PRESENTAZIONE

Questo insegnamento fornisce nozioni avanzate in tema di tecniche spettroscopiche (NMR, ES, IR e MS) nell'ambito della chimica organica, sia dal punto di vista teorico che applicativo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Ampliare ed approfondire le conoscenze sui principi di base, la strumentazione e le applicazioni dei principali metodi spettroscopici nel campo della Chimica Organica, nonchè le capacità di registrazione, elaborazione ed interpretazione dei relativi spettri, anche per l'identificazione di sostanze incognite.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Questo insegnamento riprende e approfondisce la trattazione di tecniche spettroscopiche (soprattutto NMR, IR e MS) già discusse nell'insegnamento di Chimica Organica 2 della Laurea Triennale.

Rispetto a detto insegnamento fornisce un più approfondito inquadramento teorico e sviluppa ulteriormente il ventaglio delle applicazioni pratiche volte alla determinazione della struttura molecolare dei composti organici compresi gli aspetti configurazionali e conformazionali.

Particolare rilievo è attribuito all’analisi dei dati e alla strategia per la loro interpretazione, anche attraverso la discussione di numerosi problemi. 

PREREQUISITI

È essenziale che lo studente si accerti di avere assimilato quanto insegnato nell'insegnamento  di Chimica Organica 2, poiché solo conoscendo adeguatamente gli aspetti fondamentali della materia ha senso dedicarsi allo studio degli argomenti più avanzati presenti in questo insegnamento.
Sono inoltre richieste le conoscenze di base di Chimica Organica fornite dagli insegnamenti fondamentali della Laurea Triennale.

MODALITA' DIDATTICHE

6 CFU di lezioni frontali (vengono proiettate slide descrittive che sono raccolte in dispensine fornite agli studenti prima delle lezioni mediante AulaWeb). La frequenza è facoltativa.

2 CFU di esercitazioni in aula e in laboratorio strumentale (vengono proiettate slide con metodi di approccio ai problemi da risolvere e numerosi problemi, alcuni affrontati in aula, altri a disposizione per lo svolgimento autonomo; viene poi fornita la disponibilità di diverse ore aggiuntive per la discussione delle soluzioni dei problemi svolti autonomamente dagli studenti). La frequenza è obbligatoria.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Modulo A:

1. Visione d’insieme dei metodi spettroscopici: (i) la distribuzione di equilibrio delle molecole tra i livelli consentiti dell’energia, (ii) le transizioni non radiative, (iii) le radiazioni elettromagnetiche come perturbazione dell’equilibrio; (iv) vari tipi di spettroscopia molecolare, sensibilità relative e tempi di interazione.
2. Principi generali di spettroscopia NMR: (i) la necessità di un forte campo magnetico statico B0 e di un campo magnetico oscillante con la frequenza delle onde radio, (ii) la bassa sensibilità connaturata con questo tipo di spettroscopia, (iii) il momento di dipolo magnetico di un protone, di un elettrone, di un neutrone e di un nucleo generico, (iv) dipendenza della frequenza di risonanza da B0, dal rapporto magnetogirico e dal fattore di schermo: separazione degli intervalli di assorbimento dei vari isotopi e necessità della scala δ per i chemical shift; (v) il vettore magnetizzazione, l’induzione magnetica e il rilassamento longitudinale e trasversale; (iv) requisiti di intensità, stabilità e omogeneità per B0: uso di criomagneti, segnale di lock, correnti di shim, rotazione del campione; (v) spettrometri CW e FT: parametri da impostare in uno spettrometro FT-NMR.
3. Spettroscopia 1H NMR: (i) segnale residuo del solvente e segnale dell’umidità, (ii) equivalenza chimica dei protoni per simmetria o per rapido scambio di posizioni: protoni omotopici, enantiotopici e diastereotopici, (iii) integrazione dei segnali, (iv) dipendenza del chemical shift dalle circolazioni elettroniche vicine, dalla densità elettronica locale e dai legami a idrogeno, (v) splittamento di spin dei segnali, (vi) l’equazione di Karplus e sue applicazioni, (vii) spettri di ordine superiore per non-equivalenza magnetica dei protoni o per i bassi rapporti Δν/J, (viii) quando si può ridurre uno spettro di ordine superiore, con magneti più potenti o con reagenti di shift, (ix) accoppiamenti con 2H, 19F e 31P; (x) disaccoppiamento per rapido scambio naturale di stato di spin, per irraggiamento o per scambio chimico, (xi) l’effetto Overhauser nucleare.
4. Spettroscopia 13C NMR: (i) spettri in “noise decoupling”: segnale del solvente, equivalenza chimica dei carboni, minore intensità dei segnali dei carboni quaternari, mappa dei chemical shift e sua spiegazione, accoppiamenti con 2H, 19F and 31P; (ii) spettri accoppiati con i protoni: 1J(C,H), 2J(C,H), 3J(C,H); (iii) spettri off-resonance e DEPT.
5. Tecniche di NMR bidimensionale: (i) introduzione generale, (ii) mappe a picchi o a contorni, (iii) bidimensionali “J-resolved”, (iv) 1H-1H COSY, (v) NOESY, (vi) 1H-13C Hetcor tradizionale e HMQC, (vii) COLOC e HMBC, (viii) TOCSY
6. Altre applicazioni della spettroscopia NMR: (i) analisi configurazionale e conformazionale (bassa temperatura, reagenti di shift, solventi in fase nematica), (ii) applicazioni biomediche (spettri di liquidi biologici, Topic NMR, Imaging), (iii) origine dei componenti degli alimenti (sulla base dei rapporti isotopici), (iv) applicazioni ai beni culturali.

