Corso di laurea magistrale in Chimica

Chimica organica I e II, nozioni di base di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, spettrometria di massa e spettroscopia infrarossa.

Alla fine dell'insegnamento, lo studente/la studentessa dovrà essere in grado di risolvere la struttura incognita di una molecola organica di media complessità attraverso le diverse tecniche NMR, IR e di spettrometria di massa.

L'insegnamento si propone di illustrare le tecniche fondamentali della diagnostica molecolare (spettroscopie di risonanza magnetica nucleare mono e bidimensionali, spettroscopia infrarossa, spettrometria di massa) allo scopo di determinare la struttura di molecole organiche anche complesse.

- Conoscenza e capacità di comprensione

Le/Gli studentesse/studenti dovranno:

• possedere una approfondita conoscenza delle tecniche di analisi trattate e della loro interpretazione;
• possedere una solida conoscenza delle tipologie di esperimenti NMR più comuni che vengono utilizzati per l'analisi di molecole organiche;
• possedere un’adeguata conoscenza delle varie tecniche utilizzate in spettrometria di massa e  delle differenti informazioni strutturali che si possono ricavare;
• possedere una adeguata conoscenza dei metodi per il processamento degli spettri NMR

Modalità di conseguimento

La crescita delle conoscenze e le capacità di comprensione si conseguono mediante: lezioni frontali, esercitazioni in aula, analisi e commento del materiale proposto, studio di testi consigliati.

Strumenti didattici di verifica

Esame scritto seguito da prova orale.

- Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Le/Gli studentesse/studenti dovranno possedere:

• una adeguata capacità di applicare la conoscenza tecnico-scientifica di base acquisita per affrontare con spirito critico l'analisi strutturale di molecole organiche;
• una adeguata capacità di selezionare gli esperimenti NMR da effettuare su un campione di una molecola organica per ottenere specifiche informazioni strutturali;
• una adeguata capacità nel selezionare la migliore tecnica di spettrometria di massa a supporto delle tecniche NMR per l'analisi di una molecola organica anche complessa;
• una adeguata capacità di interpretare e commentare gli esiti degli esperimenti spettroscopici e spettrometrici;
• una adeguata capacità di elucidare la struttura di una molecola organica incognita utilizzando tutte le tecniche spettroscopiche affrontate a lezione e durante le esercitazioni.

Strumenti didattici di verifica

Esame scritto consistente nella risoluzione di una molecola organica incognita a partire dagli spettri NMR, di massa ed IR ed esame orale.

- Autonomia di giudizio

Le/Gli studentesse/studenti dovranno essere in grado di:

• mettere in relazione dati e risultati acquisiti con i principi/concetti visti a lezione e le spiegazioni effettuate in aula e durante le esercitazioni;
• riconoscere, dove possibile, errori procedurali e/o di misura e di apportare le correzioni dovute.

L'autonomia di giudizio sarà sviluppata chiedendo alle/agli allieve/i:

l'interpretazione critica dei risultati ottenuti dagli spettri in confronto con i risultati attesi. Le/I docenti presenteranno, quando possibile, diverse tesi interpretative di un tema, sollecitando le studentesse e gli studenti alla loro discussione.

Strumenti didattici di verifica

Esercitazioni in aula, esame orale.

- Abilità comunicative

Le/Gli studentesse/studenti devono possedere:

• capacità di lavorare in gruppo durante le esercitazioni;
• capacità di relazionare con chiarezza i procedimenti e i passaggi logici che portano alla risoluzione di una struttura incognita, elaborando in modo critico le informazioni contenute negli spettri NMR, di massa e IR

Modalità di conseguimento

Le abilità comunicative sono coltivate formando gruppi di lavoro durante le esercitazioni (2-3 persone), sollecitando le/gli allieve/i a confrontarsi tra di loro e con i docenti titolari.

Strumenti didattici di verifica

Nelle valutazioni dell’esame scritto finale la qualità e l'efficacia della comunicazione concorre autonomamente alla formazione del giudizio complessivo.

