METODI FISICI IN CHIMICA ORGANICA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- PAOLO MARCHETTI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- CHIM/06
Obiettivi formativi
- Le conoscenze che caratterizzano il corso riguardano la capacità di uso di Spettrofotometria Infrarosso, Spettrometria 1-H e 13-C NMR e Spettrometria di Massa. L'obiettivo finale consiste nell'acquisizione della capacità di identificare la struttura di una sostanza organica incognita mediante l'uso delle principali tecniche spettroscopiche (IR, 1H-NMR, 13C-NMR e Massa). Il corso permettere altresì allo studente di acquisire le basi per seguire con profitto l'insegnamento di Analisi Qualitativa del Farmaco (4° Anno di laurea in CTF).
Prerequisiti
- Lo studente deve aver frequentato con profitto i corsi di Chimica Generale ed Inorganica e Chimica Organica I. Le conoscenze che devono essere state già acquisite riguardano il legame chimico, la valenza degli atomi, il concetto di ibridizzazione e l’elettronegatività. Con riferimento ai composti organici, è indispensabile la conoscenza dei gruppi funzionali dei concetti di isomeria, di conformazione e di stereochimica.
Contenuti del corso
- Energia e spettro elettromagnetico: Unità di misura di frequenza e lunghezza d'onda. Analisi elementare e calcolo della formula elementare. Calcolo del grado d'instaurazione in molecole con e senza atomi di azoto.
Spettroscopia NMR. Proprietà magnetiche dei nuclei più comuni. Numero quantico di spin e numero di orientazioni possibili. Assorbimento di energia e stati di spin: dipendenza da BO. Equazione fondamentale dell'NMR e di Boltzmann. Condizione di saturazione e tempo T1. Lo spettrometro NMR: tipi di magneti e ottimizzazione dei parametri per una buona risoluzione dello spettro.
Spettro del protone (1H-NMR). Spostamento chimico: deschermatura e anisotropia diamagnetica locale. Equivalenza magnetica e chimica. Numero di protoni in una molecola incognita: integrazione del segnale. Protoni su eteronomi: acidità all'NMR, protoni che scambiano, legame a ponte d'idrogeno, scambio con acqua deuterata. Anisotropia diamagnetica locale. Accoppiamento spin-spin: Costante di accoppiamento J e regola (n+1). Valori delle costanti di accoppiamento geminale (dipendenza dall'angolo), vicinale (Grafico ed equazioni di Karplus) e long range. Accoppiamenti semplici e multipli. Modelli degli spettri di benzeni mono- e bi-sostituiti con gruppi elettron-attrattori e -donatori. Spettri di primo e secondo ordine con effetto tetto nei segnali. Accoppiamento 1H-altri nuclei con particolare riferimento all'N-14. Esperimenti di disaccoppiamento e con effetto nOe. Influenza di centri chirali sullo spettro NMR, reagenti di shift. Esercizi.
NMR del C-13. Spettri accoppiato con H-1 e disaccoppiamento a banda larga. Interpretazione dello spettro. DEPT. Accoppiamenti di C-13 con F-19 e P-31.
Spettrometria IR. Principali usi della tecnica IR. Stiramenti e deformazioni: stretching e bending. Legge di Hook. Strumenti a dispersione e FT-IR. GC- IR. Costi.Trattamento di campioni solidi, liquidi e gas. Interpretazione dello spettro: assorbimenti dei principali gruppi funzionali con particolare attenzione ai parametri che spostano l'assorbimento dal valore standard. Identificazione di sostanze ignote mediante confronto della zona dell'impronta digitale. Esempi.
Spettrometria di Massa. Lo strumento ad impatto elettronico. Bassa e alta risoluzione. Interpretazione dello spettro: picco base e ione molecolare. Abbondanza naturale e isotopi. Picchi M+1 e M+2. Determinazione del peso molecolare con strumenti a bassa ed alta risoluzione. Uso delle tavole di Beynon. Tecnica dell’impatto elettronico: principali regole di frammentazione. Riarrangiamento di Mc Lafferty. Principali tecniche di ionizzazione soft per macrolecole (Ionizzazione chimica, FAB, MALDI). GC-MS, MS-MS. Principali frammentazioni dei gruppi funzionali. Esempi.
Risoluzione di esercizi basati sull'uso di tecniche combinate: identificazione di una struttura ignota. Metodi didattici
- Lezioni teoriche frontali (5 crediti, 40 ore) così suddivisi: 2.5 crediti (20 ore) di NMR, 1.2 crediti (9 ore) di IR, 1.3 crediti (11 ore) di Massa. Esercizi di fine corso sull’utilizzo delle varie tecniche spettroscopiche combinate (1 credito, 8 ore). La presenza durante le ultime 8 ore di esercizi risulta indispensabile per il superamento dell’esame finale.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Il test finale di apprendimento consiste in un esame orale basato sull’interpretazione di una struttura incognita con l’ausilio di tecniche spettroscopiche combinate. A questo scopo, vengono consegnati allo studente gli spettri IR, 1H- e 13C-NMR e Massa, il quale dovrà:
1°, determinare il peso molecolare della molecola incognita mediante interpretazione dello spettro di Massa.
2°, saper scrivere la formula minima contando gli atomi d’idrogeno e di carbonio all’NMR ed i gruppi funzionali all’IR. Questo step costituisce l’obiettivo di minima per poter accedere alla seconda parte dell’esame con le operazioni elencate di seguito.
3°, calcolare il grado d’insaturazione.
4°, con l’aiuto degli spettri NMR e IR, elencare i radicali e i gruppi funzionali presenti nella molecola incognita.
5°, valutando la molteplicità dei segnali all’1H-NMR e lo spettro DEPT (o lo spettro NMR del 13C accoppiato con 1H), proporre una o più probabili formule di struttura.
6°, confermare la struttura esatta attraverso la valutazione dello spettro di massa. Testi di riferimento
- - Fotocopie degli appunti proiettati dal docente durante le lezioni, aggiornati all'anno in corso. Quest’ultime sono sufficienti per poter superare l’esame con il massimo dei voti.
Eventuali testi di supporto:
1. D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz, Jr - Introduction to spectroscopy Saunders College Eds. (2nd Ed.)
2. R. M. Silverstein, F. X. Webster - Identificazione spettroscopica di composti organici. Casa Ambrosiana Editrice. 2a Ed. italiana su settima americana.
3. L. D. Field, S. Sternhell, J. R. Kalman. - Organic structure from spectra. John Wiley and Sons Ed.
