RMN una perspectiva historica [Modo de compatibilidad]

Metodologías para la determinación estructural de fármacos
Universidad CEU San Pablo. Urbanización Montepríncipe.
Ctra. Boadilla del Monte Km 5.3. Teléfono: 913726433 (Javier Pérez Castells)
Aulas 103B y 101, Edificio C.
Metro Ligero: Estación Montepríncipe. Servicio de autobuses www.farmacia.uspceu.es
Metodologías para la determinación estructural
de fármacos y el estudio de fenómenos de
reconocimiento molecular
Programa de doctorado en Química Médica
23 mayo
24 mayo
9.3010.30
RMN. Una perspectiva
Histórica
J. Pérez-Castells
Escalas de tiempo en
RMN
Gema Domínguez
10.3011.30
Desplazamientos
químicos
Gema Domínguez
11.3012.30
12.3013.30
14:3015:30
Presentación.
RMN: una perspectiva histórica
Javier Pérez Castells
USP-CEU
Constantes de
Acoplamiento
Ana Ramos
25 mayo
RMN bidimensional.
Conceptos básicos
Correlación
Homonuclear.COSY,
TOCSY
J. Pérez-Castells
Correlación
Heteronuclear HMQC,
HSQC
J. Pérez-Castells
26 mayo
27 mayo
Péptidos y Proteínas
J. Pérez-Castells
RMN en Química
farmacéutica y diseño de
fármacos. STD,
waterlogsy y análogos.
Ana Ramos
Estructura 3D de
biomoléculas. Una
aproximación
combinada de RMN y
modelado molecular
J. Pérez-Castells
Aproximaciones basadas
en el receptor:
Perturbaciones de
desplazamiento químico
Sonsoles Martín
RMN en elucidación
estructural productos
Naturales
Gema Domínguez,
Ana Gradillas
Aspectos prácticos sobre
preparación de muestras
y partes de un equipo de
RMN
Ana Gradillas
SAR by NMR. El método
shapes. Diseño basado en
fragmentos
Sonsoles Martín
Métodos rápidos en RMN
Antonio Herrera
Incorporación de
lantánidos para el
análisis estructural de
biomoléculas por RMN
Alvaro Mallagaray
15.3016.30
El efecto NOE
Javier Cañada
16.3017.30
Correlación
Homonuclear.
NOESY, ROESY y
análogos
Javier Cañada
17.3018.30
RMN en la industria
Farmacéutica
Juan F. Espinosa
USP-CEU
1
2
¿Qué es la RMN?
•
RMN. Una perspectiva Histórica
•
•
Descrita por Isidor Rabi en 1938, aunque fueron Félix Bloch y Edward Mills
Purcell en 1946 quienes la aplican a líquidos y sólidos, por lo que
compartieron el Premio Nobel de física en 1952.
Purcell había trabajado en el desarrollo del radar y sus aplicaciones durante la
segunda guerra mundial.
Observaron que los núcleos magnéticos, como 1H y 31P, podían absorber
energía de RF cuando colocaban en un campo magnético de una potencia
específica y así lograban identificar los núcleos. Cuando esa absorción ocurre,
los núcleos se describen como estando en resonancia. Diferentes núcleos
atómicos dentro de una molécula resuenan a diferentes frecuencias de radio
para la misma fuerza de campo magnética..
Javier Pérez Castells
•La resonancia magnética nuclear (RMN) es un fenómeno físico basado
en las propiedades mecánico-cuánticas de los núcleos atómicos. RMN
también se refiere a las aplicaciones para estudiar moléculas
(espectroscopia de RMN), macromoléculas (RMN biomolecular), así
como tejidos y organismos completos (imagen por resonancia magnética).
USP-CEU
3
USP-CEU
4
Premios Nobel en RMN
F. Bloch
E.M. Purcell
¿Por qué estudiamos RMN?
