Este curso ofrece un recorrido completo y riguroso por la resonancia magnética nuclear (RMN), desde sus fundamentos físicos hasta las estrategias más avanzadas para la elucidación estructural de moléculas orgánicas y productos naturales. A lo largo de más de 80 horas de formación distribuidas en 11 módulos, los participantes no solo dominarán los conceptos esenciales como desplazamiento químico, acoplamiento escalar y relajación, sino que también aprenderán a optimizar experimentos 1D y 2D (COSY, TOCSY, HSQC, HMBC, NOESY), interpretar espectros complejos, manejar software de procesamiento como TopSpin y comprender el formalismo de operadores producto. Con énfasis en aplicaciones prácticas incluyendo análisis de mezclas, determinación de conversiones y estereoquímica, así como una introducción a la RMN de sólidos este curso está diseñado para que químicos orgánicos y de productos naturales adquieran las competencias necesarias para resolver problemas estructurales reales y mantenerse actualizados frente a los hitos históricos y tecnológicos de la técnica.
Que el participante adquiera una comprensión profunda e integrada de la resonancia magnética nuclear (RMN), desde sus fundamentos físicos y aspectos instrumentales hasta la aplicación de experimentos mono y bidimensionales avanzados, con el fin de resolver problemas estructurales complejos en moléculas orgánicas y productos naturales. Al finalizar el curso, el participante será capaz de diseñar estrategias de adquisición, interpretar espectros de ¹H, ¹³C y otros núcleos relevantes, optimizar parámetros experimentales, procesar datos con software especializado y aplicar el formalismo de operadores producto para comprender secuencias de pulsos, todo ello con un enfoque práctico orientado a la investigación en química, bioquímica y áreas afines.
- Interpretar espectros de RMN en 1D y 2D para la elucidación estructural de compuestos orgánicos y productos naturales, identificando desplazamientos químicos, constantes de acoplamiento, integrales y correlaciones homonucleares (COSY, TOCSY, NOESY) y heteronucleares (HSQC, HMBC), así como determinando relaciones diastereoméricas, conversiones y rendimientos mediante RMN cuantitativa.
- Optimizar y ejecutar experimentos de RMN seleccionando adecuadamente los parámetros de adquisición (pulsos, tiempos de relajación, mezclado, supresión de señales, temperatura, lock y shimming), preparando muestras en solventes deuterados y calibrando el equipo para maximizar la relación señal/ruido y la resolución espectral.
- Aplicar el formalismo de operadores producto para comprender el flujo de coherencias en secuencias de pulsos fundamentales (eco de espines, Attached Proton Test, COSY, HSQC), identificando las limitaciones del modelo vectorial y desarrollando una base teórica sólida que permita al participante interpretar y, en el futuro, diseñar experimentos de RMN más avanzados.
El curso se desarrolla bajo un enfoque teórico-práctico progresivo, combinando clases expositivas con ejemplos resueltos en vivo y ejercicios de interpretación espectral. Cada módulo incluye sesiones de resolución de casos reales (compuestos orgánicos y productos naturales), donde los participantes aplicarán los conceptos aprendidos a espectros auténticos. Se fomentará el aprendizaje activo mediante talleres de procesamiento de datos con software especializado (TopSpin), simulaciones de secuencias de pulsos y análisis de errores experimentales comunes. Adicionalmente, se plantearán problemas estructurales integradores que requieran el uso combinado de experimentos 1D y 2D, promoviendo el razonamiento crítico y la toma de decisiones en la estrategia analítica. Los participantes dispondrán de material didáctico (presentaciones, guías de ejercicios, espectros de referencia) y acceso a recomendaciones bibliográficas para profundizar de manera autónoma. Al finalizar, se espera que el estudiante no solo comprenda la teoría, sino que pueda diseñar y ejecutar su propio flujo de trabajo en RMN para resolver problemas concretos de elucidación estructural.
