Obiettivi formativi
Nella prima parte di lezioni frontali, il corso si propone di fornire allo studente i mezzi necessari per l'analisi strutturale di molecole organiche mediante l'impiego di tecniche spettroscopiche e successivamente di fornire i concetti di base della ricerca bibliografica finalizzata alla sintesi di composti organici. Gli obbiettivi della seconda parte del corso sono l'apprendimento, mediante pratica di laboratorio, di tecniche per la sintesi di composti organici e delle relative tecniche purificative. I composti sintetizzati saranno purificati mediante tecniche cromatografiche e caratterizzati mediante l'ausilio di tecniche spettroscopiche (MS, UV, IR, 1H e 13C NMR).
Contenuti dell'insegnamento
Proprietà magnetiche dei nuclei. Frequenze NMR e “Chemical Shift”. Livelli energetici e spettri NMR. Modello Vettoriale. Trasformata di Fourier e “data processing”. Concetti fondamentali di spettroscopia 2D NMR. Fenomeni di rilassamento ed Effetto Overhauser Nucleare (NOE). Funzionamento di un moderno Spettrometro NMR. Interpretazione di spettri 1D e 2D e determinazione della struttura di un composto organico. Databases, software, sorgenti di letteratura primaria e secondaria necessari per condurre una ricerca bibliografica sulla sintesi di un composto organico. Sintesi multistadio, purificazione e caratterizzazione spettroscopica di un composto organico noto.
Programma esteso
Proprietà dei nuclei: momento angolare e momento angolare di spin. Magnetismo microscopico. Correlazione tra magnetismo e momento angolare di spin.
- Frequenze NMR e “Chemical Shift”. Forma e larghezza dei segnali. Accoppiamento scalare. L'esperimento NMR di base.
- Livelli energetici e spettri NMR. Spettro per uno spin. Livelli energetici per due spin accoppiati. Spettro NMR per due spin accoppiati.
- Modello Vettoriale. La magnetizzazione. Precessione degli spin e frequenza di Larmor. Rilevamento segnale NMR. Impulsi. Impulsi "on resonance". Campo di riferimento rotante. Sequenza base impulso-acquisizione. Calibrazione degli impulsi. Spin-Echo. Impulsi di diversa fase. Effetti "off-resonance" e impulsi "soft".
- Trasformata di Fourier e data processing. Rappresentazione del FID. Forma e fase del segnale. Manipolazione del FID e dello spettro. Zero filling.
- Concetti fondamentali di spettroscopia 2D NMR. Esperimenti 2D NMR con trasferimento di coerenza mediante J-coupling. COSY e DQF-COSY : sequenza impulsi ed interpretazione degli spettri. Spettroscopia NMR a doppio quanto. Spettroscopia 2D NMR eterocorrelata HMQC, HSQC e HMBC: sequenze di impulsi ed interpretazione degli spettri. Spettroscopia di correlazione TOCSY: sequenza di impulsi ed interpretazione dello spettro.
- Rilassamento e Effetto Overhauser Nucleare (NOE). L'origine del fenomeno di rilassamento nucleare. Meccanismi di rilassamento. Il tempo di correlazione. Popolazione degli stati. Rilassamento longitudinale di spin rosolati. Rilassamento longitudinale dipolare di due spin. NOE. Rilassamento trasversale. Rilassamento dovuto ad anisotropia di chemical shift. Rilassamento incrociato.
- NOEDif, NOESY e ROESY: sequenze di impulsi ed interpretazione degli spettri.
- Esercitazioni: determinazione della struttura di molecole organiche complesse mediante spettroscopia 2D NMR.
- Funzionamento di un moderno Spettrometro NMR. Magnete e Probe, Lock Channel, Shim e omogeneità del campo magnetico. Sintetizzatore di RF, amplificatore e duplexer. Ricevitore e Quadrature detection. Convertitore analogico-digitale e limiti della digitalizzazione.
- Suddivisione della fonti di letteratura primaria e secondaria. Descrizione dei software di interrogazione SciFinder e Reaxys.
- Ricerca bibliografica, sintesi, purificazione e caratterizzazione spettroscopica di un composto organico noto.
Bibliografia
Lezioni frontali. Testi di base:
- M. Hesse, H. Meier, B. Zeeh, "Metodi spettroscopici in chimica Organica", 2^ edizione, EdiSES, 2010.
- R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, “Identificazione spettrometrica di composti organici, 2^ edizione, Casa Editrice Ambrosiana (MI), 2006.
- D. H. Williams, I. Fleming, "Spectroscopic Methods in Organic Chemistry" 5th Edition, McGraw-Hill, 1996.
Testi Avanzati:
- T. D. W. Claridge "High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry, 2nd edition, Tetrahedron Organic Chemistry, Vol. 27, Elsevier, Amsterdam, 2009.
- N. E. Jacobsen "NMR Spectroscopy Explained: Simplified Theory, Applications and Examples for Organic Chemistry and Structural Biology, Wiley, 2007.
Laboratorio. Testi di base:
- M. D'Ischia, "La Chimica Organica in Laboratorio", Piccin (PD), 2002.
- J. R. Mohrig et al. "Techniques in Organic Chemistry", 2nd ed., W.H. Freeman and Company, NY, 2006.
Testi Avanzati:
- J. Leonard et al. "Advanced Practical Organic Chemistry", 2nd edition, Stanley Thornes (Publisher) Ltd, UK, 1998.
Metodi didattici
Il Corso utilizzerà sia lezioni frontali con esercitazioni in aula che pratica di laboratorio.
Modalità verifica apprendimento
Colloquio orale ed esercitazione scritta.