Physics 1952
"for their development of new
methods for NM precision
measurements and discoveries
in connection therewith"
Elucidacion estructural (química)
Productos naturales.
Síntesis orgánica.
Cinéticas de reacción.
Estudio de equilibrio.
Chemistry 1991
"for his contributions to the development of the
methodology of high resolution nuclear magnetic
resonance (NMR) spectroscopy (FT)"
Estudios estructurales tri-dimensionales
Proteínas.
ADN/ARN.
Complejos de proteínas y ADN/ARN.
Polisacáridos.
Diseño de fármacos
R.R. Ernst
Chemistry 2002
"for his development of nuclear magnetic resonance
spectroscopy for determining the three-dimensional
structure of biological macromolecules in solution"
K. Wüthrich
USP-CEU
Estudio de procesos dinámicos
Medicina - RMI
Relaciones de Estructura-Actividad por RMN.
USP-CEU
5
1951,
1er espectro EtOH
6
Fundamentos teóricos de RMN
• Espectroscopia de absorción (o emisión), igual que IR o UV. Detecta la absorción
de radiofrequencias (radiación electromagnética) por ciertos núcleos en una molécula.
Espectrómetro de 30 MHz
• El fundamento teórico es difícil
• Solo núcleos con numero cuántico de spin nuclear (I) ≠ 0 absorben radiación
electromagnética.
• Masa y numero atómico par: I = 0 (12C, 16O)
• Masa atómica par & numero atómico impar: I = 1
(14N, 2H, 10B)
• Masa atómica impar: I = 1/2 (1H, 13C, 15N)
Espectro 1D de RNasa A,
40 MHz, 1957
Espectro 2D de Heveina,
USP-CEU
600 MHz, 1997
7
• El estado del spin del núcleo (m) esta cuantificado. A m se le llama numero
cuántico magnético
m = I, (I - 1), (I - 2), …USP-CEU
,-I
8
Fundamentos teóricos de RMN
Fundamentos teóricos de RMN
• Para 1H, 13C, 15N, 31P (núcleos biológicamente relevantes con I = 1/2):
µ
m = 1/ 2, - 1/ 2
• Esto significa que hay solo dos estados para estos núcleos.
• Otro parámetro importante de cada núcleo es el momento magnético (µ):
π
µ = γ mh / 2π
H
• Es una magnitud vectorial que nos da la dirección y magnitud del ‘imán
nuclear’
• h es la constante de Planck
• γ es la relación giromagnética, y depende del núcleo en consideración.
H
• Cada núcleo tiene su momento magnético.
USP-CEU
• La energía de un spin en un campo magnético depende del campo magnético,
USP-CEU
que llamaremos Bo, y del m:
10
9
Fundamentos teóricos de RMN
Fundamentos teóricos de RMN
Al aplicar un campo magnético Bo, los espines tienen dos estados de energía
posibles: a favor del campo, y en contra. La energía es el producto escalar entre los
vectores correspondientes:
E = - µ . Bo
µ
Bo
Eα = - γ h Bo / 4π
π
La diferencia de energía entre los dos niveles, α y β, es:
Bo
µ
• La distribucion Nα / Nβ es solo 1.000064.
•
Eβ = γ h Bo / 4π
π
En un millón de spines, tenemos una diferencia de solo 64: El RMN tiene baja
sensibilidad comparado con UV o IR.
• A mayor γ más energía absorbe un núcleo y por lo tanto más sensible es. La
sensibilidad es proporcional a µ, a Nα / Nβ, y al ‘flujo magnético’ de la bobina,
y todos dependen de γ. En suma, es proporcional a γ3.
∆E = γ h Bo / 2π
π
•Cuanto mas grande el campo Bo, mas la energía. Además, el cociente de
poblaciones de los dos niveles depende de ∆Ε,
∆Ε y la podemos calcular como
distribución de Boltzman.
Nα / Nβ = e
• El ∆E para 1H’s a 400 MHz (Bo = 9.4 T) es 4 x 10-5 Kcal / mol.
