Tecniche spettroscopiche

IL CONTINUO DELLO SPETTRO MAGNETICO

i raggi gamma sono poco presenti sulla terra fatto salvo in alcuni decadimenti di materiali radioattivi che nel

loro decadere liberano dei fotoni gamma ad alta energia. la radiazione gamma è inutilizzabile per le tecniche

spettroscopiche, è troppo forte, distrugge tutto quello che trova, l'unica applicazione in CTF è la

sterilizzazione dei device. i raggi gamma hanno lunghezze d'onda molto corte, energie molto alte, energia

che prende il DNA e spacca la doppia elica senza colpo ferir, creando mutazioni e la morte cellulare.

raggi X: la radiazione x è associata alla disposizione spaziale degli atomi in una molecola; quindi è un ottimo

metodo per investigare la struttura e soprattutto la presenza di poli morti in un alcuni principi farmaceutici.

Hanno una lunghezza d'onda di 10 elevato alla -10 m (un po’ meno energetici ma comunque molto forti).

i raggi UV, ultravioletti che sfocia nel visibile. è una parte dello spettro elettromagnetico associato a

un'energia tale da promuovere il passaggio di elettroni dagli orbitali pieni agli orbitali vuoti a energia

accessibile, si chiama transizione elettronica. L’impiego della tecnica UV nell'ambito applicativo della chimica

e tecnologie farmaceutiche è relativo ai detector della chimica analitica, quindi ottimizzare la lunghezza

d'onda per vedere il nostro analita quando è accoppiato a un sistema d'analisi.

Raggi infrarossi IR, stimolano i moti vibrazionali delle molecole, in particolare la vibrazione lungo i legami. la

radiazione infrarossa è tale da promuovere transizioni negli oscillatori armonici dei legami quindi andare a

stimolare l'assorbimento in una zona dello spettro elettromagnetico che per noi di CTF è molto importante

perché allo spettro IR è associata la tecnica del gruppo funzionale: OH avrà una banda IR diversa da OMe

Poi c’è una parte dello spettro che è usata in medicina al chemistry perché promuove reazioni chimiche ossia

le cosiddette reazioni promosse dalle microonde che sono reazioni che hanno tempi più contenuti e sono più

pulite ma sono trasformazioni chimiche metodo di sintesi) e non tecniche spettroscopiche spettrometriche

per capire cosa abbiamo davanti.

le onde radio sono alla base di tutto quello che è la tecnica NMR, quindi tutto quello che è la risonanza

magnetica.

quando si ha a che fare con una tecnica spettroscopica spettrometrica si deve che anche capire se quel tipo

di interazione va fatta nel vuoto o si può utilizzare un’atmosfera, ad esempio la spettrometria di massa genera

degli ioni ed è necessario che l’analita venga ionizzato all'interno di un'atmosfera controllata; l’NMR è

refrattario all’interazione con l’aria; la spettroscopia IR può essere fatta in atmosfera secca (per togliere

l’umidità) perché sennò la radiazione verrebbe assorbita dall'atmosfera che quindi indebolirebbe il raggio

incidente.

CHE TIPI DI RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA E COSA OTTENIAMO CON LE DIVERSE TECNICHE?

● NMR: utilizzano le onde radio e andiamo a vedere la risonanza magnetica del nucleo. I nuclei più

importanti dell’NMR suscettibili al campo magnetico sono il protone (99% abbondanza isotopica), il

carbonio 13 (1% abbondanza isotopica).

● IR: moti vibrazionali associati alla tipologia di legame e al tipo di atomi coinvolti nel legame stesso, è

tipico e specifico per ogni legame, le tabelle IR danno la frequenza di assorbimento in base al gruppo

funzionale

● UV: la transazione elettronica tra orbitali a livelli energetici adiacenti.

● MASSA: la spettrometria di Massa, rispetto alle tecniche che abbiamo visto fino adesso, utilizza

l'energia associata a un campo elettrico non energia associata ad una radiazione elettromagnetica.

quindi Utilizza l'energia associata a un campo elettrico per rompere legami chimici e generare ioni

che vengono analizzati sulla base del rapporto m/z.

