Espectroscopia de Resonancia de Paramagnética...

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Espectroscopia de Resonancia de Paramagnética Electrónica (RPE)

Alejandro Solano Peralta

Lab. de RPE

FFFFacultadacultadacultadacultad dededede QQQQuímicauímicauímicauímica––––U.N.A.M.U.N.A.M.U.N.A.M.U.N.A.M.

Unidad de Servicios de Apoyo a la Investigación

¿Qué es Resonancia Paramagnética Electrónica ?

� La Resonancia Paramagnética Electrónica (EPR por su acrónimo en ingles) es una técnica espectroscópica que permite detectar especies con electrones desapareados.

� Esta técnica complementa otras técnicas analíticas y es la única que permite la detección directa de radicales libres formados en varios sistemas químicos o biológicos.

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¿Qué formas experimentales hay para estudiar compuestos químicos?

Métodos

-Espectroscopía de Absorción-Resonancia Magnética Nuclear-Resonancia de Espín Electrónico-Flourescencia-Dicroísmo Circular Magnético-Raman-Infra-Rojo

Directo

propiedades del metal (oxidación y el número de coordinación )- permite caracterización cinética

-Polarografía, VC., etc Indirecto

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Radiación Electromagnética

10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 101 102 103 104 105 106 107

Energíahν, (eV)

Longitud de ondaλ, (m)

1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14

mm µm nm pmÅ

Excitación

rotación vibración electrónica e- de core bajo y alto nuclear

NMR EPR FTIR,

Raman

L-, K-edge

XAS

Abs,CD/MCD

Espectroscopía

espín

electrón

espín

nuclear

+ Campo B

Radio Micro-

ondas

IR Vis UVRayos X

(suaves)

Rayos X

(duros)Rayos

γRayos

cósmicos

Radiación

4 - 1eV 8000 2000 0.1-0.01 10-4 -10-5 10-6 -10-7

Rayos X UV/vis Infra-rojo Micro-ondas Radiofrecuencia

30000 25000 20000 15000 10000

Wavenumber (cm-1)

2500 3000 3500

Magnetic field (G)

1800 1900 2000 21001400 1500 1600 1700

Wavenumber (cm-1)

Q

0 δmm/s

EQ8960 8980 9000 9020 9040 9060

Energy (eV)

pre-edge

edge

near-edge

EXAFS

11 12 13 14 15 16 17Frequency (MHz)

400 500 700 800

351

676

568

530

476

407

Raman Shift (cm-1)

x1/3

Gamma

EPR

ENDOR

NMRIR

Raman

ABS

MCD

CD

XAS

EXAFS

Möss-bauer

14000

Métodos instrumentales (Técnicas Espectroscópicas)Técnicas Espectroscópicas)Técnicas Espectroscópicas)Técnicas Espectroscópicas)utilizados en química inorgánica.

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EPR vs. NMR

EPR� Muy especifico dado que los paramagnetos son relativamente raros; en una proteína se puede esperar solo un centro paramagnético� Radiación de micro-ondas con energías de 1010 Hz (10 GHz) y λ de ~ 5 cm�Se hace un barrido de campo magnético (0 – ≈ 6000 G) a frecuencia constante � µe = -gβS (β = eh/4πmc)� g ~ 2.00

2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000

1.87

1.96

1.95

2.05

2.08

Reduced Enzyme

T<=10K

Magnetic Field (G)

centros Fe-S < 10 K

EPR vs. NMR

NMR �Mas general dado que 1H, 31P, 13C son altamente abundantes; en proteínas, millones de magnetos nucleares�radiación de radiofrecuencia con energías de 108 Hz (100 MHz) y λde ~ 100 m �Se hace un barrido de frecuencia a campo magnético constante�µN = -gNβNI (βN = eh/4πMc)�gN ~ 5.58 para un protón

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Zero Field

Increasing Field

hν = gβH

ms = -1/2

ms = +1/2

Desdoblamiento de niveles electrónicos (Efecto Zeeman)

Fenómeno de EPR

En un campo magnético aplicado, el espín del electrón se alinea de forma paralela o antiparalelamente al campo. Estas orientaciones tiene diferente energía. Este desdoblamiento es llamado el desdoblamiento Zeeman.