γ13C = 6,728 rad / G
∆E / RT
γ1H = 26,753 rad / G
USP-CEU
11
• 1H es ~ 64 veces mas sensible
que 13C sólo por el γ.
USP-CEU
12
Fundamentos teóricos de RMN
Fundamentos teóricos de RMN
• En suma un núcleo es un pequeño imán normalmente orientado en el espacio al
azar.
• En un campo magnético los núcleos se alinean con él y se produce una pequeña
diferencia de energía entre el estado alineado a favor y en contra del campo
(efecto Zeeman)
•Si además consideramos la abundancia natural, 13C (~1%) termina siendo
6400 veces menos sensible que 1H...
• La energía esta relacionada con la frecuencia (cuántica...):
∆E = h νo
νo = γ Bo / 2π
π
∆E = γ h Bo / 2π
π
• Para 1H’s en imanes normales (2.35 - 18.6 T), la frecuencia
esta entre 100 y 800 MHz. Para 13C, 1/4 de eso…
rayos-γ
10-10
10-8
rayos-X UV
VIS
µ-onda
IR
10-6 10-4
10-2
longitud de onda (cm)
100
radio
Cuando se le irradia con una energía externa (hν) que corresponde a la diferencia de
energía (∆E) entre esos dos estados, la energía es absorbida causando un “spin flip”
hacia el estado de mayor energía. La energía necesaria cae en la zona de RF
102
USP-CEU
e-
e-
13
El campo magnético
USP-CEU
14
Evolución de los imanes de RMN
La manera de lograr un campo magnético alto es con un
electroimán potente, y como la intensidad de corriente es
proporcional al campo magnético se usan superconductores.
Aunque el campo se mide en Teslas solemos utilizar la
radiofrecuencia de resonancia del protón
Bo
N
S
Imanes superconductores
Iman
B1
Computadora
Generador de frecs.
Detector
USP-CEU
15
USP-CEU
16
Fundamentos teóricos de RMN
Fundamentos teóricos de RMN
•El vector momento angular de cada núcleo adopta un ángulo respecto a la
dirección de Bo y precesiona.
•Como hay algunos núcleos de más alineados a favor de campo la suma vectorial
de todos, la magnetización macroscópica M queda como un vector paralelo al
campo Bo y en su mismo sentido.
Cuando se aplica B1 a la muestra a la frecuencia precisa, muchos espines
saltan de nivel Lo que nosotros percibimos es la magnetización
agregada de todos los espines de la muestra. Y a esa magnetización lo
que le ocurre es que se aparta del eje z hacia el plano xy continuando su
movimiento hasta que se apague B1. En cuanto se aparta de z empieza a
precesionar.
z
z
Bo
Bo
x
y
x
y
Frecuancia de precesión = frecuencia deLarmor
ωo = -γ Bo
(MHz)
USP-CEU
USP-CEU
17
Fundamentos teóricos de RMN
Fundamentos teóricos de RMN
La magnetización macroscópica o su componente xy precesionan
en el plano xy. La misma bobina que emitió la RF sirve, una vez
apagada para detectar la energía emitida por la muestra, al
recuperar su estado inicial.
Cuando se apaga el campo B1 la magnetización recupera su dirección en un
proceso llamado relajación, asociado a una constante de relajación longitudinal
T1 y a una constante de relajación transversal T2
z
18
T1
y
z
Bo
Bo
x
y
x
x
y
T1 resulta del proceso de relajación “spin-red”
USP-CEU
19
USP-CEU
20
Fundamentos teóricos de RMN
Fundamentos teóricos de RMN
La corriente inducida en la bobina de RF situada en el eje x será el
resultado de la acción del vector magnetización, que, como va
girando dará como resultado una señal oscilante y decreciente
(por la relajación).
y
Visto en un dominio de tiempos es la típica FID. Si bien se puede
y se debe sacar información de la FID (sobretodo de la calidad
esperable del espectro), no trabajamos con ella sino con su FT
x
y
y
y
-y
-x
time
x
x
x
frequency
USP-CEU
Fundamentos teóricos de RMN
22
Trasformada de Fourier
• En las moléculas hay distintos tipos de 1H, cada tipo con su propia ωo, matizada
por su entorno, y además variaciones debidas a la falta de homogeneidad del
campo Bo.
