Obiettivi formativi
Conoscenze e comprensione
Il corso si propone di fornire allo studente i mezzi necessari per l'analisi strutturale di molecole organiche mediante l'impiego di tecniche spettroscopiche 1D e 2D NMR avanzate.
Applicazione delle conoscenze
Lo studente sarà in grado di identificare autonomamente la struttura di un composto organico mediante l’interpretazione di una serie di spettri NMR mono- e bi-dimensionali.
Prerequisiti
n/a
Contenuti dell'insegnamento
Proprietà magnetiche dei nuclei. Modello Vettoriale. Trasformata di Fourier e manipolazione dei dati NMR. Spettroscopia NMR bidimensionale. Formalismo degli operatori prodotto. Fenomeni di rilassamento e scambio chimico. Funzionamento di un moderno spettrometro NMR. Interpretazione di spettri 1D e 2D e determinazione della struttura di un composto organico.
Laboratorio: Sintesi di un composto organico e relativa caratterizzazione strutturale mediante tecniche avanzate di spettroscopia NMR.
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 1D e 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.
- Acquisizione e manipolazione di spettri 1D NMR (1H e 13C).
Bibliografia
Testi di base:
- J. Keeler "Understanding NMR Spectroscopy", 2nd Edition, Wiley, 2010.
Testi suggeriti:
- 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.
Metodi didattici
Il corso impiegherà lezioni frontali di 1 o 2 ore distribuite su tre mattine per settimana. L'esercitazione pratica di laboratorio si articolerà in 4 turni di 4 ore ciascuno.
Modalità verifica apprendimento
L'esame sarà costituito da una prova scritta e da una prova orale. Nella prova scritta i candidati dovranno assegnare ad un composto organico di struttura nota le risonanze di diversi spettri 1D e 2D NMR. La prova orale riguarderà domande sulle tematiche teoriche della prima parte del corso.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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