Se recomienda que los estudiantes tengan conocimientos en química general, química orgánica básica y para estudiantes externos que esten a un nivel de licenciatura, se recomienda haber tomado un curso introductorio de métodos espectroscópicos.
Para aprovechar al máximo el curso, se sugiere que el participante cuente con:
- Conocimientos básicos de química orgánica: Estructura de moléculas orgánicas, grupos funcionales, isomería (geométrica, óptica, conformacional), nomenclatura.
- Manejo de equipo de cómputo, instalación de software.
- Razonamiento matemático elemental.
- Inglés técnico (deseable): Capacidad para leer manuales y literatura científica básica, ya que la terminología de RMN suele manejarse en inglés.
Para aprobar el curso, se requiere que el estudiante pase 3 exámenes parciales con un mínimo de 8 o un exámen final con todo el contenido del curso con una calificación mínima de 8.
Módulo 1: Introducción y contexto histórico
1.1. Breve historia de la RMN: Experimentos de Bloch y Purcell (Premio Nobel 1952).
1.2. Hitos clave: RMN de pulsos, multidimensional (Premios Nobel 1991, 2002).
1.3. El fenómeno de RMN en el contexto de otras técnicas espectroscópicas.
1.4. Panorama general del curso y aplicaciones actuales (química, bioquímica, medicina, ciencia de materiales, metabolómica).
Módulo 2: Fundamentos físicos de la RMN
2.1. Propiedades de los núcleos: Spin nuclear (I), momento magnético (?) y constante giromagnética (?). Núcleos activos en RMN.
2.2. Efecto Zeeman: Niveles de energía en un campo magnético estático (B?) y distribución de Boltzmann: población de spines en estado ? y ?. Sensibilidad del equipo de RMN.
2.3. Frecuencia de Larmor (??). Condición de resonancia.
2.4. Núcleos comúnmente estudiados en química orgánica y productos naturales.
2.5. Factores físicos que afectan la sensibilidad de la técnica.
2.6. Modelo vectorial I: Magnetización neta (M?). Efecto de un pulso de RF (B?) en el sistema rotante.
2.7. Modelo vectorial II: Pulso de 90° y 180°. Precesión y detección de la señal.
2.8. Relajación: Procesos spin-red (T?) y spin-spin (T?). Mecanismos y medición.
2.9. Secuencia de pulsos en una dimensión: Recuperación de la inversión, eco de espines.
Módulo 3: Instrumentación y puesta a punto
3.1. Componentes principales: Imán (tipos, superconductores, criogenia), sonda (probehead, criosondas), consola (RF, receptor), computadora.
3.2. Sistema de "Lock": Principio y propósito del canal de deuterio (²H).
3.3. Homogeneidad del campo:
- Concepto de shim, proceso de shimming y lineshape.
- Medición de la proporción señal/ruido y sensibilidad.
- Calibración del pulso de 90°.
Módulo 4: Parámetros espectrales y análisis 1D de hidrógeno y carbono
4.1. Desplazamiento químico (?)
4.1.1. Efectos de: resonancia, efecto inductivo, efecto de campo, efecto dinámico.
4.1.1. Origen físico del fenómeno Efecto del campo magnético efectivo, Beff = B0 (1-?).
4.1.2. Escala del desplazamiento químico: independencia del campo magnético, uso de una referencia de desplazamiento químico para núcleos comunes.
- Factores estructurales y electrónicos que modulan el desplazamiento químico en 1
- Efecto de átomo vecino (F, Cl, Br, I, N, O, S, P)
- Compuestos saturados acíclicos y cíclicos saturados (efectos estéricos y conformacionales).
- Compuestos insaturados, alquenos, alquinos, aromáticos y antiaromáticos (anisotropía).
- Efecto del pH, concentración, temperatura sobre enlaces de tipo H-X.
- Factores estructurales y electrónicos que modulan el desplazamiento químico en 13
- Cambio de la ventana de la ventana espectral (~0-200ppm).
