Espectros de rotación en jets supersónicos: complejo pirrol···piridina

Facultad de Ciencias Trabajo Fin de Grado Grado en Química Espectros de rotación en jets supersónicos: complejo pirrol···piridina Autor: Beatriz Torres Sánchez Tutor: Mª Isabel Peña 2 ÍNDICE 1. Resumen / Abstract…………………………………............................pag.3 2. Introducción……………………………………………………………………….pag.4-7 3. Objetivos…………………………………………………………………………….pag.8 4. Metodología……………………………………………………………………….pag.9-29 4.1. Estrategia general……………………………………………………pag.9 4.2. Espectroscopía de rotación……………………………………..pag.10-18 4.3. Técnica experimental………………………………………………pag.19-26 4.4. Métodos computacionales………………………………………pag.26-29 5. Resultados y discusión………………………………………………………..pag.30-45 5.1. Resultados computacionales…………………………………..pag.30-33 5.2. Asignación y análisis del espectro de rotación…………pag.33-45 6. Conclusiones……………………………………………………………………….pag.46 7. Referencias………………………………………………………………………….pag.47-50 8. Anexos…………………………………………………………………………………pag.51-57 3 1. Resumen / Abstract Resumen: Este trabajo tiene como finalidad entender las interacciones intermoleculares no covalentes responsables de la estructura de biomoléculas relevantes como el ADN. En concreto, se ha elegido el complejo intermolecular pirrol···piridina con el enlace de hidrógeno N-H···N como arquetipo de las interacciones que tienen lugar entre las bases nitrogenadas de Watson-Crick. Para llevar a cabo dicho estudio, se ha generado el complejo en un jet supersónico e investigado por espectroscopia de microondas de banda ancha en el rango de frecuencias de 2 a 8 GHz. La combinación de la espectroscopia de microondas con los cálculos teóricos ha posibilitado la identificación de la especie más estable del dímero pirrol···piridina en fase gaseosa. Abstract: The present work focuses on understanding the intermolecular non-covalent interactions which are responsible of the structure of relevant biomolecules such as DNA. Specifically, we have adopted the hydrogen-bonded pyrrole···pyridine aromatic pair as a model of the Watson–Crick base pairs in DNA. The complex has been generated in a supersonic jet and probed by broadband microwave spectroscopy in the frequency range from 2 to 8 GHz. The combination of microwave spectroscopy and computational calculations has made possible the identification of the preferred arrangement and binding interaction of the dimer pyrrole···pyridine in gas phase. 4 2. Introducción: La relevancia de las interacciones no covalentes en la determinación de las propiedades de la materia fueron investigadas por J. D. van der Waals en 1873, cuando las introdujo en su ecuación de estado [1]. Desde entonces, numerosos estudios teóricos y experimentales [2][3] han intentado entender las interacciones no covalentes describiendo sus efectos en química, física y biología. El enlace de hidrógeno, las interacciones dipolo-dipolo y las interacciones de dispersión son responsables de la estructura de importantes biomoléculas, de las propiedades físicas de las fases condensadas y de los procesos de reconocimiento molecular. Igualmente, desempeñan un papel relevante en la química supramolecular, donde se estudia la química de enlaces no covalentes intermoleculares para formar entidades o agregados supramoleculares [4]. El estudio a escala molecular de enlaces no covalentes debe realizarse en fase gaseosa, donde los sistemas objeto de estudio se encuentran en un entorno libre interacciones. Sin embargo, la formación de una cantidad apreciable de complejos en condiciones de equilibrio en fase gas requiere la disminución de la temperatura de la mezcla, lo que provoca su condensación. Este problema se ha resuelto con el uso de los jets supersónicos. Un jet supersónico se forma a través de una expansión adiabática de una muestra diluida en un gas portador (Ne en nuestro caso) que pasa a través de una tobera de una cámara que se encuentra a una presión moderada (1-10 bar) a otra con una presión muy reducida (10-6-10-7 mbar) formando el jet supersónico. La velocidad dependerá de la relación entre ambas presiones. Si esa relación supera el valor crítico, el flujo alcanzará velocidades supersónicas al final de la tobera. Los sistemas moleculares que arrastra el