• Como todo núcleo es a su vez un pequeño imán el campo percibido por núcleos
con entornos diferentes es algo distinto.
• Necesitamos excitarlos todos y, a poder ser a la vez.
• Los primeros espectrómetros usaban una excitación continua.
• Tenemos dos formas de afinar un piano: Una consiste en ir tecla por tecla
grabando cada nota (i.e., cada frecuencia). La otra, sería darle un martillazo fuerte y
grabar el ruido que haga. Todas las frecuencias (notas) van a estar en la grabación.
• Lo que necesitamos es el equivalente al martillo. Algo que tenga todas las
frecuencias del espectro. Un pulso corto de radiofrecuencia tiene estas
características.
• Para explicarlo, usamos un algoritmo matemático,
La transformada de Fourier:
Fourier:
Transforma información del dominio del tiempo
al de frecuencia (y vice versa).
versa).
TF
−ω
USP-CEU
21
ω
∫
∞
S(ω
ω) = -∞ S(t) e-iωωt dt
S(t) =
1/
2
∫
∞
π S(ω
ω) eiωωt dt
0
• Actualmente se hace con pulsos.
USP-CEU
23
USP-CEU
24
Trasformada de Fourier
RMN de pulsos
El ancho de pulso no se selecciona por el rango de frecuencias (o banda de
barrido), pues se comprueba que hay “de sobra” sino por el ángulo que se desea
dar a la magnetización. El tiempo que el campo B1 esta encendido determina el
ángulo
z
z
•Un pulso de radiofrecuencia es el producto de una onda con una función escalón:
*
=
Mo
tp
x
θtp
tp
B1
• Esta es la forma del pulso en el dominio de tiempo. Si le hacemos una TF:
y
y
x
Mxy
θtp = γ * tp * B1
TF
ωo
• Como el ancho de pulso para cierto ángulo θtp va a depender del equipo (B1),
siempre nos referimos a los pulsos en términos de cuanto rotan a la magnetización
(θ
θtp). Tenemos pulsos de π / 4 (o 45), π / 2 (o 90), π (o 180)…
• El resultado es una señal centrada en ωo que cubre un rango de frecuencias.
Cuanto más corto es el pulso más ancho el rango de frecuencias porque f ∝ 1 / t.
USP-CEU
RMN de pulsos
z
z
x
π/2
y
x
y
Mxy
• El pulso π también es importante, ya que tiene el efecto de invertir las
poblaciones del sistema de espines...
y
• Las secuencias de pulsos son una serie de eventos (básicamente pulsos de
radiofrecuencia separados por periodos de tiempos o delays) aplicados en el
tiempo de modo secuencial, ordenado y predefinido, que provocan una
modificación específica sobre el estado de los espines que luego se pueden
relacionar con algún parámetro molecular a partir del análisis del espectro de
RMN resultante.
Pulso de 90º iguala las poblaciones
z
z
Mo
26
Secuencias de pulsos
• El pulso mas usado es el π / 2, porque pone la mayor cantidad de magnetización
posible en el plano <xy> (la señal mas grande que el instrumento puede detectar):
Mo
USP-CEU
25
x
Pulso de 180º invierte las poblaciones
π
x
y
-Mo
USP-CEU
27
USP-CEU
28
Secuencias de pulsos
La FID
• Hablemos un poco de la ‘Free Induction Decay’ (FID).
(FID) Es la señal que aparece en
la bobina receptora después de que la magnetización neta quede en el plano <xy>
(después de un pulso π / 2).
