Metodi fisici in chimica organica

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.