Información obtenida por EPR1. Cuál tipo de paramagneto esta presente?

... Huellas digitales! Metal, Radical, sistemas Interactuando, ...

2. Cuántos Paramagnetos están presentes?

... Cuantificación!

3. Información sobre estructura Geométrica y Electrónica de las

especies paramagnéticas.

4. En Metales de Transición - Información cualitativa acerca del Tipo y

Numero de Ligantes

5. Es la sustancia, ¿paramagnética ?

... pero algunos sistemas de espín entero (S = 1, 2, 3, etc) son

inactivos al EPR, “EPR silent”

6. En sistemas interactuantes– Información sobre las Distancias

6

Campos de aplicación de EPRQue sustancias pueden ser medidas por EPR?

Todas las sustancias que contengan al menos un electrón desapareado

Física: susceptibilidad, semiconductores, puntos cuánticos, centros de defecto...Química: cinética de reacción - et, organometálica, catálisis, magnetos moleculares...ionización por Radiación : dosimetría – radiación de alanina, daño por radiación , alimentos irradiados...Investigación de materiales : polímero, vidrios, superconductores, corrosión, fulerenos, marcaje ...

Biología: reacción, plegamiento & dinámica de enzimas, cinética de

reacción -et, centros metálicos... (Química Bioinorgánica)

ÁREAS RELACIONADAS

La técnica de EPR involucra variadas disciplinas incluyendo química, física, biología, ciencia de materiales y ciencias médicas. A través de estas medidas espectroscópicas se puede obtener importante información estructural y dinámica, aún de procesos químicos o físicos que están ocurriendo al momento de realizarse las medidas y sin perturbar al proceso como tal.

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APLICACIONES•Efectos de las irradiaciones•Defectos en cristales ej.: Centros de color en haluros alcalinos

Detección óptica de Resonancia Magnética

Influencia de impurezas en semiconductores

Campos cristalinos en monocristalesMicrocristales con iones magnéticos

etc

FÍSICA

GEOLOGÍA

Datación

Birradicales y moléculas en estado triplete

Investigaciones cinéticasComportamiento de radicales libres en

corrosiónComportamiento de pinturas bajo

irradiación UVInvestigación de Polímeros

Procesos de oxidación-reducciónEstudio de mecanismos de reacción

etc

QUÍMICA

Sonoquímicain situ

Efecto de los Rayos X sobre compuestos biológicos

Detección de drogasControl de alimentos irradiados

Reacciones enzimáticasFotosíntesis

Observación de iones y elementos de transición

Propiedades magnéticasanormales de ácidos nucleicos

etc

BIOLOGÍA

Investigación de reacciones carcinogenésicas

Estudio de la sangre y de microorganismos

Estudio de radicales libres en tejidos vivosFotosíntesis

Técnicas de “spin label”Técnicas de”spin probe”“Técnicas de imaging”

etc

MEDICINA

APLICACIONES

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Aplicabilidad de EPRQue sustancias pueden ser medidas por EPR?

En Química Bioinorgánica estos son:

1. Iónes de Metales de Transición (CuII,NiI,III,CoII,FeIII,MnII,VIV,MoV)2. Radicales de cadenas laterales de Proteínas (Tyr•,Trp•,Gly•,Cys•)3. Radical Cofactor (Semiquinonas, Radical Flavina ...)4. Radicales Inorgánicos (NO•,O2•-,....)5. Especies paramagnéticas transcientes en procesos generados por luz

...pero también

1. Trampas de espín (spin traps) pueden ser usados para “atrapar” Radicales de vida corta

2. Etiquetas de espín (Spin Labels) se pueden adjuntar a Proteínas, Ácidos Nucleicos, ... Para estudiar su estructura y Dinámica

Disminución de la señal RPE (resonancia paramagnética electrónica)

emitida por el radical hidróxido generado por vía química.