gas portador toman la velocidad límite éste, de manera que la energía cinética aumenta debido al enfriamiento de los niveles de rotación y vibración. En la primera etapa de la expansión se producen complejos intermoleculares debido a las colisiones terciarias. Cuando la expansión progresa, el número de colisiones disminuye hasta llegar a una región libre de colisiones denominada “zona de silencio”. [5] 5 En los últimos años, la combinación de los jets supersónicos con diferentes técnicas espectroscópicas en fase gaseosa ha posibilitado el estudio de interacciones intermoleculares en clusters modelo formados por agua, benceno y gases nobles, entre otros [6]. En particular, el estudio de los complejos intermoleculares mediante espectroscopia de microondas con transformada de Fourier y jets supersónico proporciona información valiosa sobre su estructura y conformación. Esta técnica permite estudiar cada confórmero/tautómero de una misma biomolécula por separado, como si se tratasen de especies químicas distintas. [7] Las ventajas que tiene incorporar el jet supersónico a la espectroscopía de microondas se pueden resumir en los siguientes puntos: [5] ¨ Formación de complejos intermoleculares en cantidades detectables. ¨ Las moléculas y complejos se analizan en un entorno libre de colisiones, es decir, se pueden considerar aisladas. ¨ Los espectros de rotación se simplifican, únicamente están poblados los niveles de rotación y vibración más bajos. 6 Figura 1. Pares de bases nitrogenadas de Watson-Crick adenina-timina y guanina-citosina. Interacciones en bases nitrogenadas: Complejo pirrol···piridina El enlace de hidrógeno, en particular, ha sido y es objeto de muchas investigaciones por su importante papel en la estructura de biomoléculas, como en la doble hélice del ADN [8]. La molécula de ADN es una de las biomoléculas más importantes que, entre otras funciones, almacena y transfiere información genética. La estructura secundaria del ADN es el resultado del balance de una serie de interacciones entre los constituyentes individuales del ADN y el entorno. En las interacciones fundamentales están implicadas las bases nitrogenadas formando pares básicos en configuraciones apiladas o planas. Estas se forman mediante dos o más interacciones de enlace de hidrógeno intermolecular (Figura 1). En ellos reside la capacidad que tienen los ácidos nucleicos para contener información genética y replicación mediante procesos de ruptura y formación de enlaces. Las interacciones no covalentes en los pares de bases nitrogenadas han sido estudiadas en fase gas mediante técnicas de espectroscopía electrónica de ionización multifotónica 7 estimulada por resonancia, para obtener los espectros UV-VIS e IR de diversos tipos de pares básicos y sus miméticos [9] que han permitido establecer su naturaleza y obtener información sobre la energética de su formación. Sin embargo, en ningún caso se ha llegado al detalle estructural suficiente propio de los espectros de rotación. En base a los excelentes resultados que se han obtenido en los estudios de las bases nitrogenadas [10][11][12][13] mediante espectroscopia de microondas de alta resolución y jets supersónicos, en la presente memoria se han investigado las interacciones en las bases nitrogenadas abordando el estudio del complejo pirrol···piridina (Figura 2) como modelo de los pares básicos de Watson-Crick del ADN. Los enlaces de hidrógeno se pueden clasificar teniendo en cuenta la energía disociación en fuertes (15-40 kcal/mol), moderados (4-15 kcal/mol) y débiles (1-4 kcal/mol).[7][14] La naturaleza de la interacción varía en función de la naturaleza de los grupos dador y aceptor del protón. Así, mientras que los enlaces de hidrógeno fuertes pueden considerarse cuasi-covalentes, ya que en ellos existe transferencia de carga, en los enlaces moderados la naturaleza de la interacción es predominantemente electrostática. La contribución electrostática va disminuyendo hasta llegar a ser del orden de las fuerzas dispersivas en los enlaces de hidrógeno débiles. Por ser los más comunes en la naturaleza, los enlaces de hidrógeno moderados han sido los más estudiados y a este grupo pertenece la interacción N-H···N del complejo cuyo análisis se presenta en esta