TECNICHE SPETTROSCOPICHE NEL CONTROLLO DI QUALITA'
Anno accademico 2026/2027 - Docente: GIUSEPPE FLORESTARisultati di apprendimento attesi
Conoscenza e comprensione
Al termine del corso lo studente sarà in grado di descrivere e spiegare i principi fondamentali della spettroscopia IR, della spettroscopia Raman, della spettrometria di massa e della spettroscopia NMR, nonché le principali caratteristiche della strumentazione e delle tecniche di preparazione dei campioni. Sarà inoltre in grado di riconoscere e descrivere le principali caratteristiche spettrali delle diverse classi di composti organici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite all'interpretazione di spettri IR, NMR e di massa, identificare le principali funzionalità chimiche e determinare la struttura di semplici composti organici a partire dai relativi dati spettroscopici. Sarà inoltre in grado di utilizzare le informazioni spettroscopiche per il riconoscimento di principi attivi e possibili impurezze nell'ambito del controllo di qualità.
Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di analizzare e valutare criticamente i dati ottenuti mediante differenti tecniche spettroscopiche, confrontare le informazioni fornite dalle diverse metodiche e valutare la coerenza dei dati sperimentali ai fini dell'identificazione di un composto e della valutazione della sua qualità.
Abilità comunicative
Lo studente sarà in grado di descrivere e illustrare i principi delle principali tecniche spettroscopiche e di argomentare l'interpretazione di dati e spettri utilizzando una terminologia scientifica e tecnica appropriata.
Capacità di apprendimento
Lo studente sarà in grado di utilizzare autonomamente testi e materiale didattico per approfondire le conoscenze relative alle tecniche spettroscopiche e per interpretare dati spettrali relativi a semplici problemi di identificazione e controllo di qualità.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali. Le proiezioni Power Point utilizzate a lezione sono disponibili su richiesta/Studium
INFORMAZIONI PER STUDENTI CON DISABILITÀ E/O DSA A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi alla prof.ssa Santina Chiechio (santina.chiechio@unict.it) anche in qualità di docente referente CInAP (Centro per l’inclusione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA, https://www.cinap.unict.it/content/referenti) del Dipartimento di Scienze del Farmaco e della Salute.
Prerequisiti richiesti
Frequenza lezioni
Contenuti del corso
Spettroscopia IR e Raman
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Radiazione elettromagnetica e principi di assorbimento IR.
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Vibrazioni molecolari, legge di Hooke, stretching C–H e principali interazioni.
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Strumentazione (FT-IR, ATR). Preparazione dei campioni.
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Interpretazione di spettri IR per classi chimiche principali: idrocarburi, alcoli, fenoli, chetoni, aldeidi, acidi carbossilici, esteri, ammidi, ammine.
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Legame idrogeno e riconoscimento di impurezze.
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Cenni di spettroscopia Raman e applicazioni nel controllo qualità.
Spettrometria di Massa
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Principi e funzionamento di uno spettrometro di massa.
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Tecniche di ionizzazione principali: EI, CI, MALDI, ESI.
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Analizzatori di massa più diffusi (TOF, quadrupolo, trappola ionica).
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Interpretazione dello spettro: ione molecolare, picchi isotopici, regola dell’azoto.
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Frammentazioni tipiche e spettri di alcune classi chimiche (idrocarburi, alcoli, eteri, chetoni, aldeidi, esteri, ammine, composti alogenati).
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Applicazioni nel riconoscimento di principi attivi e impurezze.
Spettroscopia NMR
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Principi di base: proprietà magnetiche dei nuclei, numero quantico di spin, frequenza di Larmor.
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Strumentazione e preparazione del campione.
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Spostamento chimico e accoppiamento spin-spin (regola dell’n+1, costanti di accoppiamento).
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Regioni caratteristiche degli spostamenti chimici per le principali classi organiche.
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Equivalenza chimica (protoni omotopici, enantiotopici, diastereotopici).
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Interpretazione di spettri 1H e 13C NMR di composti semplici (alcani, alcheni, aromatici, alcoli, esteri, aldeidi, chetoni, ammine).
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Cenni a tecniche avanzate (DEPT, COSY, HSQC, HMBC).
Testi di riferimento
1) R. M. Silverstein et al., Identificazione Spettrometrica di Composti Organici, Ambrosiana.
2) G. M. Lampman et al., Introduction to Spectroscopy, Cengage.