Ejemplo 1; Radicales Libre

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Ejemplo 2; INDUSTRIA DEL PETRÓLEO

Las anomalías micromagnéticas observadas sobre los campos se han interpretado como el resultado de la presencia, en niveles cercanos a la superficie, de abundante magnetita en forma de agregados esferoidales de cristales que han crecido por la alteración de óxidos de Fe en un ambiente reductor inducido por el H2S y el petróleo gaseoso que se desprenden del reservorio subyacente.

Ejemplo 3; DOSIMETRÍA

Los parámetros físicos obtenidos son: el momento magnético efectivo

del centro paramagnético, y las interacciónes hiperfinas, magnética y eléctrica,

propias y con los átomos vecinos en el material. Otros parámetros importantes

que se obtienen son: el número de defectos paramagnéticos, y su comportamiento

dinámico, en función de temperatura y de tiempo.

Los cambios inducidos en las propiedades físicas de materiales estables,

debido a la creación en ellos de centros paramagnéticos, son estudiados

en detalle mediante espectroscopía de Resonancia Paramagnética

Electrónica (EPR).

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REVISTA de divulgación internacional

Fundada en 1989http://ierec.scs.uiuc.edu/IES.html

Federación Europea de Grupos de Resonancia Paramagnética Electrónica

http://www.cf.ac.uk/esr/fed.html

1. J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, “Inorganic Chemistry”, Harper Collins, 1993.

2. Graybeal, D., "Molecular Spectroscopy", VCH, 19923. Drago, R. S., “Physical Methods in Chemistry”, Saunders College Pub. (Saunders

Golden Sunburst Series), 19904. Atherton, N. M., “Principles of Electron Spin Resonance”, Ellis Horwood PTR

Prentice Hall (Physical chemistry series), 19935. Weil, J. A., Bolton, J. R. & Wertz, J. E., “Electron Paramagnetic Resonance;

elementary theory and practical applications”, John Wiley & Sons, Inc., 19946. Pilbrow, J. R., “Transition Ion Electron Paramagnetic Resonance”, Oxford Sci.

Pub., 19907. Mabbs, F. E. & Collison, D., “Electron Paramagnetic Resonance of d Transition

Metal Compounds”, Elsevier (Studies in Inorganic Chemistry 16), Amsterdam, 1992

8. Bencini, A. & Gatteschi, D, “Electrón paramagnetic resonance of exchange coupled system”, 1990, Springer- Verlag

Bibliografía General

11

9. a) Eaton, G. R., Eaton, S. S., High-field and High-frecuency EPR in “Handbook of Electron Paramagnetic Resonance”, edit by Poole Jr., C. & Farach, H., Vol. II, Springer-Verlag, 1999; b) Eaton, G. R., Eaton, S. S., Appl. Mag, Reson., 16, 161 (1999).

10. Palmer, G., Electron paramagnetic resonance of metalloproteins in “Physical Methods in Bioinorganic Chemistry: spectroscopy and magnetism” by Lawrence Que (Editor), Cap. 3, University Sci. Books, 2000

11. Bencini A. & Gatteschi, D., Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy in “Inorganic Electronic Structure and Spectroscopy”, Vol. I, Edited by E. I. Solomon & A. B. P. Lever, John Wiley &Sons, 1999

12. Lawrence J. Berliner & Jacques Reuben (eds), EMR of Paramagnetic Molecules in Biological Magnetic Resonance Vol. 13, Plenum, 1993

13. a) Neese, F., Zero-field splitting, in “Calculation of NMR and EPR parameters: theory and applications”, cap. 34, edit by Kaupp, M., Bühl, M & Malkin, V., Wiley-VCH, 2004; b) Neese, F., Application to EPR in Bioinorganic chemistry, in “Calculation of NMR and EPR parameters: theory and applications”, cap. 36, edit by Kaupp, M., Bühl, M & Malkin, V., Wiley-VCH, 2004

Bibliografía General

International EPR(ESR) Society� http://ieprs.org/index.php

Electron Magnetic Resonance at Bristol� http://www.chm.bris.ac.uk/emr/

Index For Professor Phil Rieger's Notes on ESR� http://www.chm.bris.ac.uk/emr/Phil/