memoria (Figura 2). Esta interacción es uno de los puentes de hidrógeno que tienen lugar en los dos pares básicos de Watson-Crick. Figura 2: Complejo pirrol···piridina mostrando el enlace intermolecular N···H-N. N NH ········· 8 3. Objetivos: - Generación por primera vez del complejo formado entre los monómeros de piridina y pirrol en un jet supersónico. - Caracterización espectroscópica del dímero pirrol···piridina a través de la espectroscopia de microondas con transformación de Fourier. - Análisis del espectro de rotación: asignación de las transiciones de rotación y medida de las frecuencias. - Optimización de la geometría del complejo utilizando diferentes métodos de cálculo. - Comparación de los parámetros espectroscópicos teóricos y experimentales (constantes de rotación, constantes de cuadrupolo nuclear, momentos dipolares) para la posterior identificación conformacional del complejo. - Aportar una primera estructura del dímero pirrol-piridina y de su enlace de hidrógeno intermolecular NH···N. 9 4. Metodología: 4.1 Estrategia general: La metodología utilizada en el estudio del complejo pirrol···piridina combina estratégicamente una serie de etapas para la interpretación y análisis del espectro de rotación, así como para la identificación de las posibles estructuras que presenta el complejo pirrol···piridina. La sistemática descrita en el diagrama de bloques de la Figura 3 se ejecuta en paralelo a lo largo de dos líneas de flujo que hacen referencia a la metodología teórica y la metodología experimental. Ambas se explican con detalle en los siguientes apartados. Figura 3: Esquema de la estrategia para la identificación conformacional. 16 Resumiendo: * Para moléculas diatómicas, lineales y trompos simétricos: μ =z 0; momento dipolar permanente ∆J = ±1; conservación del momento angular ∆MJ = 0, ±1; sólo tiene sentido en presencia de un campo externo * Para trompos asimétricos: μ =z 0; momento dipolar permanente ΔJ=0,±1: ΔJ = 1 RBranch Δ J = 0 QBranch Δ J =-1 PBranch Dependiendo de cuál de las componentes del momento dipolar permanente sea distinto de cero tendremos tres tipos de espectro: - Tipo a: DK-1= 0; DK+1= ±1 - Tipo b: DK-1= ±1; DK+1= ±1 - Tipo c: DK-1= ±1; DK+1= 0 Figura 5: Esquema de las transiciones de rotación en trompos asimétricos según su momento dipolar. 17 Distorsión centrífuga: Rotor semirrígido Las moléculas reales no son rígidas, ya que la longitud del enlace aumenta con la energía de rotación. En particular, la fuerza centrífuga asociada a la rotación molecular puede producir un ligero estiramiento en los enlaces y cierta deformación en los ángulos moleculares. El resultado es un incremento en los momentos de inercia que conducen a una disminución de las constantes de rotación, por lo tanto una reducción de energía entre los niveles de rotación. La teoría de la distorsión centrífuga ha sido estudiada por Watson. [19] Efectos de la distorsión centrífuga: La longitud del enlace de la molécula va a crecer con J. o Al aumentar la velocidad de rotación de la molécula, aumentará la fuerza centrífuga que es la encargada de que el enlace se alargue. o El alargamiento del enlace se encuentra impedido por la fuerza restauradora ( F = - kx ). Figura 6: Representación del Rotor no-rigido 18 La molécula al alargar el enlace hace un gasto de energía que se realiza a costa de la energía de rotación. E`ab=𝐵J& ( &J+1 ) −DAJ*(J+1)* donde DJ es la constante de distorsión centrífuga Acoplamiento cuadrupolo nuclear: En este trabajo se estudian moléculas que contienen un átomo o varios átomos de nitrógeno. El átomo de nitrógeno presenta un momento angular de espín I=1, por lo tanto, su distribución de carga nuclear no es esférica y presenta un momento de cuadrupolo nuclear (Q). La interacción entre el momento de cuadrupolo nuclear (Q) y el gradiente del campo eléctrico creado por las cargas moleculares produce un acoplamiento de momentos angulares de espín (I) y de rotación (J) generando un momento angular total F (F=I+J). Aparece así un nuevo número cuántico asociado F = I + J, I + J-1,.. |I-J|. Los espectros de rotación de sistemas moleculares donde existe un acoplamiento de cuadrupolo presentan un patrón de estructura hiperfina característico, debido al desdoblamiento