Por qué tu RMN miente

El RMN —y aquí me refiero, sobre todo, al protón en disolución, que es el que la gran mayoría de los químicos miramos cada día— no miente nunca. Lo que miente es la lectura que hacemos. La diferencia parece pedante y no lo es: la mayoría de los errores que se cometen en interpretación de espectros no son errores del aparato sino del operador, que ve lo que quiere ver y borra lo que estorba.

Hay una clase entera de errores que no se corrige sumando experiencia. Aparecen, justamente, cuando uno empieza a tener confianza. El doctorando de tercer año, que ha visto cientos de espectros y ya tiene oído para los desplazamientos, es el más vulnerable a la mentira sutil del RMN. El novato no se atreve a interpretar; el viejo ha aprendido a desconfiar de sí mismo. El doctorando de tercer año cree, y la creencia es la que falla.

El singulete fantasma

Si un espectro de protón muestra un singulete a 1.6 ppm, conviene parar antes de pensar nada. Ese pico, en cloroformo deuterado, podría ser:

• un metilo de tu producto, perfectamente legítimo;
• agua disuelta en CDCl₃, que aparece justo ahí;
• grasa de la llave esmerilada, que tiene un singulete ancho cerca;
• ciclohexano residual del proceso de síntesis;
• una molécula de ácido acético recién perdiendo el OH a esa zona si el medio es ligeramente ácido.

Cinco posibilidades, ninguna trivial. La forma de distinguir entre ellas no es mirar más fuerte el espectro: es hacer el experimento dos veces. Cambia de disolvente —corre el mismo espectro en DMSO-d₆ o en acetona-d₆— y mira si el pico se mueve, se ensancha, desaparece. Si era agua, se desplaza dramáticamente; si era grasa, se ensancha y queda en la misma zona; si era tu producto, se desplaza con la regularidad de un pico real, conservando su integración relativa al resto.

La tabla de Gottlieb¹ es, en este sentido, el mejor regalo que el RMN moderno ha hecho al químico de banco. Lista los desplazamientos químicos del agua y de los disolventes residuales en cada disolvente deuterado común. Tenerla impresa al lado del espectrómetro es elemental. Mirarla antes de empezar a asignar picos es lo que separa al que confía en su memoria del que sabe que la memoria miente.

Disolventes residuales: el pequeño catálogo

El disolvente que sobra en tu muestra después del rotavapor es el primer impostor. Para CDCl₃, los más comunes:

• Agua: singulete a aproximadamente 1.56 ppm.
• Acetona: singulete a aproximadamente 2.17 ppm.
• Acetato de etilo: tres señales a 1.26, 2.05, 4.12 ppm. La de 1.26 se confunde con CH₃ alifáticos cualquiera; la de 2.05 con cualquier metilo cetónico; la de 4.12 con cualquier OCH₂.
• Metanol: aproximadamente 3.49 ppm.
• Diclorometano: 5.30 ppm.
• Dimetilformamida: tres picos a 2.88, 2.96, 8.02 ppm.
• Dimetilsulfóxido: aproximadamente 2.62 ppm.

Estos números son del orden, no exactos, y dependen ligeramente de la concentración y del estado del disolvente deuterado. La regla general es: si tienes un pico que coincide con la posición de un disolvente que has usado en la síntesis o en la purificación, asume que es el disolvente hasta que pruebes lo contrario. Probar lo contrario significa: bombear la muestra al alto vacío durante una hora, redisolver y recolectar el espectro. Si el pico se ha reducido o ha desaparecido, era residuo.

Las trazas que vienen del laboratorio

Hay una segunda clase de impostores, más difícil de combatir porque no la introduces tú concientemente: vienen del entorno.

Grasa de silicona. Es la madre de todos los singletes a 0.07 ppm, a veces acompañada de un singulete pequeño a 0.86 ppm y, en muestras muy contaminadas, una colina ancha entre 0 y 0.2 ppm. Viene del esmeril engrasado, del septum del balón Schlenk, del o-ring de teflón mal limpiado. Si no usas grasa, no aparece. Si la usas, aparece. Punto.

