Obiettivi generali: Il corso fornisce allo studente i mezzi per utilizzare in modo integrato tecniche NMR avanzate mono e bidimensionali per determinare la struttura di molecole organiche. D1. Conoscenza e capacità di comprensione: gli studenti alla fine del corso dovranno conoscere e aver compreso i principi di base generali della spettroscopia NMR e delle principali tecniche mono e bidimensionali, nonchè della strumentazione avanzata. D2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Alla fine del corso gli studenti dovranno saper applicare le conoscenze acquisite per determinare la struttura di molecole organiche anche complesse a partire da set di spettri mono e bidimensionali. D3. Autonomia di giudizio: Gli studenti alla fine del corso devono essere in grado di scegliere, fra le tecniche apprese durante il corso, quelle che consentono di risolvere un problema specifico di determinazione di una struttura. D4. Abilità comunicative: Gli studenti dovranno essere in grado alla fine del corso di esporre con chiarezza e con linguaggio corretto i concetti acquisiti e di spiegare la strategia usata nel risolvere un problema di determinazione di una struttura. D5. Capacità di apprendimento: gli studenti dovranno dimostrare di aver appreso dall'ascolto delle lezioni, dai testi e dal materiale a loro disposizione, e dagli esercizi svolti in aula e nel lavoro autonomo.

Conoscenze di base di spettroscopia. Conoscenze di chimica organica di base.

Spettroscopia di risonanza magnetica Nucleare. Principi generali, strumentazione moderna, paramentri fondamentali, tecniche avanzate mono e bidimensionali. Esercizi avanzati di determinazione strutturale di molecole organiche.

Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy, by H. Friebolin, Wiley. Agli studenti vengono fornite le diapositive del corso ed esercizi tramite la piattaforma Moodle.

Tecniche di risonanza magnetica nucleare 1D e 2D. PROGRAMMA ESTESO: 1. PARTE GENERALE. Lo spin nucleare. Momento angolare e momento magnetico. Proprietà di alcuni nuclei attivi all’NMR: rapporto giromagnetico; frequenza assoluta; sensibilità; ricettività. Nuclei in un campo magnetico. Quantizzazione direzionale. Precessione di Larmor. Energia dei nuclei in un CM. Transizioni di spin. Equazione di Larmor. Condizione di risonanza. Distribuzione di popolazione. Rappresentazione vettoriale della magnetizzazione. Metodo in onda continua. Metodo pulsato: definizione di impulso. Effetto dell'impulso sulla magnetizzazione macroscopica. Descrizione nel sistema di coordinate rotanti. Impulsi a 90° e 180°. Nuclei in coerenza di fase. Calibrazione dell’impulso a 90°. Rilassamento. Rilassamento longitudinale. Equazione di Bloch per il rilassamento longitudinale. Misura di T1 con sequenza Inversion/recovery. Rilassamento trasversale. Equazione di Bloch per il rilassamento trasversale. T2 e lineshape. Misura di T2 con sequenza spin-echo. Relazione fra T1 e T2. La trasformata di Fourier. Il rapporto S/N. Il chemical shift. Definizione e rappresentazione vettoriale del chemical shift nel sistema rotante. La costante di schermo. 2. STRUMENTAZIONE Parti di uno spettrometro. Tipi di magnete. Il magnete superconduttore. Il probe. I circuiti di shim. Preparazione del campione. Preparazione dello spettrometro. Lock. Tuning. Matching. Shimming. Acquisizione e processamento dei dati. ACD. Campionamento del FID. Teorema di Nyquist. Risoluzione digitale. Zero filling. Linear prediction. Troncamenti. Funzioni finestra e apodizzazione. Il range dinamico dell’ADC e il gain del receiver. 3. CHEMICAL SHIFT dell’1H. La costante di schermo. Contributi alla costante di schermo. Effetti elettronici e sterici. Anisotropia diamagnetica locale. Tabelle di correlazione. 4. ACCOPPIAMENTO DI SPIN Accoppiamento omo ed eteronucleare. Teoria del contatto di Fermi. Accoppiamenti H-H. Equivalenza chimica e magnetica. Notazione di Pople. 5. ANALISI DI SISTEMI DI SPIN Sistemi a due spin (AX, AB); a tre spin (AMX; ABX; ABC); a quattro spin (AX3, AB3; A2X2; A2B2; AA’XX’; AA’BB’; AB2C); a cinque spin (A2X3; A2B3; ABX3). Analisi di multipletti del primo ordine. Costanti di accoppiamento H-H geminali, vicinali e long-range nei sistemi allilici. Equazione di Karplus per le costanti vicinali. 6. ESPERIMENTI IN DOPPIA RISONANZA L’effetto NOE. Disaccoppiamenti di spin omonucleare 1H - 1H. 7. SPETTROSCOPIA 13C NMR: . Il problema della sensibilità. Metodi di acquisizione di spettri 13C NMR: Disaccoppiamento di spin eteronucleare 13C- 1H , generalità. Broad band decoupling, inverse gated decoupling, gated broad decoupling, off resonance decoupling. ACCOPPIAMENTI 13C[H]: Accoppiamenti diretti e indiretti. Costanti di accoppiamento. CHEMICAL SHIFT DEL 13C: Effetti dell’ibridazione, effetti elettronici e sterici. 8. SEQUENZE COMPLESSE J modulated spin echo. APT (Attached Proton Test). SPT (Selective Polarization Transfer) INEPT (Insensitive Nuclei Enhaced by Polarization Transfer) DEPT (Distorsionless Enhacement by Polarization Transfer) INADEQUATE (Incredible Abundance Double Quantum Transfer Experiment) TOCSY 1D (Total Correlation Spectroscopy). Cenni sull’utilizzo dei gradienti. 9. NMR 2D Fondamenti e definizioni. Come si genera la seconda dimensione. Schema di base di un esperimento 2D: preparazione, evoluzione, mixing time, rilevazione. Principali tecniche 2D shift omocorrelate: COSY, COSY-beta, DQF-COSY, TOCSY, INADEQUATE. Principali tecniche 2D shift eterocorrelate: HETCOR, HMQC, HSQC, HMBC. Correlazioni attraverso lo spazio: NOESY-2D, ROESY. Diffusione e DOSY. Esperimenti di scambio. Spettri bidimensionali J-correlati. Cenni a esperimenti 3D e tecniche concatenate.

Lezioni frontali per un totale di 48 ore, di cui circa 8 dedicate alla illustrazione di esempi pratici di caratterizzazione di molecole

L'accertamento del grado di conoscenze raggiunto è effettuato mediante una verifica orale che comprende un esercizio di interpretazione di una serie di spettri NMR mono e bidimensionali, e alcune domande a risposta aperta di approfondimento della teoria. Gli studenti devono dimostrare la conoscenza teorica degli argomenti trattati e la capacità di applicare questa conoscenza in esempi pratici. Il voto dell'esame è in trentesimi