de cada transición rotacional. Cuando se tratan sistemas donde hay dos núcleos que presentan momento de cuadrupolo nuclear como el complejo pirrol···piridina, el análisis del espectro se complica considerablemente. [16] [20] 19 4.3 Técnica experimental: El espectro de rotación se ha obtenido utilizando la técnica de espectroscopía de microondas de banda ancha con jet supersónico. El espectrómetro, denominado CPFTMW (Chirped-Pulse Fourier Transform Microwave spectroscopy) permite la excitación de un rango amplio de frecuencias de 2 a 8 GHz (6 GHz de ancho de banda) sin sacrificar sensibilidad o selectividad. El pulso de excitación o “chirped pulse” se crea mediante generadores de onda arbitraria de última generación que incorporan los últimos avances de la electrónica digital, mientras que la captura del espectro en el dominio temporal se realiza mediante un osciloscopio digital con suficiente resolución temporal (de hasta 50 GSamples/s). El instrumento utilizado es similar al descrito por Neill et al. [21] Un esquema del mismo se muestra en la Figura 7. Figura 7 : Esquema del instrumento para la espectroscopia de MW con jet supersónico. El jet supersónico se genera gracias a dos cámaras que se encuentran unidas por un orificio o tobera. Una primera cámara denominada de premezcla o de estancamiento donde se encuentra el gas portador ( en este trabajo se utilizó Ne ) 20 que se encuentra en unas condiciones de estancamiento : P0 ( 1-5 bar ) y T0 ( 25 ºC) y arrastra la muestra de estudio. La segunda cámara denominada de expansión se encuentra a un vacío mayor, ~ 10-6 mbar, creando una gran diferencia de presión entre ambas cámaras. Para poder crear este vacío en la cámara de expansión se utiliza un sistema de bombas de vacío, que en este caso está formado por una bomba difusora y una bomba rotativa primaria. La bomba difusora se trata de una bomba de tipo cinética: las moléculas de gas son arrastradas hacia abajo por medio de colisiones con moléculas de vapor de aceite y liberadas a través de una boca de descarga. El aceite se calienta y asciende por las chimeneas y se libera hacia la parte inferior a través de unas toberas. Cuando choca con las paredes que se encuentra refrigeradas se condensa y desciende hasta el calentador. Estas bombas pueden alcanzar vacíos de 10-7 mbar, y necesitan el uso de una bomba rotatoria previa. La desventaja que presentan este tipo de bombas es que pueden sufrir contaminación debido a un reflujo de aceite.[22] Figura 8 : Esquema de una Bomba difusora 21 En cuanto a la bomba rotativa consiste en un espacio cilíndrico y donde en su interior gira un cilindro de menor tamaño; pueden alcanzar presiones de 10-3 mbar.[22] Figura 9: Esquema de funcionamiento de una bomba rotativa Se dice que se ha creado un chorro supersónico cuando la relación de presiones supera un valor crítico G: (P0/Pr) > G. Este valor depende de la naturaleza del gas portador. Figura 10: Estructura del chorro supersónico. 22 La velocidad se calcula mediante el número de Mach ( M ): 𝑀 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 / 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 En el jet supersónico o expansión supersónica se observan distintas zonas qué se diferencia en el valor M. Estos valores de M son: en la tobera M=1 y en la cámara de expansión M >> 1. La zona más importante es la onda de choque frontal ( disco de Mach) que se encuentra perpendicular a la dirección del flujo. La “zona de silencio” es donde se produce la interacción espectroscópica, y se crea un enfriamiento drástico que permite el análisis espectral. Se puede calcular la distancia del disco de Mach a la tobera con la siguiente ecuación: zD D=0,67&×& v Px P` En la figura 11 se puede observar las diferentes zonas que se encuentran en un chorro supersónico en función de la temperatura y de la densidad numérica, es decir, el número de partículas por unidad de volumen. En el disco de Mach se puede observar que hay baja temperatura y baja densidad numérica, ya que se encuentra en un color azul, esto se debe a las propiedades de la expansión. El denominado “barril de choque” representa el retorno de equilibrio termodinámico. 