Pagina de EPR de Bruker -Biospin� http://www.bruker-biospin.com/brukerepr/index.html

Algunos sitios web recomendados

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Fundamentos de EPR

Aspectos teóricos

Propiedades Elementales de los Electrones

Un Electrón tiene las siguientes propiedades:

• Masa me

• Carga –e0• Espín → Momento Dipolar Magnético µ

-

N

S

monopolo Eléctrico

Dipolo MagnéticoEl Dipolo Magnético en un campo Magnético:

µ= − ge β2.002319... Magneton de Bohr

NS E=-µµµµB=±geβB

campo B

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N S

N SS N

N S

Lower Energy

Higher Energy

Laboratory ElectromagnetParamagnet

Moment in the direction of the field

Moment against the direction of the field

Fenómeno de EPR

Un Electrón en un campo Magnético

Energía de un Electrón en un campo magnético:

E=-µµµµB =±ge β |Β| cos(θ)

En Mecánica cuántica :

solo Orientaciones con cos(θ)=±1/2 son posible

Así, el Electrón puede tener solo dos estados:

|+1/2> y |-1/2>

“Arriba“ “Abajo“

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Teoría vs. Experimento

Primeramente, la energía E de un sistema está dada por el campo magnético aplicado y el momento magnético (µ) en la dirección del campo magnético aplicado B:

Fenómeno de EPR

E = -µ · B

µe = -g β SPara el caso más simple, un electrón libre (S = 1/2 y ms = +1/2), el momento magnético resultado del momento de espín intrínseco (µe) esta definido por:

así una transición (donde S=1/2) puede ser inducida entre estos niveles aplicando

Acorde con la ecuación de Planck E = h ν

∆E = h ν = g β B

Fenómeno de EPR

ν ν ν ν = frecuencia (GHz)

Condición de resonancia

El efecto fue primero descubierto por Zavoisky en Kazan en 1944. E. Zavoisky, J.Phys. U.S.S.R., 9:211, 245 (1945).

h ν = g β B

Donde B es el valor de campo donde ocurre la absorción de micro-ondas y β es el magnetón de Bohr (46.69 x 10-6 cm-1 G-1)

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Una Transición EPR

Para cambiar la orientación del momento dipolar magnético

del electrón en la presencia de un campo magnético se

necesita aplicar una fuerza.

Esta fuerza es provista por un fotón de microondas el cual

induce una transición entre los niveles |-½> y |+½>.

No Field

Field Present

E(|+½>)= +½geβ|B|

E(|-½>)= -½geβ|B|

Condición de Resonancia : ∆∆∆∆E= geββββ|B| = hνννν

fotón de Microondas

Estados Electrónicos

Fenómeno de EPR

El Formalismo del Hamiltoniano de Espín; El experimento RPE registra la respuesta de una muestra paramagnética a la radiación electromagnética oscilante en presencia de un campo magnético estático.

Por lo tanto, para interpretar el espectro RPE necesitamos considerar todas las interacciones entre el paramagneto y el campo magnético aplicado.

Como?

Ĥ Ψ = E Ψ (Mecánica Cuántica)

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Fenómeno de EPR

¿Quien es Ĥ?Ĥ Ψ = E Ψ

QIIZNHFSSZELSCFelec HHHHHHHHHH ++++++++=

donde Ĥ es el operador Hamiltoniano total

Pero si se considera solo la interacción del espín, ya sea nuclear o electrónico, se constituyen lo que se conoce como el Hamiltoniano de espín

$ $ $H Velec = ∇ +

QHFSSLSZES HHHHHH ++++=

Átomo de Hidrógeno: Hamiltoniano Magnético

H = − gHβΗB0Iz + geβeB0Sz + a SzIz + a/2(S+I− + S−I+)

Interacción ZEEMAN

Interacción de Contacto de FERMI

Interacción DIPOLAR

µµµµe= −γeS

B = k Bo

µµµµH = γHI

I

z

S

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Diagrama de bloque de un espectrómetro EPR

