CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE DI MOLECOLE ORGANICHE

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1 DIPARTIMENTO DI SCIENZE CHIMICHE Corso di laurea magistrale in Chimica organica e bioorganica Anno accademico 2017/ anno CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE DI MOLECOLE ORGANICHE CHIM/06-6 CFU - 2 semestre Docente titolare dell'insegnamento CORRADO TRINGALI ctringali@unict.it Edificio / Indirizzo: Viale A. Doria Catania - Edificio 2 Telefono: Orario ricevimento: Da lunedì a venerdì, sempre disponibile tramite appuntamento via OBIETTIVI FORMATIVI Lo studente deve acquisire le conoscenze di base e la metodologia necessarie per la interpretazione di spettri di massa (MS), infrarosso (IR), ultravioletto-visibile (UV-Vis) e risonanza magnetica nucleare (NMR). A conclusione del corso lo studente dovrà essere in grado di effettuare una completa caratterizzazione strutturale e stereochimica di molecole organiche, anche utilizzando metodi avanzati di risonanza magnetica nucleare. PREREQUISITI RICHIESTI Conoscenze di base di matematica e fisica. Buone conoscenze sulla struttura e reattività dei composti organici. FREQUENZA LEZIONI Obbligatoria almeno per 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 esame guidato di spettri e su esercitazioni pratiche. Programma del corso

2 Introduzione (Lez. 1) Importanza dei metodi spettrometrici in chimica organica. Regioni dello spettro elettromagnetico e corrispondenti tecniche spettroscopiche. Spettrometria di massa (MS) - (Lez 2-8) Introduzione e concetti fondamentali. Lo spettrometro MS. Analisi dello spettro EIMS: picco molecolare, picco base. Picchi isotopici e formula molecolare. Regola dell'azoto e numero di insaturazioni formali. Cenni sulle frammentazioni di composti organici e rilevanza ai fini della caratterizzazione strutturale. Esercitazioni. Spettroscopia infrarossa (IR) - (Lez 9-14) Introduzione e concetti fondamentali. Spettrofotometri IR Regioni dello spettro IR e assorbimenti caratteristici delle principali classi di composti organici. Esercitazioni. Spettroscopia ultravioletta e visibile (UV-VIS) - (lez ) Introduzione e concetti fondamentali. Spettrofotometri UV-VIS. Bande caratteristiche e intensità dell'assorbimento. Principali cromofori. Esercitazioni. Spettrometria di risonanza magnetica nucleare (NMR): concetti fondamentali - (Lez ) Proprietà magnetiche dei nuclei. Livelli energetici e popolazione di nuclei immersi in un campo magnetico. L esperimento NMR. Processi di rilassamento Spettroscopia NMR ad impulsi e trasformata di Fourier (PFT- NMR). Spettrometri NMR. Criomagneti e norme di sicurezza. Esercitazioni. Gli spettri 1 H NMR - (Lez 24-29) Spostamento chimico (chemical shift). Costante di schermo e sue componenti. Effetti induttivi, di anisotropia diamagnetica, di campo elettrico; effetti delle relazioni intermolecolari sul chemical shift. 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 13 C NMR - (Lez 30-35) Caratteristiche del nucleo 13 C. Parametri da valutare nella esecuzione di un esperimento 13 C NMR. Disaccoppiamento di spin (doppia risonanza). Disaccoppiamento eteronucleare a banda larga. Effetto nucleare Overhauser (NOE). NOE eteronucleare. Disaccoppiamento controllato (Gated decoupling). Esercitazioni.