23 Figura 11: Representación de la densidad numérica y de las temperaturas de rotación de un chorro supersónico Secuencia de operación La operación del instrumento es pulsada y cíclica (Figura 12) y consta de 4 etapas fundamentales: 1. Formación del pulso molecular. Se realiza la apertura de la válvula de inyección durante un tiempo que oscila entre 0.1 y 1 ms para formar el jet supersónico con presiones de empuje que varían enre 1 y 5 bar. 2. Polarización. Se produce al aplicar un pulso de microondas (“chirped pulse”) de 4 µs que barre linealmente todo el intervalo de operación (2-8 GHz) a muy alta velocidad, con potencias de hasta 20 W. Provoca la polarización macroscópica de la muestra en la expansión supersónica. Esta polarización afecta a todos aquellos 24 niveles moleculares con separaciones energéticas en resonancia con alguna de las frecuencias de la banda de trabajo. 3. Emisión molecular. Cuando cesa el pulso de polarización, las moléculas emiten espontáneamente radiación coherente a las frecuencias de resonancia (“free induction decay” o FID). 4. Detección. Tras un pequeño retardo (~2 µs), se registra la señal de emisión molecular en el dominio del tiempo durante 40 µs. Posteriormente, mediante transformación de Fourier (herramienta matemática), se obtiene la señal en el dominio de frecuencias. Para incrementar la sensibilidad y reducir el consumo de muestra, se adquieren 4 espectros de rotación de banda ancha en cada ciclo de inyección de muestra, aprovechando una de las características del osciloscopio digital que segmenta la memoria y permite que los múltiples registros cortos se unan en un único registro largo (Figura 12). 25 Figura 12: Secuencia de operación del instrumento. Condiciones experimentales pirrol···piridina Para la generación del complejo pirrol···piridina se emplearon dos receptáculos (uno detrás de otro) donde se situaron las muestras de cada uno de los monómeros (piridina 99% y pirrol 99%), y una válvula convencional. La piridina y el pirrol son compuestos líquidos muy volátiles, con presiones de vapor de 15 mmHg y 7 mmHg a 23 °C, respectivamente, no siendo necesario su calentamiento previo. A continuación, se hizo fluir Ne (3 bar) a través de los receptáculos para formar la expansión supersónica y generar el dímero. Se comprobaron algunas transiciones conocidas de ambos monómeros para corroborar que el experimento funcionaba. 32 Figura 13 : Estructuras del complejo pirrol···piridina del cálculo MP2 y MO62X, indicando la distancia y el ángulo del enlace N-H···N. Figura 14 : Estructuras del complejo pirrol···piridina del cálculo B3LYP y B3LYP-D3, indicando la distancia y el ángulo del enlace N-H···N. Todos ellos predicen el complejo piridina···pirrol como un trompo asimétrico cuasiprolate con un elevado momento dipolar en la componente a (Tabla 1). Los cálculos realizados en la presente memoria predicen una estructura donde el pirrol y la piridina se encuentran uno perpendicular al otro, en contraste con lo calculado en un estudio previo [27], en el que ambos monómeros se encuentran en el mismo plano. Otro hecho destacable es que los cálculos MP2 y M062X (Figura 13) predicen un enlace de 6 6 16 16 6 6 16 16 33 hidrógeno N-H···N no lineal, mientras que los cálculos B3LYP y B3LYP-D3 (Figura 14) predicen un enlace de hidrógeno que sí es lineal. Esta desviación de la linealidad podría deberse a la estabilización adicional que aportan posibles interacciones secundarias CH···N entre uno de los hidrógenos de la piridina y el átomo de nitrógeno del pirrol con longitudes de enlace comprendidas entre 2.83 (M062X) y 3.02 Å (MP2). 5.2 Asignación y análisis del espectro de rotación : Como se puede observar en la Figura 15, el espectro de rotación de banda ancha realizado en el intervalo de frecuencias de 2 a 8 GHz es muy denso con líneas dominantes que no pertenecen a nuestro sistema molecular de interés. Con el fin de facilitar la asignación del complejo pirrol···piridina, se ha llevado a cabo, en una primera etapa, el análisis del espectro de los monómeros y de todas las especies relacionadas con los mismos que han sido estudiadas previamente por espectroscopia de microondas (piridina, pirrol, piridina···Ne, piridina···Ne2, pirrol···pirrol, piridina···agua, etc.). La utilización de Ne como gas portador y el agua residual que contiene el mismo, así como la propia humedad del tanque, hace que se formen complejos de piridina y pirrol con Ne y agua en cantidades apreciables. 