CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE DI MOLECOLE ORGANICHE

Anno accademico 2018/2019 - 1° anno
Docente: Nunzio CARDULLO
Crediti: 6
SSD: CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 103 di studio individuale, 35 di lezione frontale, 12 di esercitazione
Semestre:

Obiettivi formativi

Lo studente acquisirà le conoscenze di base e la metodologia necessarie per l'interpretazione di spettri di massa (MS), infrarosso (IR), ultravioletto-visibile (UV-Vis) e di risonanza magnetica nucleare (NMR) mono e bidimensionali. A conclusione del corso lo studente dovrà essere in grado di effettuare una completa determinazione strutturale di molecole organiche, avvalendosi di tutte le techiniche spettroscopiche studiate.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

L'insegnamento sarà svolto mediante lezioni frontali principalmente, ed esercitazioni alla lavagna.


Prerequisiti richiesti

Conoscenze di Chimica Organica, Chimica Fisica e Chimica Analitica Strumentale. Buone conoscenze delle principali classi di molecole organiche,della loro struttura e reattività.


Frequenza lezioni

Obbligatoria per almeno il 75% delle lezioni.


Contenuti del corso

Il corso intende fornire allo studente le conoscenze di base sull'uso integrato delle principali tecniche strumentali utilizzate in Chimica Organica, con una impostazione di impronta applicativa, rivolta fondamentalmente alla interpretazione degli spettri per la caratterizzazione strutturale di molecole organiche. Una parte del corso sarà basata sull’analisi di spettri di massa, IR, UV-VIS, 1D e 2D NMR e su esercitazioni pratiche.

PROGRAMMA DEL CORSO

Introduzione: Importanza dei metodi spettrometrici in chimica organica. Regioni dello spettro elettromagnetico e corrispondenti tecniche spettroscopiche.

Spettrometria di massa (MS): Introduzione e concetti fondamentali. Analisi ed interpretazione degli spettri di massa: picco molecolare,
picco base, picchi isotopici e formula molecolare. Regola dell'azoto e numero di insaturazioni formali. Cenni sulle frammentazioni delle principali classi di composti organici.
Esercitazioni.

Spettroscopia infrarossa (IR): Introduzione e concetti fondamentali. Analisi ed interpretazione di uno spettro IR. Assorbimenti caratteristici dei principali gruppi funzionali di molecole organiche. Esercitazioni.

Spettroscopia ultravioletta e visibile (UV-VIS): Introduzione e concetti fondamentali. Analisi ed interpretazione di uno spettro UV-VIS: bande caratteristiche e intensità dell'assorbimento. Principali cromofori. Esercitazioni.

Introduzione alla Spettrometria di risonanza magnetica nucleare (NMR): Proprietà magnetiche dei nuclei. Livelli energetici e popolazione di nuclei immersi in un campo magnetico. Processi di rilassamento. Spettroscopia NMR ad impulsi e a trasformata di Fourier (PFT- NMR). Spettrometri NMR.

Spettri 1H NMR: Spostamento chimico (chemical shift). Costante di schermo e sue componenti. Effetti induttivo, di anisotropia diamagnetica, di campo elettrico; effetti delle relazioni intermolecolari sul chemical shift. Protoni su atomi di ossigeno e azoto. Intensità dei segnali. L'accoppiamento 'spin-spin'. Accoppiamenti scalari e dipolari. Sistemi di ordine zero e del 1° ordine. Equivalenza chimica ed equivalenza magnetica. Sistemi del 2° ordine. Esercitazioni.

Gli spettri 13C NMR: Caratteristiche del nucleo 13C. Classi di composti e spostamento chimico. Parametri da valutare nella esecuzione di un esperimento 13C NMR. Disaccoppiamento di spin (doppia risonanza). Disaccoppiamento eteronucleare a banda larga. Effetto nucleare Overhauser (NOE). NOE eteronucleare. Disaccoppiamento controllato (Gated decoupling).
Esercitazioni.

Spettri 1H NMR e struttura molecolare: Equivalenza, simmetria e chiralità. Coppie di protoni omotopici, enantiotopici e diasterotopici. Effetti di un centro chirale. Accoppiamento virtuale. Costanti di accoppiamento: struttura e stereochimica. Accoppiamenti omonucleari: geminali, vicinali e a lunga distanza. Doppia risonanza omonucleare 1H-1H. Spettrometria per differenza ad effetto Overhauser (NOE). Effetto solvente e reagenti di shift. Esrcitazioni.

NMR nei processi dinamici Equilibrio conformazionale ed equilibrio chimico. Scambio veloce e scambio lento. Spettri NMR a temperatura variabile. Equazione di Eyring. Spettri NMR di composti contenenti idrogeni ‘mobili’.

Esperimenti avanzati e 2D NMR: Esperimenti monodimensionali avanzati: tempo di evoluzione e tempo di mescolamento. Evoluzione della magnetizzazione in sistemi AX, AX2 e AX3. J-modulation. Spettro DEPT. Spettro 1D-TOCSY. Esperimenti NMR bidimensionali (2D NMR). Spettri di correlazione omonucleare. Analisi degli spettri 1H-1H COSY e 1H-1H-TOCSY. Esperimenti 1H-1H NOESY e ROESYe analisi degli spettri. Spettri di correlazione eteronucleare. Analisi degli spettri 1H-13C COSY (HETCOR) e di correlazione eteronucleare a lunga distanza 1H-13C (HMBC). Esercitazioni.

Spettri NMR di eteronuclei: Spettri 15N NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1H-15N. Spettri 19F NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1H-19F. Spettri 31P NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1H-31P. Accoppiamenti multinucleari.

Esercitazioni di fine corso: Esame guidato di spettri, uso integrato delle tecniche spettroscopiche studiate e svolgimento di problemi di determinazione della struttura di molecole organiche.


Testi di riferimento

1) R.M. Silverstein, F.X. Webster e D.J. Kiemle, IDENTIFICAZIONE SPETTROSCOPICA DI COMPOSTI ORGANICI, Casa Editrice Ambrosiana (Milano)

2) L.D. Field, S. Sternhell, J.R. Kalman, ORGANIC STRUCTURES FROM SPECTRA, IV Edizione, John Wiley and Sons (Chichester New York Brisbane Toronto Singapore)

3) M. Hesse, H. Meier, B. Zeeh, METODI SPETTROSCOPICI IN CHIMICA ORGANICA, EdiSES (Napoli)

4) Materiale didattico reso disponibile su www.studium.unict.it



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1INTRODUZIONEMateriale didattico (diapositive) progressivamente disponibile su Studium 
2SPETTROMETRIA DI MASSA 1), 3) e 4) 
3SPETTROSCOPIA INFRAROSSA1), 2), 3) e 4) 
4SPETTROSCOPIA UV-VIS2), 3) e 4)  
5SPETTROMETRIA DI RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (NMR)1), 2), 3) e 4) 
6ESERCITAZIONI: INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI MS, IR, UV, 1D e 2D NMR1), 2), 3) e 4) 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'apprendimento durante il periodo didattico verrà verificato mediante esercitazioni alla lavagna, come previsto per ogni argomento indicato nel programma.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Non ci sono domande più frequenti di altre.