- Contribución de la hibridación.
- Efecto ?, ?, ?, reglas de Grant-Paul para alcanos.
- Estéreo-electrónicos: efecto ?-gauche en ciclohexanos y anillos.
- Efecto de heteroátomos (O, N, halógenos, S) en carbonos sustituidos.
- Carbonos carbonílicos: rango amplio (cetonas ~205, aldehídos ~200, ácidos ~180, amidas ~175 ppm)
- Sistemas conjugados y aromáticos: patrones de desplazamiento en bencenos sustituidos.
- Generalidades del desplazamiento químico en otros núcleos de interés (31P, 15N, 19F)
4.2. Acoplamiento (J)
4.2.1. Simetría y topicidad:
- Homotopicidad
-
- Diastereotopicidad
- Equivalencia química
- Equivalencia magnética.
- Constante de acoplamiento (J) (signo de la constante de acoplamiento):
- Geminal, vecinal y largo alcance (alílica, bencílica aromática, alenos, alquinos, homoalílica).
- Ecuación de Karplus.
- Determinación de la estereoquímica de compuestos alifáticos, cíclicos y alquenos.
- Técnicas para determinar la constante de acoplamiento en espectros de 1D y pseudo
4.3. Integral de la señal Relación con el número de núcleos
- Introducción a la resonancia magnética cuantitativa (RMNc).
- Determinación del porcentaje de conversión de una reacción química.
- Determinación de la relación diastereomérica de una reacción química.
- Determinación de rendimiento desde el crudo de reacción.
4.4. Análisis de enantiómeros por RMN.
- Agentes de derivatización quiral
- Agentes de solvatación quiral
Módulo 5: Optimización experimental para la adquisición
5.1. Preparación de la muestra, solventes deuterados y sus residuales.
5.2. Efecto de la temperatura y calibración de la temperatura.
5.3. Principales trazas de impurezas.
5.4. Métodos de supresión de señales.
Módulo 7: RMN bidimensional Origen del espectro 2D
7.1. Experimentos homonucleares:
?7.1.1. COSY (COrrelation SpectroscopY) y sus variantes.
?7.1.2. TOCSY (Total Correlation SpectroscopY) determinación de sistemas de espines y elección del tiempo de mezclado.
?7.1.3. Efecto Nuclear Overhauser NOESY y ROESY.
7.2. Experimentos heteronucleares:
?7.2.1. HETCOR y HSQC. (diferentes tipos de hsqc)
?7.2.2. COLOC vs HMBC.
?7.2.3. Medición de constantes de acoplamiento H-H y H-C usando experimentos 2D.
?7.2.4. HSQC-TOCSY: correlación heteronuclear extendida.
?7.2.5. INADEQUATE vs ADEQUATE.
Módulo 8: Estrategias prácticas para el análisis estructural para químicos orgánicos y químicos de productos naturales (ejemplos selectos)
Módulo 9: Manejo de software para procesamiento de espectros
9.1. Breve panorama de software libre y de paga.
9.2. Instalación e introducción a TopSpin.
9.3. Procesamiento de espectros 1D y 2D.
9.4. Manipulación del FID y del espectro (parámetros de procesamiento).
Módulo 10: Formalismo de operadores producto
Duración: 10h
10.1. Limitaciones del modelo vectorial.
10.2. Operadores para un espín.
10.3. Análisis de secuencia de pulsos para un sistema de espines.
10.4. Operadores para dos espines.
10.5. Operadores en fase y en antifase.
10.6. Notación para un sistema de espines heteronuclear.
10.7. Desarrollo y explicación del eco de espines.
10.8. Attached Proton Test: desarrollo y explicación.
Módulo 11: Introducción a la resonancia magnética nuclear de sólidos
11.1. Instrumentación y preparación de muestra.
11.2. Introducción de los fundamentos físicos.