34 Figura 15: Espectro de rotación obtenido con CP-FTMW en el intervalo de frecuencias de 2 a 8 GHz indicando transiciones de especies conocidas. Piridina y pirrol Los monómeros piridina y pirrol han sido estudiados previamente mediante espectroscopia de microondas [28][29][30][31], donde se midieron transiciones de tipo a. A partir de las constantes de rotación obtenidas en estos estudios se realizaron las predicciones del espectro de rotación en la región 2-8GHz [32] y se asignaron y midieron por primera vez dos transiciones muy intensas de la rama Q tipo a para cada una de las especies. Todas las transiciones exhiben estructura hiperfina de acoplamiento de cuadrupolo nuclear debido a la presencia de un núcleo de 14N. En las figuras 16 y 17 se muestra un ejemplo de una de las transiciones observadas tanto para la piridina como para el pirrol. Frecuencia / MHz Intensidad / mV 35 Tabla 2 :Frecuencias de las transiciones que se observan en el espectro del pirrol y la piridina. TRANSICIÓN FRENCUENCIAS /MHz FRECUENCIAS / MHz J K-1 K+1 J K-1 K+1 F´ F” PIRROL F´ F” PIRIDINA 2 2 0 2 2 1 2 1 4341,6969 1 2 2623,0699 2 3 4341,9413 3 2 2623,7444 2 2 4342,4052 2 2 2624,9347 3 3 4342,8150 3 3 2625,3181 1 1 4343,0420 1 1 2625,5209 2 3 4343,2968 2 3 2626,5102 1 2 4343,7477 2 1 2627,3848 1 1 0 1 1 1 1 0 4468,2478 0 1 2843,5967 0 1 4468,6327 2 1 2845,1655 2 2 4469,0599 2 2 2845,5912 1 2 4469,2129 1 1 2846,2022 2 1 4469,4441 1 2 2846,6301 1 1 4470,2667 1 0 2847,2839 36 Figura 16 : Transición de rotación 11,0 ß 11,1 del pirrol mostrando la estructura hiperfina de cuadrupolo nuclear. Figura 17: Transición de rotación 11,0 ß 11,1 de la piridina mostrando la estructura hiperfina de cuadrupolo nuclear. 4468 4470 4472 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 2844 2846 2848 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050 Intensidad / mV Frecuencia / MHz Intensidad / mV Frecuencia / MHz 0 ß 1 1ß 0 1ß 0 2 ß 2 2 ß 1 1 ß 1 1 ß 2 1 ß 0 0 ß 1 1 ß 2 2 ß 2 1 ß 1 2 ß 1 F´ßF” F´ßF” 37 Piridina···Ne Procediendo de forma similar, a partir de las constantes de rotación obtenidas en un estudio previo del complejo piridina···Ne (Figura 18) en el intervalo de frecuencias de 618,5GHz [33], se realizó una predicción del espectro en la región de 2 a 8 GHz [32]. El neón posee dos especies isotópicas,20Ne y 22Ne, cuyas abundancias son 90,48% y 9,25% respectivamente. Se asignaron cinco transiciones, dos de tipo b y tres de tipo a, para las dos especies isotópicas piridina···20Ne y piridina···22Ne en abundancia natural. Igualmente, estas transiciones presentan una estructura hiperfina que se debe al acoplamiento de cuadrupolo nuclear. Un ejemplo de las mismas se encuentra recogido en las figuras 19 y 20. El listado completo de las frecuencias de estas transiciones se pueden consultar en los anexos ( Anexos 1 y 2 ). Figura 18: Estructura de la piridina···Ne Figura 19: Transición de rotación 11 ,1ß 00,0 de la piridina-20Ne 4866 4868 4870 4872 4874 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 Intensidad / mV Frecuencia / MHz 1 ß 1 2 ß 1 0 ß 1 F´ßF” 38 Figura 20: Transición de rotación 11,1ß 00,0 de la piridina-22Ne Piridina···Ne2 En este caso tenemos dos núcleos de Ne que junto a la piridina forman un trímero (Figura 21). Se pueden observar tres especies isotópicas en abundancia natural: piridina···20Ne20Ne, piridina···22Ne20Ne y piridina···22Ne22Ne. Partiendo de las constantes de rotación de un estudio realizado con anterioridad, donde se analizaron estas especies en el intervalo de frecuencias de 6-18 GHz [34], se realizó una predicción [32] para poder asignarlas en el intervalo de frecuencias del presente trabajo. Se han asignado tanto para la especie piridina···20Ne20Ne y piridina···22Ne20Ne 14 transiciones, y para la especie piridina···22Ne22Ne 10 transiciones. Las medidas de las frecuencias de las transiciones se pueden consultar en los Anexos 3, 4 y 5. La mayor parte de las transiciones son muy débiles. Todas ellas presentan una estructura hiperfina debido al acoplamiento de cuadrupolo nuclear que se ha mencionado con anterioridad. En las figuras 20, 21 y 22 se puede observar la misma transición para cada especie isotópica con su correspondiente estructura hiperfina. 