3 Spettri NMR e struttura molecolare - (Lez ) 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 distanza. Accoppiamenti eteronucleari 1 H- 13 C, 1 H- 2 H, 1 H- 19 F, 1 H- 31 P. Doppia risonanza omonucleare 1 H- 1 H. Doppia risonanza eteronucleare. NOE omonucleare 1 H- 1 H. Effetto solvente e reagenti di shift. Solventi chirali e reagenti di shift chirali. Esrcitazioni. NMR nei processi dinamici - (Lez ) Equilibrio conformazionale ed equilibrio chimico. DNMR. Scambio veloce e scambio lento. Spettri NMR a temperatura variabile. Equazione di Eyring. Spettri NMR di composti contenenti idrogeni mobili. Protoni su atomi N e rilassamento quadrupolare. Esperimenti avanzati e 2D NMR - (Lez ) Esperimenti monodimensionali avanzati: tempo di evoluzione e tempo di mescolamento. Evoluzione della magnetizzazione in sistemi AX, AX 2 e AX 3. J-modulation. Spettro DEPT. Spettro 1D-TOCSY. Esperimento NMR bidimensionali (2D NMR) NMR. Spettri di correlazione omonucleare. Analisi degli spettri 1 H- 1 H COSY e 1 H- 1 H-TOCSY. Esperimenti 1 H- 1 H NOESY e ROESYe analisi degli spettri. Spettri di correlazione eteronucleare. Analisi degli spettri 1 H- 13 C COSY (HETCOR). Proton-detected HETCOR (HSQC/HMQC). Longrange 1 H- 13 C COSY (L.r. HETCOR). Proton-detected long range HETCOR (HMBC). Esercitazioni. Spettri NMR di eteronuclei - (Lez. 47) Spettri 15 N NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1 H- 15 N. Spettri 19 F NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1 H- 19 F. Spettri 29 Si NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1 H- 29 Si. Spettri 31 P NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1 H- 31 P. Accoppiamenti multinucleari. Esercitazioni (incluse nelle lezioni precedenti) Esame guidato di spettri, uso integrato di metodi spettrometrici e svolgimento di problemi di determinazione della struttura di molecole organiche. Testi consigliati: R.M. Silverstein, F.X. Webster e D.J. Kiemle

4 IDENTIFICAZIONE SPETTROSCOPICA DI COMPOSTI ORGANICI 2 Edizione Casa Editrice Ambrosiana (Milano) M. Hesse, H. Meier e B. Zeeh METODI SPETTROSCOPICI NELLA CHIMICA ORGANICA H. Friebolin BASIC ONE- AND TWO-DIMENSIONAL NMR SPECTROSCOPY 3rd Revised edition Wiley-VCH (Weinheim) TESTI DI RIFERIMENTO 1. R.M. Silverstein, F.X. Webster e D.J. Kiemle, IDENTIFICAZIONE SPETTROSCOPICA DI COMPOSTI ORGANICI 2a Edizione, Casa Editrice Ambrosiana (Milano) 2. M. Hesse, H. Meier, B. Zeeh, METODI SPETTROSCOPICI IN CHIMICA ORGANICA, 2a Edizione, EdiSES (Napoli) 3. H. Friebolin, BASIC ONE- AND TWO-DIMENSIONAL NMR SPECTROSCOPY 3rd Revised edition, Wiley-VCH (Weinheim) 4. Diapositive del corso, disponibili su STUDIUM per gli studenti che seguono le lezioni. PROGRAMMAZIONE DEL CORSO * Argomenti Riferimenti testi 1 * Introduzione. 4 2 * Spettrometria di massa (MS) 1, 2 e 4 3 * Spettroscopia nell'infrarosso (IR) 1, 2 e 4 4 * Spettroscopia nell'ultravioletto-visibile (UV-Vis) 2 e 4 5 * Spettrometria di risonanza magnetica nucleare (NMR) 1, 2, 3 e 4 6 * Esercitazioni 1 e 4; problemi svolti con gli studenti

5 7 Argomenti minimi irrinunciabili: vedi le diapositive su STUDIUM. Si considera irrinunciabile la capacità da parte dello studente di affrontare (almeno in parte) la risoluzione di un problema di determinazione della struttura di una molecola organica * Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame. N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame. MATERIALE DIDATTICO Il materiale didattico verrà progressivamente reso disponibile sulla piattaforma STUDIUM VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO Prova orale (vedi anche: prove di fine corso) DATE DEGLI APPELLI Corsi CdL Gennaio Febbraio Marzo Apr. Mag. Giugno Luglio Settembre Ottobre Nov. Caratterizz. Strutturale di Composti Organici Magistrale Org. Bioorg. Ore 9, , Le date indicate potrebbero subire lievi modifiche. Verificare la data esatta al momento della prenotazione on-line. PROVE IN ITINERE Al momento della compilazione di questo Syllabus, non sono previste prove in itinere PROVE DI FINE CORSO - Prova scritta: risoluzione anche parziale di un problema di determinazione strutturale (tempo disponibile 2h). (Questo compito non costituisce una prova di ammissione all'orale, che lo studente può comunque decidere di sostenere.) ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI Non ci sono domande più frequenti di altre (se non per evento casuale) in quanto tutti i contenuti trattati a lezione sono considerati egualmente importanti per una adeguata preparazione e sono oggetto, a rotazione, di interrogazione all esame. Si considera

6 irrinunciabile la capacità da parte dello studente di affrontare (almeno in parte) la risoluzione di un problema di determinazione della struttura di una molecola organica sulla base degli spettri MS, IR, UV, NMR. Si veda anche: argomenti minimi irrinunciabili.