1ra derivada

Si 2PoutT1« 1, donde Pout es la salida del Atenuador, entonces:

dE

dt= n0 Pout ∆E

CAVIDAD RESONANTE

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A) Generación o Detección

C) Asignación de las aj

(Cálculos Teóricos)

B) Análisis del Espectro de RPE(Confirmación de los valores de aj)

SIMULADORES

SIM (1993)

Hogni Weihe, Copenhagen University

Denmark

WINEPR(1990)

WINEPR SimFonia (1996)

XSOPHIE (2002)

Bruker WINEPR system (1990-96), Bruker-Franzen Analytik GmbH, Version: 2.11

WINEPR SimFonia Version 1.25Bruker Analytische Messtecnik GmbH

Dave Duling, PEST Winsim: EPR Calculationsfor MS-Windows NT,95 Version 0.96, Public ESR

Software Tools (P.E.S.T.), National Institute ofEnvironmental Health Sciences

WINSIM (1996)

SIMULACIÓN DE ESPECTROS DE RPE

Simulación de espectros EPR de muestras aleatoriamente orientados (polvos)

Donde S(B, νc) denota la intensidad espectral, µij2 es la probabilidad de transición, νc es la microondas frecuencia, νo(B) es la frecuencia resonante, σv es el ancho de la línea espectral, f [(νc - ν0(B), σv] una función de la forma de línea espectral (Gaussiana o Lorentziana) y C = constante

centros paramagnéticos:

� simetría ortorrómbica o monoclínica, la integración necesita solo ser realizada sobre 1 o 2 octantes, respectivamente.

� simetría axial solo requiere integración sobre 0 < θ < π/2

� simetría cúbica solo requieren a single orientación.

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CUÁNTICOS

MÉTODOS ZDO

π-ElectrónicosHückel (HMO)

SC-HMO

Pariser-Parr-Pople (PPP)

All Valence

Pople et al.

Dewar et al.

CNDOINDOPNDO

MINDO/nPM3AM1

MÉTODOS

Ab initio

SCF-HF (Hartree-Fock)CI (Int. de Configuraciones)MP (Møller-Plesser)CC (Coupled Cluster)

FUNCIONALES DE LA DENSIDAD (DFT)

LDA SVWN

GC BLYP

Híbridos B3LYP

MÉTODOS DE CÁLCULO EN QUÍMICA TEÓRICA

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Núcleos Exp (G) líneas Teor. (G)

13C1 107.57 (D) 1:1 115.24

13C2 - 8.55 (D) 1:1 - 6.06

H1 68.5 (D) 1:1 63.02

H2 34.2 (D) 1:1 36.44

H3 15.7 (D) 1:1 17.98

Radical Naftaleno

1

2

3

45

6

78

Exp. McCONNELL

a1 = 4.90 G ρ1π (1,4,5,8) = 0.181

a2 = 1.83 G ρ2π (2,3,6,7) = 0.069

Radical Vinilo

H1 H2

H3

13C1

13C2

Cálculo de tipo DFT:

B3LYP/EPR-II

Geometría optimizada con

UHF/6-311++G(3df,2dp)

ρ1

ρ2

= 2.62a1

a2

= 2.67

Densidad electrónica Densidad de espín

Densidad de espín (DFT)

B3LYP/EPR-II//UHF/6-311++G(3df,2dp)

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Sosa-Torres, et al, Inorg. Chim. Acta, 357, 4596 (2004)

Puente de hidrógeno intermolecular (trazo de contorno HOMO del compuesto trans-1)

Theoretical study was performed using code deMon-KS, which is a DFT-LCGTO-based method.

Cu A ¿Estructura?