Secuencias de pulsos
• Cuando la magnetización vuelve al equilibrio (z) precesionando, la bobina
receptora detecta una señal sinusoidal que decae (para un solo tipo de spin):
ω = ωo
ω - ωo > 0
Mxy
tiempo
Mxy
tiempo
USP-CEU
29
USP-CEU
30
Teorema de Nyquist
La FID
• En una muestra real tenemos muchos sistemas de spin con frecuencias distintas, y
por lo tanto todas están combinadas en la bobina receptora. A esta señal la
llamamos ‘Free Induction Decay’ (o FID):
• Sistema de detección. El ordenador detecta una FID continua pero sólo trabaja con
datos digitales. El ADC se ocupa de “samplear” la FID tomando puntos (velocidad
de sampleado o sampling rate, DW en Bruker). Cuantas va a depender de las
frecuencias que tengamos en la FID.
• El Teorema de Nyquist dice que tenemos que samplear al menos dos veces mas
rápido que la señal mas rápida (o el ancho de espectro o spectral width, SW):
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
t1
0.90
1.00
sec
SR = 1 / (2 * SW)
• La TF de esta señal nos da el espectro de RMN:
Correcto
Incorrecto
• Si sampleamos al doble de la frecuencia no hay problema, pero si vamos muy
lentos la señal queda digitalizada en la computadora a 1/2 de la frecuencia real.
Estos picos aparecen en el espectro fuera de fase.
USP-CEU
31
USP-CEU
32
Detección en cuadratura
Detección en cuadratura
Fase = 90
• Esto implica más ruido, y necesidad de pulsos de muy buena calidad, El mejor
lugar para la frecuencia portadora es en el centro del espectro:
portadora
USP-CEU
0. 10
Ruido...
0. 20
0. 30
ω (B1)
R
R
L
R
L
USP-CEU
34
Esta función de ventana se llama multiplicación exponencial, y tiene
la siguiente forma matemática:
Sirven para mejorar la relación señal ruido y por tanto el aspecto del espectro.
El ruido es igual al lo largo de toda la FID. Al principio es poco en relación con la
magnetización luego mucho. Pero no debemos cortar la FID muy pronto porque
perderíamos resolución (las frecuencias se van diferenciando cada vez más. Hay
que llegar a un compromiso.
Señal + ruido...
R
L
33
Funciones de ventana
0
t1
L
Fase = 0
portadora
Fase = 0
Fase = 90
• En los primeros equipos de RMN-TF, la frecuencia de B1se ponía mas abajo de
las posibles frecuencias del espectro. Esto se hacia para que todas las señales fuesen
o mas rápidas o mas lentas que la portadora, de modo que la computadora siempre
supiese el signo de las frecuencias en la FID.
¿Como saber si la frecuencia va mas rápido o mas lento que la portadora?
Ponemos 2 bobinas receptoras con una diferencia de fase de 90 grados:
0. 40
0. 50
se c
F(t) = e - ( LB * t )
LB
35
F(t) = e - ( t / τ )
• En el dominio de frecuencias equivale a multiplicar el espectro por una función
Lorentziana con ancho de pico a media altura igual a la constante de decaimiento,
o ensanchado de línea (‘line broadening,’ LB), en Hz. Ese factor se introduce en
el aparato
• Lo que se hace es multiplicar la FID por una función que haga disminuir el ruido.
USP-CEU
-o-
Si usamos un LB negativo, la
exponencial crece en vez de decaer,
y deja que señales mas finas
pasen, mejorando la resolución pero
empeorando la relación señal/ruido.
USP-CEU
36
Funciones de ventana
Funciones de ventana
Otras funciones de ventana útiles
Gaussiana/Lorentziana: Mejora la resolución sin empeorar mucho la
sensibilidad. Preferible a usar solo LB negativo:
Un ejemplo de uso de una función de ventana
0
t1
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
sec
F(t) = e - ( t * LB + σ2 t2 / 2 )
LB = 5.0 Hz
LB = -1.0 Hz
• Coseno/Seno: Se usan para espectros 2D/3D:
0
t1
0.10
0.20
0.30
TF
0.40
0.50
sec
0
t1
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
sec
F(t) = cos( π t / tmax )
TF
• La función de ventana adecuada depende del experimento, y hay que jugar con
los parámetros...