 

Spettroscopia NMR protonica. Richiamo di nozioni di base; notazione di Pople, Sistemi AMX, ABX, ABC. Accoppiamento vicinale, geminale, correlazione di Karplus e accoppiamento long range. Applicazione della correlazione di Karplus a cicli. Accoppiamento del protone con altri eteronuclei (¹⁹F, ³¹P, ²⁹Si). Disaccoppiamento di spin selettivo, (doppia risonanza). Effetto Nuclear Overhauser e tecnica NOEDIF. Utilizzo dei reagenti di shift per l'assegnazione della stereochimica di un centro chirale. Risoluzione di spettri del primo ordine. 

Spettroscopia NMR del ¹³C. Richiamo di nozioni di base e teoria; spettri disaccoppiati a banda larga, accoppiamenti ¹³C-¹H, ¹³C-¹⁹F, ¹³C-³¹P, integrazione spettri ¹³C, tecnica del disaccoppiamento controllato e controllato inverso, scala e intervallo degli spostamenti chimici delle principali classi di gruppi funzionali. Effetto NOE, tecniche di diasaccoppiamento (selettivo, off resonance,sequenza echo-spin J modulata, DEPT-135 e DEPT-90), interpretazione degli spettri ¹³C di molecole organiche.

Spettroscopia NMR di correlazione; NMR bidimensionale. Nozioni di base e teoria; correlazioni omonucleari: COSY, COSY-LR, NOESY e ROESY; correlazioni eteronucleari: dirette e long range con tecniche dirette e inverse. Cenni su altre tecniche di correlazione (DOSY).

Spettroscopia NMR di altri nuclei. ²H, ¹⁹F, ³¹P e ¹⁵N.

Spettrometria di massa. Spettrometria ad impatto elettronico: frammentazione di composti organici. Massa esatta. Principali frammentazioni di composti organici: scissione in α, scissione benzilica e allilica, scissione di legami "non attivati", reazione di retro Diels-Alder (RDA), trasposizione di Mc Lafferty, reazione -onio, eliminazione di CO. Reazioni di frammentazione assistita da gruppi vicinali: alcani bifunzionalizzati, effetto orto. Altri metodi di ionizzazione: ionizzazione chimica. 

Esercitazioni: interpretazione e processamento di spettri di molecole organiche di struttura incognita. 

 

L'insegnamento si svolge attraverso lezioni teoriche ed esercitazioni in presenza (32 ore) con l'ausilio di materiale PowerPoint messo a disposizione anticipatamente sulla piattaforma Moodle.

 

Si ricorda che tutto il materiale prodotto è protetto da diritto d'autore; può essere utilizzato per finalità di studio e di ricerca a uso individuale e non può essere utilizzato per finalità commerciali, per finalità di lucro anche indiretto (per es. non può essere condiviso su piattaforme online a pagamento o comunque su servizi erogati a scopo di lucro o su siti che guadagnano con introiti pubblicitari). È inoltre vietata la condivisione su qualsiasi social media di materiale coperto da diritto d'autore, salvo l'adozione di licenze Creative Commons. Si richiama l'attenzione della componente studentesca ad un uso consapevole e corretto dei materiali resi disponibili dalla comunità universitaria, nel rispetto delle disposizioni del codice etico di Ateneo.

 

L'esame verrà svolto in presenza.

La prova consisterà nella risoluzione di una struttura incognita di una molecola organica di media difficoltà attraverso l'analisi di spettri NMR (tipicamente 1H, 13C, DEPT-135 e COSY), spettro di massa e IR. Lo/la studente/studentessa dovrà redigere una relazione scritta per la quale avrà a disposizione 4 ore. La prova scritta verrà svolta in modalità open book. La prova scritta sarà seguita da un breve colloquio atto ad accertare le conoscenze delle tecniche spettroscopiche viste a lezione e facenti parte del programma.

In caso di esito positivo, la votazione dell'esame, in trentesimi, verrà registrata subito dopo lo svolgimento della prova orale.

Il materiale didattico presentato a lezione sarà messo a disposizione dello studente sulla piattaforma Moodle