4774 4776 4778 4780 4782 0,00 0,01 0,02 Intensidad / mV Frecuencia / MHz 1 ß 1 2 ß 1 0 ß 1 0 ß 1 F´ßF” 39 Figura 21: Estructura piridina···Ne2 Figura 22 : Transición de rotación 11,1ß 00,0 para piridina···20Ne20Ne 3876 3878 3880 3882 3884 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 Intensidad / mV Frecuencia / MHz 1 ß 1 2 ß 1 0 ß 1 F´ßF” 40 Figura 23 : Transición de rotación 11,1ß 00,0 para piridina···20Ne22Ne Figura 24 : Transición de rotación 11,1ß 00,0 para piridina···22Ne22Ne Como era de esperar, en los tres casos el patrón de estructura hiperfina es el mismo. La principal diferencia radica en la intensidad de sus espectros, siendo el espectro del complejo piridina···20Ne20Ne el más intenso, acorde con las abundancias naturales de los isótopos. 3840 3842 3844 3846 0,0000 0,0005 0,0010 3806 3808 3810 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 Intensidad / mV Intensidad / mV Frecuencia / MHz Frecuencia / MHz 1 ß 1 2 ß 1 0 ß 1 1 ß 1 2 ß 1 0 ß 1 F´ßF” F´ßF” 41 Pirrol···pirrol Para la asignación de esta especie en nuestro espectro de rotación se ha hecho uso de las constantes de rotación de un estudio previo [35] en el rango de frecuencias de 8-18 GHz para realizar la predicción en el rango de frecuencias del presente trabajo, 2-8 GHz [32]. Las transiciones que se han asignado para esta especie son muy débiles y de tipo a (Anexo 6). Además, este complejo presenta una estructura hiperfina muy complicada debido al acoplamiento de cuadrupolo nuclear de los dos núcleos de 14N que la componen. En muchas transiciones, la estructura hiperfina no se resuelve o se resuelve parcialmente (Figura 25). Figura 25: Transición de rotación 31,2 ß 21,1 del dímero pirrol-pirrol. Piridina···H2O y pirrol···H2O Estos complejos han sido estudiados previamente [36][37] en el mismo rango de frecuencias que se ha utilizado en este trabajo, por tanto, no ha sido necesario realizar una predicción como en las especies anteriores. Las transiciones observadas en nuestro espectro son de tipo a para el pirrol···H2O, y de tipo a, b y c para el complejo piridina···H2O . Las transiciones no son muy intensas en general. En las figuras 26 y 27 se pueden observar las transiciones más intensas de los dos complejos. 4257 4258 4259 0,00000 0,00002 0,00004 0,00006 Intensidad / mV Frecuencia / MHz 48 of Four Tautomers of Guanine,” Angew. Chemie, vol. 48, pp. 6141–6143, 2009. [12] J. L. Alonso, V. Vaquero, I. Peña, J. C. Lopez, S. Mata, and W. Caminati, “All Five Forms of Cytosine Revealed in the Phase,” Angew. 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Anexos: Anexo 1: Piridina-20Ne: TRANSICIÓN J” K”-1 K”+1 J´K´-1 K´+1 F´ F” FRECUENCIAS /MHZ OBSERVADA – CALCULADA /MHZ 1 1 1 ß 0 0 0 1 1 4868,18660 -0,0100 2 1 4869,60250 0,00279 0 1 4871,71600 -0,00099 2 0 2 ß 1 1 1 1 0 6329,92260 -0,00265 3 2 6332,62240 0,00706 1 1 6333,45030 -0,00354 2 2 6333,64130 -0,00508 2 1 6335,06190 0,00421 2 1 2 ß 1 1 1 1 0 7447,61730 0,00444 2 2 7449,00520 -0,00095 3 2 7449,47250 0,00141 2 1 7450,41400 -0,00346 1 1 7451,14000 -0,00144 2 0 2 ß 1 0 1 1 1 7466,45160 0,00472 3 2 7467,98460 -0,01236 1 0 7468,88980 -0,00016 2 2 7469,03580 0,00780 2 1 1 ß 1 1 0 3 2 7485,96850 0,00300 2 1 7487,05290 0,00301 52 Anexo 2: Piridina-22Ne: TRANSICIÓN J” K”-1 K”+1 J´K´-1 K´+1 F´ F” FRECUENCIAS /MHZ OBSERVADA – CALCULADA /MHZ 1 1 1 ß 0 0 0 1 1 4776.17930 0.00583 2 1 4777.58490 -0.00561 0 1 4779.71620 -0.00021 2 0 2 ß 1 1 1 1 0 5870.42420 0.00393 3 2 5873.11590 -0.00586 1 1 5873.96040 -0.00281 2 2 5874.15740 -0.00046 2 1 5875.58010 0.00520 2 1 2 ß 1 1 1 1 0 7081.36840 0.00137 2 2 7082.76210 -0.00155 3 2 7083.22680 -0.00516 2 1 7084.18000 -0.00070 1 1 7084.91600 0.00603 2 0 2 ß 1 0 1 1 1 7098.80280 0.00348 3 2 7100.34130 -0.01346 1 0 7101.24740 -0.00146 2 2 7101.40230 0.01144 2 1 1 ß 1 1 0 3 2 7116.87380 0.00310 2 1 7117.94900 -0.00310 53 Anexo 3: Piridina-20Ne-20Ne: TRANSICIÓN J” K”-1 K”+1 J´K´-1 K´+1 F´ F” FRECUENCIAS /MHZ OBSERVADA – CALCULADA /MHZ 1 1 0 ß 1 0 1 0 1 2033,24950 -0.00070 2 1 2033,89980 -0.00008 1 1 2034.33480 0.00238 2 2 2034.92240 -0.00111 1 2 2035.35820 0.00215 1 0 2036.90060 0.00947 2 1 1 ß 