USP-CEU
USP-CEU
37
Tamaño de datos y ‘zero-filling’’
Tamaño de datos y ‘zero-filling’’
Se puede mejorar la resolución digital (i.e., el numero de puntos) sin tener que
aumentar el AQ . El truco se llama ‘zero-filling.’ Lo que hacemos es aumentar el
numero de puntos antes de hacer la TF agregando ceros al final de la FID.
Generalmente agregamos una potencia de 2 de ceros (8K, 16K, etc.).
Otra cosa importante es el tamaño (en ‘bytes’) de los datos (SI). Está relacionado
con el ancho del espectro (la velocidad de sampleado). También esta relacionado
con el tiempo total en el que sampleamos la FID. Mas tiempo significa mas
datos. Incluso teniendo mucha memoria, mas tiempo de sampleo reduce las
repeticiones que podemos hacer en cierto tiempo.
FID de 8K
• Definimos la resolucion digital (digital resolution, DR) como el numero de Hz
por punto en la FID para cierto SW:
0
t1
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.2
1.4
8K de ceros
1.6
1.8
2.0
2.2
sec
FID de 8K
DR = SW / SI
38
FID de 16K
DR - digital resolution
SW - spectral width (Hz)
SI - data size (puntos)
• Entonces, con un SW de 5 KHz y una FID de 16K, tenemos una resolución
digital de 0.305 Hz/punto.
• Un problema obvio es que si tenemos un SW grande y un SI pequeño, la
resolución puede no ser suficiente para distinguir algunas líneas en el espectro.
USP-CEU
• Así aumentamos el ratio Hz/punto, y podemos mejorar el espectro.
39
USP-CEU
40
Resonancia de 13C
Integrales
• El área bajo una señal de RMN es proporcional al número de protones que la
produce.
• Un espectrómetro NMR automáticamente integra el área bajo los picos, e
imprime una curva sobre el espectro.
• La proporción de integrales da la proporción de protones en un espectro. Es una
proporción, y no el número absoluto, de protones.
USP-CEU
• La carencia de multiplicidad en un 13C es una consecuencia de la baja
abundancia natural del 13C.
• La posibilidad de que dos 13C estén contiguos se reduce al 0.01 %.
• El acoplamiento del 13C NMR con los protones cercanos sí se vería pero suele
ser eliminada usando una técnica instrumental que desacoplamiento de banda
ancha. Se irradia por un canal adicional todas las frecuencias de H con una alta
intensidad. Al hacer esto los H se saturan, hay muchos emitiendo y
absorbiendo energía a la vez y el resultado es su aparente desaparición.
• Sin embargo se mantiene el efecto NOE de los H haciendo que la intensidad de
las señales de 13C sea hasta un 300% mayor.(y no sea proporcional al número
de carbonos)
• Seguiremos viendo acoplamientos con F, P etc.
41
Resonancia de 13C
USP-CEU
42
RMN multidimensional
• El uso de pulsos de formas, frecuencias y duraciones diferentes
combinados en secuencias de pulsos permite al espectroscopista
extraer muchos tipos diferentes de información sobre la molécula. La
espectroscopia de resonancia magnética nuclear bidimensional consiste
en experimentos con al menos dos pulsos y, al menos, un período de
tiempo variable entre ellos. como el experimento es repetido, la
secuencia de pulso es variada.
• Estos intervalos de tiempo permiten (entre otras cosas) la transferencia
de magnetización entre núcleos y, por lo tanto, la detección de las
interacciones nucleares. Las interacciones pueden ser escalares o
espaciales, éstas son consecuencia del efecto nuclear Overhauser.