Cu-Cu; Cu-S; Cu-Ndistances; metal coordination numbers

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Escala de g en metales de transición

300 320 340 360 380 400

Magnetic field [mT]

[4Fe-4S]3+/2+

HiPIP

[4Fe-4S]2+/+

[2Fe-2S]2+/+ Ferredoxin

[2Fe-2S]2+/+ Rieske

oxidized gav=2.06

[3Fe-4S]+/0

oxidized gav=2.01

reduced gav=1.96

reduced gav=1.96

reduced gav=1.91

gy=1.91

gx=1.79

gz=2.02

gz=2.05

gy=1.95

gx=1.89

gz=2.06 gy=1.92

gx=1.88

gz=2.12 gx,y=2.04

gz=2.02

gx,y=2.00

Centros Fe-S en Proteínas y Enzimas.

Señales EPR Características

Química Química Química Química BioBioBioBio----

inorgánicainorgánicainorgánicainorgánica

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•El primer cúmulo metálico en biología conteniendo Ni y Fe (1985)

El desdoblamiento electrón - núcleo refleja el ambiente del electrón y puede ser usado para identificar el tipo de molécula que contiene un electrón desapareado e identificar a detalle la distribución de carga electrónica.

FeS

S

S

Fe

Fe

FeSX

Ni

especies NiFe-CO

Interacción espín electrónico - espín nuclear


3470 3480 3490 3500 3510 3520 3530 3540 3550 3560 3570

Campo magnético (G)

freq = 9.86486 e+09 Hz

N

O.

24



Espectro ESR del radical anion naftaleno; espectros delgadas en la parte baja muestra el quinteto 1:4:6:4:1 correspondiente al acoplamiento a las 2 series de 4 protones equivalentes.

25


Espectro ESR, de muestra en polvo simulado por computadora, de Cu(acac)2


[G]2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

[*10^ 3]

Cu(tpp)

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ANISOTROPÍA DEL Co2+ (S =3/2, I =7/2) EN ENTORNO OCTAÉDRICO

La magnitud de J puede ser determinada por EPR.

Interacción espín - espín

Sistemas acoplados con ST = 1, 2 electrones desapareados que pueden interactuar para dar un sistema de espín con 4 subniveles ms =0, (-1, 0, +1).

S = 0, 1

Ms= 0, +1

0

-1

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TÉCNICAS DE GENERACIÓN DE ESPECIES PARAMAGNÉTICAS

Solamente una muy pequeña fracción de sustancias se encuentran en la naturaleza en un estado paramagnético Estos son los siguientes:

O2, NO, radicales NITRÓXIDO, ciertos IONES DE TRANSICIÓN y ciertos DEFECTOS PUNTUALES en Sólidos.

Sin embargo es posible obtener sustancias paramagnéticas utilizando alguno de los siguientes procesos:

A). Reducción Química Monoelectrónica. La reacción de ciertos hidrocarbonospoliacénicos con metales alcalinos en éter y en vacío da lugar a disoluciones estables de los correspondientes ANIONES RADICALES.

B). Oxidación Química Monoelectrónica. Las Reacciones de los mismos poliacenoscon un oxidante fuerte, tal como H2SO4 concentrado o AlCl3, dan lugar a disoluciones estables de los correspondientes CATIONES RADICALES

C). Abstracción y Adiciónde Átomos de Hidrógeno

Los radicales OH. formados por fotolisis del H2O2 , abstraen átomos de hidrógeno de muchas moléculas orgánicas dando lugar a RADICALES LIBRES.

La fotolisis de peróxidos orgánicos da lugar a radicales alcóxidos que también actúan abstrayendo átomos de H de moléculas orgánicas dando radicales libres.

Cualquier tipo de irradiación de alta energía de monocristalesorgánicos dan lugar a RADICALES LIBRES.

D). FotolisisLa irradiación de determinadas muestras dan lugar a procesos fotoquímicos, que frecuentemente transcurren por VIA RADICALARIA. Si la vida de estos radicales es corta, se ha de realizar la Fotolisis in situ. En casos de vida muy corta es necesario utilizar técnicas de flash-fotolisis in situ.

E). RadiolisisLas radiaciones de alta energía (Rayos X, Rayos γ y electrones rápidos de un Acelerador) siempre producen intermedios RADICALARIOS que pueden detectarse si son de vida corta con técnicas in situ o con radiolisisde pulso usando haces de electrones de muy alta energía con un Generador de Van der Graaf por ejemplo.

