Richiami di teoria sulla spettroscopia NMR a trasformata di Fourier; momento magnetico dei nuclei, nuclei con spin 1/2 e nuclei quadrupolari. Magnetizzazione macroscopica, descrizione del fenomeno della risonanza secondo il modello classico, schema di una sequenza a impulsi, free induction decay (FID). Trasformata di Fourier, parte reale e immaginaria di una spettro, errori di fase di ordine zero e primo, correzione di fase.
Hardware di uno spettrometro NMR, struttura di un probe, analogic-to-digital converter. Acquisizione e digitalizzazione del FID: frequenza di Nyquist, risoluzione digitale, dwell time, tempo di acquisizione, larghezza spettrale. Apodizzazione, troncamento del FID, funzioni finestra di tipo esponenziale e gaussiano, incremento di sensibilità e di risoluzione, funzione “matched filter”. Esercitazioni pratiche in aula di trattamento del FID attraverso l’uso di MestreC.
L’esperimento NMR: lock, correzione della disomogeneità di campo, shimming e matching. Sensibilità di un esperimento NMR, thermal noise, metodi per il miglioramento del rapporto segnale/rumore, cryoprobe, microprobe.
Larghezza di linea e principio di indeterminazione di Heisenberg, processi di rilassamento longitudinale (spin-reticolo) e trasversale (spin-spin), tempi T1 e T2. Meccanismi di rilassamento longitudinale: interazione dipolo-dipolo (DD), anisotropia di chemical shift (CSA), spin-rotazione (SR) e meccanismo quadrupolare (Q). Tempi di correlazione, relazione tra processi di rilassamento T1 e T2 con i moti e la struttura molecolare. Sequenza “Inversion recovery” e misura del T1.
Chemical shift e struttura molecolare: brevi richiami con esempi su schermaggio diamagnetico, anisotropia diamagnetica, effetti di campo elettrico, legame idrogeno, effetti del solvente. Effetti anisotropici sullo spettro NMR e determinazione strutturale: diagramma di Johnson-Bovey. Equivalenza chimica e simmetria molecolare. Classificazione dei protoni chimicamente equivalenti di Mislow.
Accoppiamento spin-spin: accoppiamento scalare, ordine di uno spettro. Brevi richiami sulla notazione di Pople e sui più importanti sistemi di spin, interpretazione di multipletti di primo ordine, inverted splitting tree e deconvoluzione di un multipletto. Effetti strutturali sulla grandezza delle costanti di accoppiamento geminale e vicinale. Equazione di Karplus e sue applicazioni a problemi conformazionali e stereochimici. Accoppiamenti long-range: accoppiamenti a W, accoppiamenti allilici e propargilici. Accoppiamento forte e accoppiamento virtuale. Disaccoppiamento omonucleare.
Effetto Nucleare Overhauser (NOE): peturbazione delle popolazioni dei livelli, diagrammi ed equazione di Solomon, relazione tra NOE e meccanismo di rilassamento dipolo-dipolo, spin diffusione e “relay”-NOE. NOE omonucleare, spettri per differenza di NOE. Esempi di applicazione del NOE alla determinazione strutturale, conformazionale e stereochimica.
Reagenti di shift, effetti di contatto e pseudocontatto. Esempi di miglioramento degli spettri con l’impiego di reagenti di shift.
Nuclei magneticamente attivi diversi da 1H e 13C, nuclei quadrupolari e loro proprietà spettorscopiche. Spettroscopia di 31P e 19F: chemical shifts e costanti di accoppiamento. Picchi satellite, uso dei picchi satellite per la determinazione strutturale e di rapporti tra specie.
1H-NMR e stereochimica: determinazione dell’eccesso enantiomerico attraverso reagenti di shift chirali. Derivatizzazione chimica e determinazione della configurazione assoluta: metodo di Mosher.
NMR dinamico. Studio di processi dinamici. Processi di scambio. Esempi di processi dinamici e di equilibri che possono essere studiati attraverso NMR.
13C-NMR:
Rilassamento dei carboni. Richiami sul chemical shift delle principali classi di composti organici, calcolo del chemical shift attraverso correlazioni empiriche, equazione di Grant e Paul, effetto gamma, effetto atomo pesante. Accoppiamento 13C–1H. Spettro 13C non disaccoppiato. Spettri BBD, effetto NOE eteronucleare. Recuperando informazioni: sequenze Gated- ed Inverse Gated Decoupling. Sequenze ad impulso complesse di tipo spin-echo: APT. Trasferimento di polarizzazione.
Esercitazioni in aula di interpretazione strutturale di molecole grazie all’impiego combinato di spettri 1D di protone e di carbonio.
2D NMR
Principi di un esperimento 2D, struttura di una sequenza 2D, rappresentazione grafica di uno spettro 2D, contour plot e stacked plot.
Spettroscopia J-resolved omo- ed eteronucleare.
Spettroscopia di correlazione di chemical shift: sequenza di Jeener, esperimento omonucleare COSY e le sue varianti, esperimento eteronucleare HETCOR.
Esercitazioni di interpretazione di spettri 2D.
Spettroscopia 2D inversa: principi e vantaggi. Correlazioni attraverso i legami a breve e lunga distanza: esperimenti HMQC, HSQC, HMBC e TOCSY. Correlazioni attraverso lo spazio: esperimenti NOESY.

Per i contenuti di base:
Silverstein et al. "Spectrometric Identification of Organic Compounds",Eight edition, Wiley 2014

Per i contenuti del corso:
Friebolin "One and Two-Dimensional NMR Spectrocopy", Fifth Edition, Wiley VCH 2010.
Claridge "High-resolution NMR Tecniques in Organic Chemistry", Second Edition, Elsevier 2009.
Gunther "NMR Spectroscopy", Third Edition, Wiley 2013.

Per l'interpretazione degli spettri 2D:
Field, Li, Magill "Organic Structures from 2D NMR spectra", Wiley 2015.
Randazzo "Guida Pratica all'Interpretazione di Spettri NMR", Loghia 2018.