Ftalatos de los guantes y plásticos. Diisononilftalato y dibutilftalato son plastificantes universales, presentes en guantes de PVC, en algunos guantes de nitrilo baratos, en tubos de centrífuga, en septums viejos. Su firma en CDCl₃ es un multiplete ancho entre 7.6 y 7.8 ppm —los aromáticos del ftalato— acompañado de un cuarteto cerca de 4.2 ppm y multipletes alifáticos. Si tu producto no tiene aromáticos y aparecen aromáticos, sospecha de ftalatos. La forma de evitarlos es no manipular tubos con guantes de PVC y no agitar la muestra contra plásticos no inertes.

Vaselina y aceites de bomba. Cuando se usa una bomba de aceite para un secado al alto vacío y la trampa es insuficiente, partes del aceite pueden retroflujar a la muestra. Aparecen como multipletes anchos entre 0.85 y 1.30 ppm, indistinguibles de cualquier alifático largo. La pista es que su integración es desproporcionadamente alta respecto al resto y persiste tras múltiples secados. La cura es una buena trampa de N₂ líquido o pasar a bomba seca.

BHT, butilhidroxitolueno, antioxidante presente en éteres comerciales como THF y dietil éter. Se traduce en singletes a 1.43, 2.27, 5.0 y 6.97 ppm. Si tu producto tiene tres metilos y un fenol, no es tu producto: es BHT. Para evitarlo, destila el éter sobre sodio/benzofenona o usa un grado de RMN sin antioxidante.

El espectro «limpio» que no prueba nada

Una de las consignas que hereda todo doctorando dice: «si el RMN está limpio, la reacción funcionó». Es una verdad parcial, peligrosa.

Un protón limpio significa varias cosas distintas a la vez. Significa que la mayoría de la masa que tienes en el tubo es algo. Significa que esa mayoría tiene un perfil consistente con un compuesto razonablemente puro. No significa que esa mayoría sea tu producto.

Hay una situación particularmente traicionera: la reacción no funcionó pero quedó solo el material de partida, con cromatografía limpia y RMN limpio. El doctorando, que esperaba un producto similar al de partida —un derivado por una funcionalización menor—, mira el espectro, ve picos en las zonas esperadas, no se da cuenta de que el desplazamiento ha cambiado solo en 0.05 ppm respecto al partida y declara «producto». La forma de evitarlo es trivial y se omite a menudo: tener al lado el espectro del partida y compararlos pico por pico. Si nunca corres el espectro del partida, no te enterarás.

La segunda situación es la del producto y el material de partida en proporción 1:1, donde la mezcla, en la mano del intérprete distraído, se lee como un solo compuesto con multipletes complicados. El indicador ahí es la integración: si los grupos que deberían ser equivalentes integran en proporción no entera, hay mezcla.

Integrar es difícil

La integración es donde más se mienten los espectros, y donde la mentira es más fácil porque el operador suele creerse capaz de hacer una integración correcta sin esfuerzo.

El primer error es elegir mal la línea base. Las regiones cercanas a picos grandes —el TMS, el disolvente residual— suelen tener línea base curvada por la convolución de los picos. Si fijas la integral a partir de ahí, la integración te da números arbitrariamente desplazados respecto a la verdad.

El segundo error es integrar picos que no estaban completamente relajados. Para protones unidos a heteroátomos, o para protones en entornos especialmente simétricos (T₁ largo), un experimento estándar de protón con un tiempo de relajación d₁ de uno o dos segundos puede no haber dado tiempo a que la magnetización vuelva al equilibrio. La integración subestima esos protones. Para análisis cuantitativo —qNMR—, el d₁ tiene que ser de cinco veces el T₁ más largo del compuesto, lo que en la práctica suele ser 30 o 60 segundos. Si solo importa estructura, no necesitas eso. Si importa proporción, sí.

El tercer error es el de la inferencia incorrecta. Si tu compuesto tiene seis protones aromáticos y la integral te da 6.3, no significa nada raro; es ruido de medida. Si te da 9, hay algo más además de tu compuesto en esa zona. La cuestión es saber cuándo el desvío es ruido y cuándo es señal. Una buena referencia interna —un patrón de integración conocido, idealmente un metilo aislado de tu propio producto— ayuda a calibrar.