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F). Generación TérmicaLa descomposición térmica de Cl2 y de ciertas especies en disolución dan lugar a RADICALES LIBRES. La técnica consiste en introducir un hilo de Pt caliente en la cavidad en el caso de gases.

G). Spin-TrappingCiertas sustancias: nitróxidos y nitronas que son diamagnéticas en sus estados normales, pueden reaccionar con radicales de vida muy corta (OH.) y dar lugar a RADICALES ESTABLES que pueden ser detectados y analizados fácilmente por RSE.

H). Métodos Electroquímicos

(espectro-electroquímica)

Con una celda diseñada especialmente para la cavidad, pueden realizarse reacciones de oxidación y de reducción monoelectrónicas in situ, generándose así ANIONES y CATIONES RADICALES.

I). DescargasPara sistemas en fase gas se utiliza una cámara de descarga adyacente a la cavidad resonante del espectrómetro que permite la generación deRADICALES LIBRES gaseosos que fluyen hacia dicha cavidad.

SPIN - TRAPPINGMuchos mecanismos de reacción biológicos han podido ser explicados gracias a esta técnica. Básicamente consiste en utilizar una sustancia diamagnética para estabilizar a un radical de vida muy corta y formar un ADUCTO PARAMAGNÉTICO Y ESTABLE. Del análisis del espectro de RSE del aducto y del conocimiento de la estructura del atrapador se puede deducir la estructura del radical atrapado.

Radicales persistentes o estables. Son aquellos cuya concentración es [R.] > 10-7

Detectables

El ejemplo más paradigmático de radical persistente obtenido por sín-tesis química es el RADICAL LIBRE PERCLORO TRIFENILMETANO (C6Cl6)3C. obtenido por el Grupo del Prof. Ballester (CSIC-Barcelona) en la década de los 60. (Le denominaban TIGRE ENJAULADO)

No detectables

Radicales inestables. Son aquellos cuya concentración es [R.] < 10-7

incluso en régimen de flujo estacionario típico de las técnicas in situ:

O2.-, OH. , OR. ,SR. ,

(C6H6)3C. ,etcEstable a T >300ºC

No reacciona con HNO3/HCl

Insoluble en H2O

100% Radical

29

R. + ST AS.

Radical inestable

Spin trap (diamagnético)

Aducto de spin: persistente

SPIN TRAPPING

Spin Traps ( Nitrosocompuestos, nitronas)

Del análisis del espectro de del aducto se puede deducir la estructura del radical R.

�A. Carrington and McLachlan. Introduction to Magnetic Resonance. Harper Int., 1969�J.E. Wertz and J.R. Bolton. Electron Spin Resonance. Theory and Application. McGraw Hill, 1994.�N.M. Atherton. ESR. Theory and Application. John Wiley, 1973.�H.Swartz, J.R.Bolton and D.C. Borg. Biological Applications of ESR. John Wiley, 1972.�C.P. Poole Jr., Electron Spin Resonance: A Comprehensive Treatise on Experimental Techniques, 2nd ed., Interscience, New York, NY, 1983

�J. A Weil, J. R Bolton, J. E Wertz (1994), Electron Paramagnetic Resonance – Elementary Theory and Practical Applications, Wiley-Interscience, New York

�Biological Magnetic Resonance Vol. 13 (1993), (eds Lawrence J Berliner, Jacques Reuben) EMR of Paramagnetic Molecules, Plenum Press New York, 1993

�Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (1999), (Ed-in-Chief John C Linden, eds George E Tranter, John L Holmes) Academic Press, San Diego

�E.I. Solomon, A.B.P. Lever (1999), Inorganic Electronic Structure and Spectroscopy (Vol. I & II), Wiley Interscience, New York, Brisbane, Weinheim

�Handbook of Metalloproteins (2001), (A. Messerschmidt, R. Huber, T.L. Poulos, K. Wieghardt, eds) Wiley & Sons Ltd, Chichester, UK

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

30

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FIN

Espectroscopia de Resonancia de Paramagnética...

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