UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI FACOLTA’ DI FARMACIA Corso di Laurea in Controllo di qualità Corso di Metodi spettroscopici per l’analisi organica Prof. Simona De Marino Anno Accademico

Programma del corso di metodi spettroscopici per l’analisi organica  Metodi spettroscopici: principi generali.  Spettrofotometria UV-visibile. Transizioni elettroniche. Cromofori.  Spettroscopia infrarossa. Modello dell’oscillatore armonico. Analisi delle frequenze dei principali gruppi funzionali.  Spettrometria di massa: determinazione del peso molecolare, picchi isotopici, alta risoluzione, principali frammentazioni. Tecniche di ionizzazione: EI; FAB; electrospray; MALDI. Analizzatori magnetici; a quadrupolo; TOF. Tecniche GC/MS.  Spettroscopia NMR. Principi teorici. Spostamento chimico e accoppiamento spin-spin. Semplici sistemi di spin. Aspetti applicativi: preparazione del campione; sensibilità dell’esperimento; tecniche in trasformata di Fourier. Risonanza del 13 C. Spostamento chimico ed accoppiamento eteronucleare. Libri di testo consigliati: Silverstein e Webster; Identificazione spettroscopica di composti organici. Casa editrice Ambrosiana.

Obiettivo del corso: determinare la struttura di un composto organico a partire da dati spettroscopici Determinazione strutturale di composti incogniti: Riconoscimento di composti noti Struttura di composti nuovi (prodotti naturali) Conferma della struttura di prodotti di reazione METODI SPETTROSCOPICI per l’ANALISI ORGANICA

Metodi tradizionali di analisi organica  ANALISI PRELIMINARI (stato fisico, aspetto, odore)  ANALISI dei parametri chimico-fisici (punto di ebollizione, punto di fusione, indice di rifrazione, potere rotatorio specifico)  ANALISI ELEMENTARE per la determinazione della formula minima  PROVE di SOLUBILITA’  SAGGI CHIMICI per il riconoscimento dei gruppi funzionali  METODI CHIMICI di degradazione e derivatizzazione per la trasformazione in una sostanza nota.

2-pentanolo liquido incolore p.e. 119 °C 2-esanone liquido incolore p.e. 127 °C 3-esanone liquido incolore p.e. 123 °C 2,3-esandione liquido incolore p.e. 128 °C L’analisi dei parametri chimico-fisici dà spesso risultati dubbi

Metodi chimici per la determinazione strutturale Analisi elementare L’analisi elementare consente di conoscere quali sono gli elementi presenti in un composto e in che rapporto. La conoscenza delle percentuali degli elementi permette di determinare la formula minima. C 6 H 12 O C 5 H 12 O C 6 H 10 O 2

Metodi chimici per la determinazione strutturale Saggi chimici (gruppi funzionali):

Metodi chimici per la determinazione strutturale Degradazione chimica a prodotti noti: I prodotti già descritti in letteratura possono essere identificati grazie alla formula molecolare ed al confronto delle loro proprietà fisiche (p.f., p.e., densità, indice di rifrazione) con quelle riportate.

 Meno laboriosa operativamente  Informazioni più dettagliate  Tecniche non distruttive  strumentazione costosa e sofisticata  richiede competenza operativa e interpretativa

Dal composto organico alla sua formula molecolare  Individuazione dei gruppi funzionali  Determinazione della formula bruta e preliminari informazioni sulla struttura molecolare  Relazioni tra gli atomi nelle molecole: struttura molecolare Spettroscopia UV e IR Spettrometria di massa Spettroscopia NMR

Le tecniche spettroscopiche riguardano le interazioni tra radiazione elettromagnetica e materia Cos’è la radiazione elettromagnetica? Come interagisce con un composto organico? Che informazioni possiamo ricavare?

LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA Dalla fisica sappiamo che una carica elettrica in movimento produce una radiazione elettromagnetica La radiazione elettromagnetica è una forma di energia che ha proprietà sia di particelle che di onde La luce, le microonde, i raggi X, etc…sono diversi tipi di radiazioni elettromagnetiche.

CARATTERISTICHE DI UNA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA = lunghezza d’onda che è definita come la distanza tra due punti dell’onda aventi la stessa fase  = frequenza che è pari al numero di onde complete che passano per un punto in un determinato intervallo di tempo La frequenza della radiazione elettromagnetica è uguale alla velocità della luce (c) diviso la lunghezza d’onda della radiazione  = c/

LO SPETTRO DELLA LUCE crescente  crescente A lunghezze d’onda corte corrispondono alte frequenze e a lunghezze d’onda lunghe corrispondono basse frequenze

La relazione tra energia (E) di un fotone e la frequenza (o lunghezza d’onda) della radiazione elettromagnetica è descritta dall’equazione: E = h   =hc/ Dove h è una costante di proporzionalità chiamata costante di Planck ( J s-1 )

L'energia di una molecola è quantizzata. L’energia totale può essere considerata la somma di:  energia elettronica (UV)  energia vibrazionale (IR)  energia rotazionale (microonde)  energia traslazionale  energia di spin nucleare (NMR) L’energia di una molecola

l’interazione radiazione-materia: i tre meccanismi SoSo S1S1  assorbimento SoSo S1S1  emissione emissione stimolata SoSo S1S1    1) Se la differenza di energia tra due stati di una molecola è pari ad E d, e una molecola nello stato S o è investita da una radiazione di frequenza d tale che E d = h d, la molecola può assorbire un fotone della radiazione passando così allo stato a più alta energia 2) Una molecola nello stato S 1 può emettere spontaneamnete un fotone, e tornare allo stato S O 3) Una molecola nello stato S 1 può emettere un fotone a frequenza d e tornare allo stato S O nel momento in cui è investita da una radiazione a frequenza d. In ogni caso la  E fra S 1 e S 0 deve essere esattamente :  E=h 

La radiazione elettromagnetica velocità della luce: c (= 10 8 m/s) frequenza: (Hz = s -1 ) numero d’onda: = 1/  (cm -1 ) E’ il numero di onde in un centimetro lunghezza d’onda: = c/ onde radio:> 1 m microonde:qualche cm IR:50  m-1  m luce visibile: nm UV: nm raggi X:pochi nm raggi  < 1 nm La luce ha caratteristiche corpuscolari: E = h costante di Plank h = 6.63· Js