2 0 2 1 1 2043.42660 0.00886 3 3 2043.67730 -0.00095 2 2 2044.15030 0.00342 3 1 2 ß 3 0 3 2 2 2056.80960 0.00074 4 4 2057.07630 -0.00408 3 3 2057.85050 -0.00591 4 1 3 ß 4 0 4 3 3 2074.89270 0.00435 5 5 2075.11700 -0.00663 4 4 2076.04340 0.00223 3 0 3 ß 2 1 2 2 1 3543.93990 0.00300 4 3 3544.59080 0.00073 2 2 3546.18310 0.00359 1 1 1 ß 0 0 0 1 1 3878.68690 -0.00117 2 1 3880.14580 0.00102 0 1 3882.32290 -0.00752 4 0 4 ß 3 1 3 3 2 5411.13840 0.00440 5 4 5411.49450 -0.00378 4 3 5412.83480 -0.00316 2 1 2 ß 1 0 1 2 1 5723.60790 0.00292 1 1 5724.32990 0.00170 2 2 5724.62340 -0.00521 3 2 5725.09390 0.00140 1 1 5726.88140 -0.00551 3 2 3 ß 3 1 2 3 3 6062.36040 0.00336 4 4 6064.24800 0.00126 2 2 6064.91090 0.00232 2 2 0 ß 2 1 1 2 2 6075.39510 -0.00165 3 2 6076.48110 -0.00780 2 3 6076.95640 -0.00115 54 1 2 6077.09660 0.00052 2 1 6077.81850 -0.00596 3 3 6078.05000 0.00030 1 1 6079.52650 0.00270 2 2 1 ß 2 1 2 2 2 6103.94200 0.00538 3 3 6104.56960 0.00025 1 1 6104.92500 0.00535 3 2 2 ß 3 1 3 4 4 6117.56560 -0.00682 3 3 6117.77320 0.00193 5 0 5 ß 4 1 4 4 3 7282.06200 0.00346 6 5 7282.31360 -0.00141 5 4 7283.54870 -0.00252 3 1 3 ß 2 0 2 3 2 7564.03450 -0.00309 2 2 7564.30680 0.00058 3 3 7565.12900 -0.00076 4 3 7565.32830 0.00019 2 1 7566.01040 0.00561 Anexo 4: Piridina-20Ne-22Ne: TRANSICIÓN J” K”-1 K”+1 J´K´-1 K´+1 F´ F” FRECUENCIAS /MHZ OBSERVADA – CALCULADA /MHZ 1 1 0 ß 1 0 1 0 1 2068.04750 -0.00650 2 1 2068.70700 0.00246 1 1 2069.13820 0.00058 2 2 2069.72560 -0.00239 1 2 2070.15760 -0.00347 1 0 2070.15760 0.00692 2 1 1 ß 2 0 2 1 1 2077.62120 0.00722 3 3 2077.87370 -0.00094 2 2 2078.34370 0.00020 3 1 2 ß 3 0 3 2 2 2090.08870 0.00369 4 4 2090.35980 0.00333 3 3 2091.12740 -0.00483 4 1 3 ß 4 0 4 3 3 2106.92000 -0.00216 5 5 2107.15100 -0.00645 4 4 2108.08670 0.01271 3 0 3 ß 2 1 2 2 1 3291.80430 -0.00297 4 3 3292.46670 0.00562 2 2 3294.05000 -0.00191 1 1 1 ß 0 0 0 1 1 3842.05730 0.00537 2 1 3843.50400 -0.00504 55 0 1 3845.69240 -0.00289 4 0 4 ß 3 1 3 3 2 5086.12070 0.00663 5 4 5086.47920 0.00047 4 3 5087.81920 -0.00148 2 1 2 ß 1 0 1 2 1 5615.53720 -0.00335 1 1 5616.26650 0.00174 2 2 5616.56520 0.00119 3 2 5617.03100 0.00250 1 1 5618.81580 -0.00723 3 2 1 ß 3 1 2 3 3 6169.50380 -0.00157 4 4 6171.38980 -0.00675 2 2 6172.07440 0.01548 2 2 0 ß 2 1 1 2 2 6181.62400 -0.00375 3 2 6182.71780 -0.00228 2 3 6183.19840 0.00943 2 1 6184.05170 -0.00441 3 3 6184.28180 0.00049 1 1 6185.75460 -0.00114 2 2 1 ß 2 1 2 2 2 6208.34760 0.00221 3 3 6208.98350 0.00615 1 1 6209.32610 -0.00105 3 2 2 ß 3 1 3 4 4 6221.07240 -0.01571 3 3 6221.29030 0.00291 5 0 5 ß 4 1 4 4 3 6883.90850 0.00318 6 5 6884.16000 -0.00211 5 4 6885.39760 -0.00393 3 1 3 ß 2 0 2 3 2 7384.86730 0.00355 2 2 7385.12850 -0.00467 3 3 7385.96100 0.00489 4 3 7386.15650 0.00148 2 1 7386.82760 -0.00442 56 Anexo 5: Piridina-22Ne-22Ne: TRANSICIÓN J” K”-1 K”+1 J´K´-1 K´+1 F´ F” FRECUENCIAS /MHZ OBSERVADA – CALCULADA /MHZ 1 1 0 ß 1 0 1 2 2 2102.85240 0.00069 3 0 3 ß 2 1 2 2 1 3051.27000 0.02348 4 3 3051.89360 -0.00692 2 2 3053.47480 -0.01631 1 1 1 ß 0 0 0 1 1 3806.95100 0.00060 2 1 3808.40410 -0.00244 0 1 3810.59270 0.00134 2 1 2 ß 1 0 1 2 1 5512.22230 0.00272 1 1 5512.94760 0.00186 2 2 5513.24093 -0.00243 3 2 5513.70920 0.00256 1 0 5515.49740 -0.00133 3 2 1 ß 3 1 2 3 3 6271.38600 0.00324 4 4 6273.27300 -0.00026 2 2 6273.93800 0.00260 2 2 0 ß 2 1 1 2 2 6282.66280 -0.01202 3 2 6283.76370 -0.00153 2 3 6284.23640 0.00140 1 2 6284.37730 0.00584 2 1 6285.09710 -0.00446 3 3 6285.32330 -0.00211 1 1 6286.80280 0.00459 2 2 1 ß 2 1 2 2 2 6307.72190 -0.00047 3 3 6308.35740 0.00654 1 1 6308.69960 0.00092 3 2 2 ß 3 1 3 4 4 6319.61970 -0.01480 3 3 6319.84600 0.01480 5 0 5 ß 4 1 4 4 3 6503.97720 -0.00884 6 5 6504.24820 0.00709 5 4 6505.48580 0.00211 3 1 3 ß 2 0 2 3 2 7213.60880 -0.00189 2 2 7213.88040 -0.00210 3 3 7214.69510 -0.00603 4 3 7214.90390 0.00211 2 1 7215.58330 0.00496 57 Anexo 6: Pirrol-Pirrol: TRANSICIÓN J” K”-1 K”+1 J´K´-1 K´+1 FRECUENCIAS /MHZ OBSERVADA – CALCULADA /MHZ 2 1 2 ß 1 1 1 2743.95000 0.05464 2 0 2 ß 1 0 1 2790.71250 0.06834 3 1 3 ß 2 1 2 4115.41250 0.03887 3 0 3 ß 2 0 2 4184.12500 0.04246 3 1 2 ß 2 1 1 4257.86250 -0.00905 4 1 4 ß 3 1 3 5486.22500 -0.07400 4 0 4 ß 3 0 3 5575.28750 0.01964 4 1 3 ß 3 1 2 5676.25000 -0.01141 5 0 5 ß 4 0 4 6963.48750 0.01476