Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire allo studente i mezzi necessari per l'analisi strutturale di molecole organiche mediante l'impiego di tecniche spettroscopiche NMR mono e bidimensionali anche attraverso esercitazioni pratiche sullo strumento.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Proprieta' magnetiche dei nuclei. Frequenze NMR e “Chemical Shift”. Livelli energetici e spettri NMR. Modello Vettoriale. Trasformata di Fourier e “data processing”. Formalismo degli "operatori prodotto". Concetti fondamentali di spettroscopia 2D NMR. Fenomeni di rilassamento ed Effetto Overhauser Nucleare (NOE). Selezione di coerenza. Funzionamento di un moderno Spettrometro NMR. Esercitazioni di Laboratorio.
Programma esteso
- Proprieta' 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.
- Formalismo degli "operatori prodotto". Introduzione sugli operatori. Operatori prodotto per uno spin. Hamiltoniani per gli spin e per i delay. Equazione del moto e rotazioni standard. Esempi di applicazioni. Esperimenti spin-echo con il formalismo degli operatori prodotto. Operatori prodotto per un sistema costituito da due spin debolmente accoppiati.
- 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.
- Selezione di coerenza: ciclo di fase e impulsi con gradiente di campo magnetico. Ordine di coerenza. Metodi di trasferimento di coerenza. Discriminazione di frequenza e forma del picco. Introduzione agli impulsi con gradiente di campo magnetico.
- 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.
- Pratica di laboratorio: acquisizione e processing di spettri monodimensionali protonici e al carbonio 13; acquisizione e processing di spettri 2D COSY ed eterocorrelati HSQC.
Bibliografia
Testo consigliato:
J. Keeler, “Understanding NMR Spectroscopy”, 2^ edizione, Wiley, 2010.
Letture consigliate:
- N. E. Jacobsen "NMR Spectroscopy Explained: Simplified Theory, Applications and Examples for Organic Chemistry and Structural Biology, Wiley, 2007;
- M. H. Levitt "Spin Dynamics", Wiley, 2001.
Metodi didattici
Il Corso utilizzerà principalmente lezioni frontali ed eventuali esercitazioni in aula. Pratica sullo strumento.
Modalità verifica apprendimento
Colloquio orale ed esercitazione scritta.
Altre informazioni
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