El deuterio se usa en RMN por varias razones. Solo describiré algunas descripciones y explicaciones simples.
El deuterio es un isótopo de hidrógeno que contiene un neutrón y el protón normal. Sus características químicas son muy similares a las del hidrógeno normal, por lo que su uso generalmente tiene consecuencias muy pequeñas en la química, la estructura, etc.
Hay algunas diferencias entre el deuterio y el hidrógeno normal que lo hacen muy útil en RMN y, de hecho, en otras formas de espectroscopía.
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El deuterio resuena a una frecuencia muy diferente del hidrógeno normal y, por lo tanto, puede ser esencialmente invisible al detectar hidrógeno normal. El uso de solventes deuterados (como D2O) puede eliminar la señal normalmente abrumadora que obtendría de los solventes normales que contienen hidrógeno (como H2O).
Los espectrómetros de RMN pueden usar la señal del deuterio (digamos en el solvente) para ‘bloquear’ la frecuencia del espectrómetro. Monitoree y ajuste para tener en cuenta los cambios durante un experimento.
El deuterio también puede usarse para reemplazar la mayor parte del hidrógeno normal en una biomolécula grande como una proteína. La razón por la que uno puede querer hacer esto es porque, aunque es el hidrógeno normal que a menudo se usa para la detección en RMN, los átomos de hidrógeno vecinos actúan para relajar la señal que se detecta y esto tiene el efecto de ampliar los picos de señal del hidrógeno normal. Si se reemplaza la mayor parte del hidrógeno normal con deuterio, este efecto de relajación disminuye y los picos de hidrógeno normales observados son más agudos. Esto se vuelve realmente importante a medida que uno trata de estudiar proteínas cada vez más grandes en las que el tamaño de la proteína (o más correctamente su tasa decreciente de caída en la solución) causa la ampliación máxima y, por lo tanto, limita el tamaño de las proteínas que podrían ser estudiadas por RMN. La deuteración parcial agudiza las señales y permite que las proteínas más grandes sean estudiadas por RMN.
Es posible medir el dueterium directamente por RMN, en lugar de hidrógeno normal, y hay algunas circunstancias especiales en las que esto puede ofrecer información muy útil.
Por lo tanto, el deuterio es útil en la RMN porque es químicamente casi lo mismo que el hidrógeno normal, pero tiene características diferentes con respecto a su respuesta a los campos magnéticos y la radiofrecuencia. Aunque el deuterio se usa ampliamente en la RMN, nunca debe olvidarse que existen algunas diferencias entre el deuterio y el hidrógeno normal, causadas por la duplicación de la masa atómica. Estas diferencias pueden mostrarse en mediciones de cinética química y quizás en otras formas muy sutiles.
