METODI DI CARATTERIZZAZIONE DI MOLECOLE ORGANICHE

L'insegnamento si inquadra perfettamente nel percorso di studi in Chimica e tecnologie Sostenibili in quanto fornisce allo studente/ssa le informazioni importanti all'interpretazione della struttura di molecole organiche e non solo attraverso la piena comprensione di tecniche analitiche quali la Risonanza Magnetica Nucleare, la ionizzazione per la determinazione dello spettro di Massa, l'infrarosso e la spettroscopia UV-VIS. La maggior parte di queste tecniche di indagine sono di uso comune in molti laboratori di analisi chimica, pertanto l'insegnamento risulta di estremo interesse per gli studenti e particolarmente utile alla loro formazione

I risultati di apprendimento attesi possono essere suddivisi nei seguenti aspetti specifici:
1. Conoscenza e comprensione
i) conoscere i diversi tipi di tecnica analitica (UV-VIS, IR, NMR; spettrometria di massa) applicate alla determinazione strutturale in chimica organica, in particolare conoscere la relazione tra spettro e struttura molecolare relativa alle diverse tecniche analitiche. E’ altresì imprtante che lo studente sappia mettere in relazione tali tecniche al fine di creare un metodo di indagine struturale basato su un approccio multianalitico.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
i) conoscere ed aver appreso le tecniche strumentali di indagine affrontate nel corso del laboratorio, ii) saper mettere in relazione le informazioni che si possono trarre dalle diverse tecniche analitiche, ad esempio riconoscimento di gruppi funzionali all’IR, indagine dei frammenti alla massa, assegnazione di isomeri all’NMR; ii) mettere in relazione le proprietà spettroscopiche delle molecole con la loro natura chimica, ad esempio acidità degli atomi di idrogeno e chemical schift all’NMR, presenza di assorbimenti all’IR e simmetria molecolare.

3. Capacità di giudizio
i) capacità di individuare sulla base di informazioni parziali quale esperimento e quale ulteriore tecnica permetta di risolvere appieno la struttura molecolare di un campione incognito, prevedere che tipo di segnale ci si possa attendere in base ad una serie di ipotesi strutturali.

4. Abilità communicative
Saper comunicare costruttivamente con il docente mantenendo sempre un elevato livello di attenzione e di comprensione chimica, utilizzando la terminologia e la nomenclatura corrette, in modo il più possibile sintetico ma esaustivo, con sufficiente sicurezza espositiva.

5. Capacità di apprendimento
Saper integrare il materiale didattico fornito dal docente con appunti personali chiari e concisi.

Al fine di una piena comprensione dell’insegnamento è opportuno che lo studente abbia acquisito quali prerequisiti gli obiettivi formativi in particolare dei corsi fondamentali di Chimica Organica in quanto è richiesto che lo studente abbia dimestichezza con la reattività dei gruppi funzionali e di Chimica Generale in quanto sono richieste conoscenze legate alla struttura e reattività inorganica di complessi

Il corso copre una serie di tecniche analitiche applicate alla determinazione strutturale che permettono il riconoscimento dei gruppi funzionali, la massa ed i frammenti della molecola, la simmetria e la determinazione completa sia configurazionale che in lacuni casi conformazionale. DI seguito sono elencati le parti del corso ed il dettaglio dei contenuti:

Spettroscopia Infrarossa
introduzione alla spettroscopia infrarossa, modello vibrazionale del legame associabile ad una molla, intensità dei segnali, unità espressa in numeri d’onda e spettri di trasmittanza, forma delle bande di assorbimento, relazione tra simmetria e risonanze IR, carrellata di risonanze di diversi grupppi funzionali, esercizi in classe.

Spettroscopia UV-VIS
Interazione della radiazione elettromoagnetica e molecole, relazione tra massimo di assorbimento e coniugazione molecolare, assorbimento e colore, esempi di cromofori ed esercizi in aula.

Spettrometria di Massa
Introduzione alla spettrometria di massa, cenni su diversi tipi di strumentazione e campo di applicazione, ionizzazione mediante impatto elettronico o ionizzazione chimica (elettrospray), applicazione di tecniche combinate di analisi GC-MS e HPLC-MS, isotopi e cluster isotopico; ione molecolare e picco base; frammentazioni tipiche dei diversi gruppi funzionali, perdita di un frammento neutro o di un radicale, reazioni di frammentazione caratteristiche delle principali classi di composti organici. Discussione di esempi di spettri di massa ed esercizi in aula.

Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare
Introduzione alla spettrometria NMR, effetto del campo magnetico sui nuclei, spin nucleare e rapporto giromagnetico, frequenza di risonanza, intorno chimico, presenza di stereocentri nella moelcola, protoni enantiotopici e diastereotopici, equivalenza chimica e magnetica, definizione di chemical shift, relazione tra sostituzione-elettronegatività e chemical shift, anisotropia del campo magnetico per sistemi contenenti doppi e tripli legami ed aromatici, integrazione dei segnali e rilassamento, accoppiamento scalare tra nuclei identici e tra nuclei diversi, molteplicità dei segnali, costanti di accoppiamento, sistemi di spin a più di due nuclei. Introduzione all’NMR dinamico, scambio chimico ed effetto nello spettro NMR, scambio lento e veloce sulla scala dei tempi NMR, Discussione di esempi di spettri 1H NMR ed esercizi in aula.

NMR di 13C, 31P, 19F, ed altri eteronuclei alcuni con disaccoppiamento protonico a banda larga, effetto Overhauser, esempi di molecole contenenti tali nuclei.

Introduzione agli spettri bidimensionali, COSY e TOCSY per identificazione dei sistemi di spin, HSQC, HMBC per la corretta assssegnazione tra H e C nella struttura molecolare. Accopiamento dipolare attraverso lo spazio e spettri NOESY per la determinazione della conformazione in soluzione, scelta tra spettri NOESY e ROESY in funzione del peso molecolare. Diffusione molecolare, relazione tra dimensione e diffusione e spettri DOSY, relazione tra peso molecolare e diffusione.
Esempi di caratterizzazione completa all’NMR discussi in aula. Saranno analizzati spettri NMR mono- e bidimensionali di una serie di composti a complessità crescente, includendo anche sostanze naturali policicliche, contenenti più centri stereogenici.

Applicazione alla determinazione di composti incogniti
Verranno illustrati esempi di determinazioni di strutture di composti incogniti a partire dalla formula bruta, gli spettri di massa, IR, UV-Vis, NMR di protone ed eteronuclei anche bidimensionali.

Metodi spettroscopici in chimica organica
Manfred Hasse, Herbert Meier, Bernd Zeeh, E. Rossi

Identificazione spettrometrica di composti organici
Robert M. Silverstein, Francis X. Webster, David J. Kiemle

High Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry
Timothy D. W. Claridge, Tetrahedron Organic Chemistry Volume 27, Elsevier
Slides delle presentazioni caricate dal docente sulla piattaforma moodle

La prova scritta della durata di 150 minuti sarà composta da 30 domande a risposta multipla relative all'identificazione della struttura di molecole attraverso l'analisi combinata degli spettri UV-Vis, IR, MS, 1H NMR e 13C NMR e eteronuclei, più un'ultima domanda a risposta aperta (5 punti). Il superamento della prova scritta e' vincolato all'acquisizione di un punteggio minimo di 18/30 e darà accesso alla prova orale. Durante quest’ultima prova allo studente verranno poste delle domande su tutti gli argomenti del corso sia di carattere descrittivo sia approfondendo alcuni esempi di spettri che verranno sottoposti allo studente per l’analisi. E’ fondamentale che lo studente risponda in modo corretto, con appropriata terminologia alle domande dimostrando di conoscere tutte le tematiche del corso, che ne abbia profondamente compreso i campi di applicazione, i limiti e le complementarietà con altre tecniche di determinazione strutturale (vedasi risultati di apprendimento attesi). Il voto finale sarà la media aritmetica tra voto della prova scritta e di quella orale.

Il corso è organizzato in lezioni frontali (da 2 ore accademiche ciascuna) in aula con l’ausilio di proiettore e di slides powerpoint che verranno fornite di volta in volta agli studenti sulla piattaforma moodle.
Al fine di stimolare l’attenzione degli studenti il docente periodicamente organizza prima del termine della lezione dei brevi (5-10 min) test che gli studenti seguiranno direttamente in forma anonima su dispositivi elettronici di loro possesso (smartphone, tablet, ecc.) sfruttando le potenzialità della piattaforma Socrative (https://www.socrative.com/ ). In questo modo il docente potrà visionare a fine lezione il risultati di apprendimento in corso di insegnamento per poter la lezione successiva riprendere alcuni concetti che possano essere risultati meno facilmente assorbiti dagli studenti.
Sulla piattaforma “moodle” di Ateneo sono presenti i file pdf relativi alle slides delle presentazioni proiettate durante le lezioni. Dalla piattaforma Socrative, gli studenti potranno comunque tenere traccia dei loro test (non rilevanti ai fini dell’esame finale in quanto anonimi) e verranno stimolati ad interagire con il docente al fine di assicurare una loro massima comprensione del corso.

Italiano

Il docente si rende disponibile ad incontrare gli studenti che lo richiedano per approfondimenti sugli argomenti del corso mediante semplice contatto mail : alesca@unive.it
Accessibilità, Disabilità e Inclusione
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it

scritto e orale