico.
Report "Informe de Laboratorio II (Analisis Organico Cualitativo Rmn)"