Modulo B:

1. Spettroscopia UV-Vis: Brevi richiami alla teoria. Relazioni tra struttura molecolare e spettri elettronici. Gruppi cromofori e gruppi auxocromi. Le regole di Woodward-Fieser. Applicazioni della spettroscopia UV-Vis alla determinazione strutturale; suoi impieghi in determinazioni quantitative.
2. Spettroscopia di fluorescenza: meccanismo della fotoluminescenza, stati di singoletto e di tripletto, spettri di fluorescenza, strumentazione. Analisi mediante fotoluminescenza: metodi diretti, metodi di derivatizzazione, metodi di spegnimento, applicazioni biologiche (cenni).
3. Spettroscopia IR: richiami ai concetti teorici fondamentali. Interpretazione degli spettri IR delle principali classi di composti organici. Descrizione degli impieghi principali dell'I.R. (incluso il NIR).
4. Spettrometria MS: Brevi cenni di ripasso su: metodi di ionizzazione, analizzatori di massa, rivelatori; lo ione molecolare, composizione isotopica, spettri di massa esatta, la regola dell’azoto. Verrà dato maggior risalto ai percorsi di frammentazione associati alle principali classi ai fini dell'identificazione dei composti organici.

Esercitazioni in aula:

             Svolgimento interattivo con discussione collegiale di numerosi esercizi di identificazione di sostanze incognite mediante l'analisi di opportuni spettri

Esercitazioni di laboratorio:

1. registrazione di spettri NMR di alcune molecole con conseguente discussione;
2. applicazione delle più comuni tecniche di elaborazione postacquisizione della spettroscopia NMR

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Materiale fornito dal Docente su AulaWeb

Per approfondimenti:

• C. CHIAPPE, F. D'ANDREA, Tecniche spettroscopiche e identificazione di composti organici (ETS, 2009)
• C. CHIAPPE, F. D'ANDREA, G. ABBANDONATO, Tecniche spettroscopiche e identificazione di composti organici: Problemi svolti e da svolgere (ETS, 2010)
• R. M. SILVERSTEIN, Identificazione spettrometrica di composti organici (CEA, 2006)

Testi in lingua inglese:

• L. D. FIELD, S. STERNHELL, J. R. KALMAN, Organic Structures From Spectra (Wiley, 2013)
• P. CREWS, J. RODRIGUEZ, M. JASPARS, Organic Structure Analysis (Oxford University Press, 2010)
• J. B. LAMBERT, S. GRONERT, H. S. SHURVELL, D. A. LIGHTNER, R. G. COOKS, Organic Structural Spectroscopy (Prentice-Hall, 2010)
• D. H. WILLIAMS, I. FLEMING, Spectroscopic Methods in Organic Chemistry (McGraw-Hill, 2007)
• E. PRETSCH, P. BUHLMANN, M. BADERTSCHER, Structure Determination of Organic Compounds: Tables of Spectral Data (Springer, 2008)
• S. A. RICHARDS, J. C. HOLLERTON, Essential Practical NMR for Organic Chemistry (Wiley, 2011)
• J. KEELER, Understanding NMR Spectroscopy (Wiley, 2005)
• J. B. LAMBERT, E. P. MAZZOLA, Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: An Introduction to Principles, Applications, and Experimental Methods (Prentice Hall College, 2003)
• R. S. MACOMBER, A Complete Introduction to Modern NMR Spectroscopy (Wiley, 1998)

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Secondo l'orario riportato qui 

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Prova scritta (3 esercizi di identificazione di sostanze incognite mediante l'analisi di opportuni spettri; 3 ore)

Prova orale (3 domande principali sugli argomenti dell'insegnamento, accompagnate da domande secondarie originate dalla trattazione dello studente; durata media 1 ora)

Per gli studenti con disabilità o con DSA si rimanda alla sezione Altre Informazioni.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'esame scritto (solo per gli studenti di Scienze Chimiche) consiste in esercizi di identificazione di composti organici mediante l'analisi dei loro dati spettroscopici.
La valutazione tiene conto della difficoltà degli esercizi proposti, della esattezza dell'identificazione, del grado di approfondimento e della correttezza delle considerazioni con cui gli studenti commentano l'attribuzione dei dati spettroscopici alle sostanze incognite.
L'elaborato dell'esame scritto può essere ulteriormente analizzato e discusso con lo studente nel corso dell'esame orale.
E' necessario superare la prova scritta con valutazione sufficiente per essere ammessi alla prova orale.  La durata dei risultati della prova scritta è di un anno: trascorso tale periodo dalla prova scritta sostenuta senza che lo studente abbia superato la prova orale, lo studente è tenuto a sostenere nuovamente la prova scritta per poter essere ammesso alla prova orale.

L'esame orale è condotto dal docente titolare dell'insegnamento e da un altro docente competente in materia, ed ha una durata di almeno 45 minuti (solitamente di circa un'ora). Con queste modalità, la commissione è in grado di verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento, con particolare attenzione alla valutazione della capacità dello studente di correlare in modo proficuo le varie nozioni apprese ed applicarle a casi di studio concreti. Quando gli obiettivi, a giudizio della commissione, non sono raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente titolare, per poi tornare a ripetere l'esame in data successiva.

ALTRE INFORMAZIONI

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: SCIENZE CHIMICHE 9018 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici