Vogel: Análise Química Quantitativa
14.6 Preparação das amostras
Fig. 14.7 Espectro de freqüências produzido por um pulso curto de radiação monocromática (reproduzido, com permissão, de W. Kemp, 1986, NMR in chemistry: a multinuclear introduction, Macmillan, Basingstoke)
O pulso e a detecção subseqüente do sinal de decaimento da indução
livre (FID) levam menos de um segundo e, havendo uma interface e um
computador para registrar o sinal, o procedimento pode ser repetido muitas
vezes e os FID adicionados para dar uma melhor razão sinal/ruído. O
espaçamento entre pulsos sucessivos de radiofreqüência depende do maior
tempo de relaxação dentre os dos núcleos que estão sendo irradiados e pode
variar de alguns segundos a vários minutos. A espectroscopia de RMN
pulsada com transformada de Fourier tem várias vantagens sobre o método
contínuo descrito na Seção 14.5.1. A intensidade do sinal e a sensibilidade
dependem de muitas variáveis, inclusive a quantidade de núcleos
magnéticos na amostra. Na espectroscopia de RMN de hidrogênio, o sinal é
intrinsecamente intenso e o núcleo 1H tem abundância isotópica de quase
100%, logo os espectros podem ser obtidos facilmente, a menos que a
quantidade da amostra seja muito pequena ou o composto de interesse
muito pouco solúvel. Os espectros de RMN de hidrogênio dos compostos
orgânicos típicos podem ser obtidos em menos de um minuto. No caso de
núcleos menos abundantes, como 13C, a sensibilidade é baixa e os espectros
só podem ser obtidos se muitos espectros forem feitos e somados. Um
espectro típico de 13C pode levar de vários minutos a muitas horas,
dependendo do número de varreduras feitas e dos tempos de relaxação dos
grupos funcionais presentes que contêm carbono.
14.6 Preparação das amostras
Veremos nesta seção apenas a preparação de amostras líquidas ou em
solução. Embora importantes, os estudos de RMN de amostras sólidas ou
em fase gasosa fogem ao escopo deste livro. Os líquidos podem ser
estudados como líquidos puros ou, mais comumente, em solução. Os
líquidos puros viscosos têm sinais largos. Os sólidos devem ser dissolvidos
em um solvente apropriado. Os solventes usados em RMN não devem ter
átomos de hidrogênio, logo solventes deuterados ou que não têm hidrogênio como o tetracloreto de carbono são geralmente preferidos. Os solventes
deuterados à venda no comércio têm pureza isotópica de pelo menos 98%.
A Tabela 14.2 lista alguns solventes de RMN típicos, juntamente com as
posições dos hidrogênios residuais. O clorofórmio-d1 é o mais versátil deles e, por isso, é também o mais usado. A natureza do solvente pode afetar o
espectro do soluto.
Dois fatores importantes que dependem da concentração são a formação
de ligações hidrogênio e a troca de prótons. Os deslocamentos químicos
de hidrogênios em ligação hidrogênio, como O—H ou N—H em álcoois ou
aminas, podem variar bastante (4 a 5 ppm) com a concentração. Átomos de
hidrogênio lábeis, isto é, ligados a átomos eletronegativos, podem ser
trocados uns com os outros. Como o solvente geralmente está em excesso,
se ele contém um átomo de deutério lábil, ocorre troca de hidrogênio por
deutério. Esta troca de átomos entre a amostra e o solvente pode ser usada
para identificar os hidrogênios lábeis da amostra. Obtém-se, para isso, o
espectro em CDCl3 e depois adiciona-se uma gota de D2O, com agitação. Os hidrogênios lábeis são substituídos por deutério e seu sinal no RMN
desaparece. Observa-se, todavia, um pequeno sinal devido a HOD.
A concentração da amostra deve ser suficiente para dar uma relação
sinal/ruído adequada ao experimento. São comuns concentrações entre 1 e
10% (peso/volume) e volume de amostra da ordem de 0,5 ml. Embora os
espectrômetros com transformadas de Fourier possam lidar com amostras
muito menores, o tempo necessário para obter o espectro aumenta, o que
faz com que sejam preferidas amostras maiores e mais concentradas. No
caso da espectroscopia de 13C-RMN, tubos de 10 mm de diâmetro são
usados freqüentemente. Se a dissolução da amostra não for completa é
necessário remover o sólido excedente por filtração antes de obter o
espectro.
Tabela 14.2 Solventes comuns em espectroscopia de RMN
Solvente δ aproximado Ponto de Ponto de
do solvente ebulição cristalização
não deuterado (°C) (°C)
(1H)
como contaminante
Ácido acético-d 2,13 118 16,6 4
Acetona-d 2 56 –95 6
Acetonitrila-d3 2 83 –44
Benzeno-d6 7,3 80 5,5
Tetracloro-metano — 77 –23
Clorofórmio-d 7,3 61 –63 1
Óxido de deutério 4,7 a 5 101,5 3,8
Dimetilsulfóxido-d6 2 189 18
Metanol-d 3,4 65 –98 4
Fig. 14.8 Decaimento de indução livre e sua transformada de Fourier para o domínio de freqüências (reproduzido, com permissão, de W. Kemp, 1986, NMR in chemistry: a multinuclear introduction, Macmillan, Basingstoke)