Metodi fisici in chimica organica

A.A. 2019/2020
Insegnamento per
7
Crediti massimi
64
Ore totali
SSD
CHIM/06
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso si propone l'approfondimento delle più significative metodologie strumentali che permettono di ottenere informazioni sulle caratteristiche strutturali delle molecole organiche. L'elaborazione dei dati così ottenuti consente quindi di intervenire nella sintesi, nello sviluppo, nella produzione e nell'analisi delle sostanze organiche considerate.
Conoscenza delle più importanti tecniche spettroscopiche per la determinazione e caratterizzazione di molecole organiche semplici e complesse. Identificazione e scelta delle tecniche più appropriate per la soluzione di problemi strutturali complessi.

Struttura insegnamento e programma

Linea AK
Edizione attiva
Responsabile
CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA - CFU: 7
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 48 ore
Programma
PARTE GENERALE: spettro elettromagnetico e radiazione elettromagnetica, caratterizzazione della radiazione elettromagnetica, radiazione elettromagnetica e interazioni con la materia, le tecniche spettroscopiche.
SPETTROSCOPIA INFRAROSSO: principi fondamentali, frequenza dell'assorbimento infrarosso e struttura chimica. Parte sistematica: idrocarburi (alcani, alcheni, alchini, aromatici), alcoli, eteri, alogenuri, composti carbonilici, ammine. Esempi combinati. Strumentazione e registrazione degli spettri, Spettrofotometro IR e Spettrofotometro IR a trasformata di Fourier (FT-IR). Evoluzione e applicazioni della spettroscopia IR.
RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE, NMR (Nuclear Magnetic Resonance): principi generali, proprietà dei nuclei, campo magnetico e radiazione elettromagnetica (radiofrequenza).
Risonanza magnetica nucleare del protone: osservazione del segnale 1H-NMR in un sistema di riferimento stazionario e rotante, spettro di risonanza di un protone isolato e di protoni reali in campi magnetici a intensità diverse, ampiezza spettrale, intervalli di spostamento chimico e riferimento interno, spostamento chimico in hertz e (ppm).
Esempi di sistemi non accoppiati e valutazione dell'influenza della struttura sullo spostamento chimico.
Sistemi accoppiati: lo spettro dell'acetato di etile, molteplicità dei segnali, principi generali.
Accoppiamento con protoni equivalenti, non equivalenti e sistemi misti, descrizione delle molteplicità di segnale attraverso i diagrammi a cascata.
Esempi di sistemi accoppiati semplici: valutazione dell'influenza della struttura sullo spostamento chimico e sulla molteplicità dei segnali.
Costanti di accoppiamento e struttura: accoppiamento geminale, vicinale e long-range.
Esercitazione su una collezione di spettri protone di composti semplici non aromatici.
Spostamento chimico e struttura, equivalenza di spostamento chimico: casuale, protoni isocroni, protoni omotopici, enantiotopici, diasterotopici. Equivalenza magnetica.
Esempi: equilibri cheto-enolici, rotazione limitata, composti aliciclici
Esercitazione su una collezione di spettri protone di composti semplici aromatici, simulazione di sistemi di spin (diagrammi a cascata), lettura di sistemi di spin (determinazione di costanti di accoppiamento e spostamento chimico).
Protoni su eteroatomi: Ossigeno, Azoto e Zolfo.
Esperimenti di doppia risonanza con esempi.
Esperimenti di nOe differenziale con esempi.
Risonanza magnetica nucleare del carbonio-13: principi generali, sensibilità relativa e assoluta di un esperimento NMR, spostamenti chimici, accoppiamento protone-protone e protone-carbonio, esempi di composti semplici aromatici e non aromatici, Spettri 13C-NMR registrati con tecniche APT e DEPT.
Strumentazione: sottrazione della frequenza di riferimento, convertitore analogico-digitale ADC (analog-to-digital converter), caratteristiche dell'ADC (Acquisition time (At), Velocità di campionatura, Risoluzione digitale (Rd)), impulso di radiofrequenza (PW, pulse width), durata dell'impulso e ampiezza spettrale.
Sequenze di acquisizione: 1H-NMR, 1H-NMR con disaccoppiamento selettivo, 1H-NMR nOe-diff, 13C-NMR con accoppiamento 1H/13C, 13C-NMR disaccoppiato 1H/13C, 13C-NMR APT, 13C-NMR DEPT.
Risonanza magnetica nucleare di altri nuclei: principi generali, risonanza magnetica nucleare dell'15N. Lettura di spettri accoppiati e disaccoppiati dal protone. Risonanza magnetica nucleare del 19F e 31P. Lettura di spettri accoppiati e disaccoppiati dal protone, lettura di spettri protone e carbonio di composti contenenti fluoro e fosforo.
Spettroscopia di risonanza magnetica bidimensionale (2D). COrrelation SpectroscopY COSY, HSQC; HMBC, NOESY e TOCSY.
Esempi combinati su tecniche 2D.
SPETTROMETRIA DI MASSA: Principi generali e strumentazione. Sorgenti (EI, CI, FAB, MALDI, ESI APCI), analizzatori (magnetico, quadrupolare, trappola ionica), rivelatori. Analisi di uno spettro di massa: ione molecolare, ioni frammento, classificazione generale delle reazioni di frammentazione. Parte sistematica: reazioni di frammentazione delle principali classi di composti organici con esercitazioni.
Esercitazioni finali su determinazione strutturale di composti organici con tecniche combinate.
Prerequisiti e modalità di esame
Modalità di esame: scritto in due parti una teorica ed una pratica. Parte teorica con domande sugli argomenti trattati nelle lezioni frontali. Parte pratica: assegnazione di una struttura incognita sulla base degli spettri IR, MS e NMR e/o conferma di una struttura nota in base agli spettri dati, esercizi di frammentazione di massa e lettura di spettri NMR bidimensionali.

Exam Mode: written in two parts a theoretical and a practical one. Theoretical part with questions on topics discussed in frontal lessons. Practical part: assigning an unknown structure based on IR, MS and NMR spectra and / or confirming a known structure based on data spectra, mass fragmentation exercises, and reading of bidimensional NMR spectra.
Metodi didattici
lezioni frontale ed esercitazioni in aula guidate e non.
Materiale didattico e bibliografia
Identificazione spettrometrica di composti organici Terza edizione
R.M. Silverstein, F.X. Webster
Casa Editrice Ambrosiana
Structure determination of organic compounds, practical exercises
E. Rossi, D. Nava, G. Abbiati, G. Celentano, S. Pandini
Casa Editrice Edises
http://erossimfco.ariel.ctu.unimi.it/v3/home/Default.aspx
Periodo
Secondo semestre
Linea LZ
Edizione attiva
CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA - CFU: 7
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 48 ore
Periodo
Secondo semestre
Periodo
Secondo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento da richiedere via e-mail
Studio docente, presso la struttura di afferenza, II piano