3) A. Randazzo, Guida pratica all’interpretazione di spettri NMR.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | La radiazione elettromagnetica. | Testo 3. pag 33, Testo 1 pag 73, slides |
| 2 | Caratteristiche fondamentali della radiazione elettromagnetica. La radiazione infrarossa (IR). Lo spettro IR. Assorbimento IR. Il numero d’onda. Trasmittanza (T) ed Assorbanza (A). | slides, Testo 1 capitolo 2 |
| 3 | Le vibrazioni molecolari. I gradi di libertà. Numero teorico di vibrazioni fondamentali. Legge di Hooke. Regioni di assorbimento IR in accordo con la legge di Hooke. Calcolo stretching del C-H. Interazioni accoppiate. | Testo 1 capitolo 2 |
| 4 | Legame ad idrogeno nell’IR. | Testo 1 pag 78 |
| 5 | La strumentazione. Trasformata di Fourier. Spettofotometro a dispersione ed a trasformata di Fourier (FTIR). Preparazione del campione. Metodi a riflettanza - Attenuated total reflectance (ATR). | Testo 1 pag 78-79, slides |
| 6 | Interpretazione degli spettri. | Testo 1 pag 81-112 |
| 7 | Caratteristiche di un tipico spettrometro di massa. Alta vs. bassa risoluzione. | Testo 1 pag 1-2 |
| 8 | Metodi di ionizzazione. | Testo 1 pag 3-13 |
| 9 | Analizzatori di massa. | Testo 1 pag 7-13 |
| 10 | Rivelatori. | slides, Testo 3 pag 125-128 |
| 11 | Frammentazioni comuni. | Testo 1 pag 14-19 |
| 12 | Principali reazioni di frammentazione di composti organici. | Testo 3 pag 250-269 |
| 13 | Spettri di massa di alcune classi chimiche. | Testo 1 pag 19-38 |
| 14 | Proprietà magnetiche dei nuclei. | Testo 1 pag 130-133 |
| 15 | Strumentazione. Scelta del solvente e preparazione del campione. | Testo 1 pag 133-136 |
| 16 | Spostamento chimico ed accoppiamento spin-spin. | Testo 1 pag 136-149 |
| 17 | Accoppiamento di spin. Regola dell’n + 1 (2nI + 1). Triangolo di Pascal. Accoppiamento di spin - modello di scissione dell'etile. Accoppiamento di spin – la costante di coupling. Relazione tra lo spostamento chimico e la costante di accoppiamento di spin. Multipletto semplice del primo ordine. Multipletto complesso del primo ordine. | Testo 1 pag 142-146 |
| 18 | Accoppiamento one-bond (1J). Accoppiamenti geminali (2J). Angolo H-C-H in accoppiamenti geminali. Accoppiamento di spin - 3J. Angolo di legame e 3J. Relazione di Karplus. Accoppiamenti a lungo raggio (long-range). 4J accoppiamento allilico. 4J accoppiamento propargilico. 4J accoppiamento omoalllico. 4J accoppiamento omopropargilico. 4J accoppiamento W. | Testo 2 pag 350-360 |
| 19 | 1H NMR di alcune classi chimiche: Alcani, Alcheni, Composti aromatici, Alchini, Alogenuri alchilici, Alcoli, Eteri, Ammine, Nitrili, Aldeidi, Chetoni, Esteri, Acidi carbossilici, Ammidi, Nitroalcani. | Testo 2 pag 252-270 |
| 20 | 13C NMR Aspetti che differiscono da 1H NMR | Testo 1 pag 197, slides |
| 21 | Confronto tra le scale di spostamenti chimici 1H e 13C NMR. | Testo 1 pag 198-199 |
| 22 | Equivalenza chimica per 13C NMR. 13C non equivalenti. | Testo 1 pag 207-208 |
| 23 | 13C chemical shifts per principali classi di composti organici. Parametri di shift additivi in idrocarburi alifatici lineari e ramificati, negli alcheni e nei composti aromatici. | Testo 1 pag 210-221 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Le date di esami sono pubblicate sul sito del Corso di Studio: https://www.dsf.unict.it/it/corsi/l
29_sfa/calendario-esami
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Esempi di domande ed esercizi come discusso durante le lezioni ed esercitazioni in aula
- Qual è l'ordine corretto del numero d'onda crescente delle vibrazioni di stiramento di (1) CH (alcano), (2) OH (alcol), (3) C=O (chetone) e (4) C≡C (alchino)?
- Quanti segnali presenta il chetone insaturo (CH3)2CHCH2C(O)CH=CH2 negli spettri 1H e 13C NMR?
- Quale delle seguenti affermazioni relative alla spettrometria di massa è sbagliata?
- In un normale spettrometro di massa, l'impatto dell'elettrone fa sì che una molecola perda un elettrone e diventi un catione radicale molecolare che si decompone in frammenti cationici e radicali.
-Solo i cationi possono essere rilevati da un normale spettrometro di massa.
-Un composto le cui molecole contengono un solo atomo di bromo mostra due picchi di ioni molecolari di intensità simile, uno a +1 e uno a –1 del valore medio m/z.
-I picchi di ioni molecolari hanno sempre valori pari di m/z. - Se il numero di protoni o dei neutroni è pari quale sarà lo spin del nucleo?
-Intero.
-Frazionario.
-Zero.
-Positivo. - Quale delle seguenti affermazioni è sbagliata?
-Il numero d'onda di una banda in uno spettro IR è proporzionale alla frequenza della vibrazione
molecolare associata.
-L'acqua è un buon solvente per la registrazione di spettri UV di composti idrosolubili.
-L'acqua è un buon solvente per la registrazione di spettri IR di composti idrosolubili.
-Il legame idrogeno nei composti idrossilici porta all'allargamento delle bande spettrali attribuibili
alle vibrazioni di stiramento OH. - Qual è l'ordine corretto del numero d'onda crescente delle vibrazioni di stiramento di (1) C–H (alcano), (2) C–H (alchene), (3) C–H (alchino) e (4) C–H (arene)?
- Quanti segnali presenta l'aldeide (CH3)3CCH2CHO negli spettri 1H e 13C NMR?
- Quale delle seguenti affermazioni è sbagliata?
-Gli spettrometri NMR utilizzano radiazioni elettromagnetiche a radiofrequenza.
-Gli spettri UV forniscono informazioni sugli elettroni di valenza.
-L'assorbimento IR è attribuibile alle transizioni tra i livelli di energia rotazionale dell'intera molecola.
-L'assorbimento dei raggi UV è attribuibile alle transizioni elettroniche. - Qual è l'ordine corretto del numero d'onda crescente delle vibrazioni di stiramento di (1) C–H (arene), (2) O–H, (3) C–H (alcano), (4) C=C e (5) C–H (aldeide)?
- Quanti segnali presentano il 2-metilcicloesanone e il 2,6-dimetilcicloesanone nello spettro 13C NMR?
- Nella ionizzazione ad impatto elettronico le molecole del campione vengono normalmente bombardate con elettroni a quanti eV?