Rotámeros, tautómeros y trazas paramagnéticas

Hay tres efectos que ensanchan y duplican picos sin que nada esté contaminando la muestra.

Los rotámeros aparecen cuando un enlace —típicamente C–N de amida, o C–C en sistemas con barreras de rotación significativas— gira lentamente respecto a la escala temporal del RMN. El resultado es que un solo grupo aparece como dos señales, en proporción no 1:1 normalmente, separadas por unos pocos décimas de ppm. La firma es que ambas señales tienen multiplicidad coherente con el grupo —típicamente dos singletes muy parecidos, dos pares de dobletes—. Subir la temperatura del experimento típicamente coalesce las señales en una sola; bajarla las separa más.

Los tautómeros, similares pero por equilibrio químico, aparecen en compuestos como dicetonas (Friedel-Crafts arilados, ácidos β-ceto), donde la forma enol y la cetónica coexisten en proporciones dependientes del disolvente. La firma es que las dos formas tienen señales distintas y, a veces, las dos enseñan el OH del enol como un pico ancho a campos bajos —entre 14 y 16 ppm—. Cambiar de disolvente cambia las proporciones de manera predecible: DMSO-d₆ estabiliza la forma cetónica, CDCl₃ la enólica.

Las trazas paramagnéticas ensanchan todo el espectro o, peor, ensanchan selectivamente algunos picos cercanos. La fuente típica es Fe³⁺ de la sílice contaminada, Cu²⁺ de catalizadores residuales, Mn²⁺ del agua del baño. Si tu espectro está «bonito menos en la zona de los aromáticos, donde todo es ancho», puede haber una sustancia paramagnética coordinándose con tu producto. Una pequeña pizca de EDTA en disolución acuosa lavada antes de evaporar muchas veces resuelve.

Por qué siempre hay que correr ¹³C

El espectro de protón es rápido, sensible y barato. El de carbono es lento, menos sensible y caro. La tentación de saltarse el carbono cuando el protón parece concluyente es enorme. Y casi siempre es un error.

El espectro de carbono te dice cosas que el protón no puede. Te dice cuántos carbonos no equivalentes tienes —si tu propuesta estructural dice doce y el espectro muestra catorce, hay un problema—. Te dice si los carbonos cuaternarios encajan donde deberían. Te dice si hay grupos carbonilo, qué tipo, cuántos. Te confirma o desmiente, en quince minutos a una hora de adquisición, hipótesis estructurales que el protón solo puede sugerir.

Hay además una clase de impurezas que el protón no detecta y el carbono sí: cualquier impureza sin protones, o con protones que coinciden por casualidad con los de tu producto. Una traza de hidrocarburo halogenado, una traza de carbonato, un metal carbonilo. Ninguna sale en el protón. En el carbono, el pico extra a 165 ppm donde no debería haberlo te lo dice.

El argumento de que el carbono «tarda mucho» se cae cuando uno se da cuenta de que ese tiempo de adquisición es, casi siempre, tiempo en el que el aparato corre mientras tú haces otra cosa. La excusa real es la prisa por publicar, sumada al miedo a encontrar algo. La cura es la disciplina de correr siempre carbono, aunque no se publique, aunque tarde, aunque parezca innecesario. Toma una noche; te ahorra meses.

Coda: el espectro como hipótesis

La forma sana de mirar un RMN, después de unos años en el banco, es entender que cada espectro es una hipótesis falseable, no una declaración. La hipótesis es: en este tubo está mayoritariamente este compuesto. Cada pico que asignas, cada integración que tomas, cada multiplete que identificas refuerza o contradice la hipótesis. El trabajo del químico es buscar contradicciones, no «confirmar la asignación». Quien busca confirmar siempre confirma. Quien busca contradecir, a veces falla y a veces cambia el rumbo del proyecto a tiempo.

Hay una cita atribuida —no necesariamente correctamente— a Feynman que viene al caso: «el primer principio es no engañarse a uno mismo, y uno mismo es la persona más fácil de engañar». La sustituiría, para uso de químicos, por: el RMN no miente; tú quieres creer.