• Richard Ernst recibió el premio Nobel de Química en 1991 por su
trabajo en FT NMR multidimensional. Este fue el comienzo del
estudio de biomoléculas en solución. Kurt Wüthrich compartió (con
John B. Fenn) en 2002 el premio Nobel en Química por su trabajo en
estudios de estructuras de proteína en disolución por NMR
USP-CEU
43
USP-CEU
44
RMN de sólidos
•Si se hace una RMN a un sólido se obtienen señales muy anchas, (varios kHz o
incluso MHz), debido a la diferente movilidad de las moléculas. En estado
líquido o en disolución, las moléculas se reorientan muy rápidamente
promediando las interacciones anisótropas, que están presentes en muestras
sólidas.
•Andrew (1958) y Lowe (1959) mostraron que si una muestra sólida se gira
suficientemente rápido alrededor de un eje que forma un ángulo de 54.7º con la
dirección principal del campo magnético externo, denominado ángulo mágico,
el ensanchamiento dipolar se promedia y se pueden obtener espectros de alta
resolución. MAS (magic angle spinning)
•Schaefer y Stejskal combinaron el MAS con un método de polarización
cruzada (CP “cross polarization”), que permitió la obtención de espectros de
13C de alta resolución con su abundancia natural en muestras sólidas.
•También se han desarrollado secuencias multipulso específicas para sólidos
(CRAMPS, Combined Rotation and Multiple Pulse Spectroscopy)
USP-CEU
RMN de sólidos
Es una alternativa a los RX para
materiales de baja cristalinidad
•
•
•
•
•
Espectro MAS-RMN de una zeolita
Polímeros,
vidrios,
cerámicas,
resinas, etc.,
Materiales biológicos: virus, moléculas fibrilares (seda, colágeno,
celulosa), proteínas, carbohidratos...
• Fármacos polimorfos. (Polimorfismo: habilidad que posee una
sustancia para existir como dos o mas fases cristalinas que tienen
diferentes arreglos y/o formaciones moleculares en la red cristalina)
USP-CEU
45
46
Estructura, Conformación y estereoquímica por RMN
Estructura local
NOE, ROE, T-ROE
Acoplamiento Escalar
Desplazamiento Químico
Sensible a pequeños cambios del entorno alrededor
de un núcleo. Correlación con estructura secundaria
de péptidos,
Corrientes de anillo
Mapa Ramachandran
Enlaces de Hidrógeno
Correlación Cruzada
Desde ~1.8 hasta 5 Å
Restricción distancia
1 - 3 enlaces covalentes
ΓIM,IS
Restricción del ángulo diedro
1.8 < dOH < 2.0 Å
I
H
O
N
2.7 < dON < 3.0 Å
restricción distancia
+ ángulo diedro
Restricción ángulo diedro
Orientación promedio de un fragmento
“rígido” respecto al campo magnético
de RMN
• Para detectar agua en posiciones concretas del tejido a estudiar se
utilizan gradientes de pulso que deben ser especialmente potentes. Las
interacciones de la bobina de gradientes con los campos del iman
producen ruido.
• Se determina la densidad de agua en los tejidos y se le asigna un
código de color negro a blanco.
Estructura local y largo alcance
Acoplamientos Dipolares Residuales (RDC)
• Se trata de la aplicación más conocida para el gran público. No es la
única aplicación de la RMN en el campo de la medicina pues se
realizan espectros monodimensionales de 1H, 13C, 31P, de tejidos para
su estudio (MR in vivo).
135º
S
M
2 - 3 enlaces covalentes
RMN de imagen
Estructura largo alcance
Estructura local
distancias + ángulos diedros
Los RDC permiten orientar fragmentos
que estén muy alejados
USP-CEU
47
USP-CEU
48
RMN de imagen
Muestra
?
Iman
Rotor
Tubos
!
Iman
Consola
Espectro
USP-CEU
49
USP-CEU
50