NMR

Parliamo dell’NMR (nuclear magnetic resonance).

NMR significa spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, essa ci dice l’intorno chimico dei nucleoni, siano

essi idrogeni o carboni. Questi nucleoni danno segnali che differiscono per lo chimical shift, ossia il loro

intorno chimico. Il delta più sul carbonio fa si che gli idrogeni direttamente legati a quel carbonio abbiano

meno elettroni intorno a loro, la nuvola elettronica viene attratta dall’atomo più elettronegativo lasciando

più liberi nucleoni di interagire con la radiazione incidente elettromagnetica (questo ci dà informazione

sull’intorno chimico degli stessi nucleoni che stiamo osservando). Tutti questi discorsi sull'idrogeno valgono

anche per il carbonio.

Gli idrogeni di questi metossili sono abbastanza deschermati perché hanno l'ossigeno che tira elettroni ma

sono comunque meno deschermati del CH2 che vede legato a sé due ossigeni che tirano elettroni.

La differenza di posizione nell’NMR si riflette sul Chemical shift o shift chimico, che è una grandezza

direttamente dipendente dall’intorno chimico del nucleone che stiamo osservando: i protoni di questi OCH3

sentiranno l'effetto di un sostituente elettron-attrattore, ossia l'ossigeno che tira elettroni su di sé e così

facendo impoverisce il carbonio, il carbonio si rifà sull'idrogeno e quindi questi idrogeni sono a questo valore

di Chemical shift, mentre il metilene centrale è legato a due ossigeni, quindi avrà un effetto induttivo molto

maggiore rispetto all’effetto induttivo sui metili a lato quindi il metilene centrale sarà più de schermato

rispetto ai metossili.

Solitamente dovrebbe esserci sull'asse delle x lo shift chimico in Hertz ma per semplicità e per rendere

completamente indipendente il Chemical shift dal campo magnetico applicato si sono introdotte le PPM, (più

andiamo verso sinistra più i nucleoni sono deschermati). Quindi nel caso di prima gli idrogeni del metilene

sono più deschermati a causa dell’effetto induttivo. lo zero all’ NMR viene attribuito ad una molecola che

prende il nome di tetrametilsilano che dà il valore di shift chimico uguale a zero. I suoi metili sono il

riferimento per l’NMR e vengono presi a zero in quanto il silicio è in grado di operare un forte schermaggio

nei confronti degli idrogeni quindi il TMS ha la funzione di fare da riferimento. negli spettri moderni e negli

spettri che vi passerò per il compito non vedrete il segnale del TMS perché presentano un “riferimento

interno” ottenuto grazie a software e hardware.

● lo spettro NMR di ogni composto presenta una diversa risonanza per ogni gruppo di nuclei

distinguibili chimicamente, quindi gruppi di nuclei differenti hanno una risonanza differente.

● Lo Chemical shift dei nuclei varia in funzione all'intorno chimico ma in modo prevedibile e

razionalizzabile tant'è che esistono anche programmi della chimica computazionale in grado di

prevedere il Chemical shift di alcuni nucleoni dell'idrogeno e del carbonio.

● l'intensità del segnale è direttamente proporzionale al numero di nucleoni (protoni) che stiamo

osservando e che contribuiscono all’assorbimento: il CH2 centrale, che è quello più deschermato, in

quanto ha due sistemi che tirano elettroni, è più basso di circa 1/3 in altezza di questo che

rappresenta i sei protoni dei metossili.

PERCHÉ I NUCLEONI CHE HANNO UNA DIVERSA POSIZIONE ALL'INTERNO DELLA MOLECOLA E CHE

RISENTONO DI UN INTORNO CHIMICO DIVERSO SONO DIVERSI?

Normalmente gli spin dei nucleoni sono orientati in modo randomico; infatti, i sistemi tendono ad avere il

più alto livello possibile di entropia (disordine) e non fanno eccezione i nuclei e quindi i vettori magnetici dei

nucleoni normalmente sono disposti in maniera randomica. Normalmente i nucleoni che fanno parte delle

molecole che maneggiamo sono immersi nel campo magnetico terrestre, però esso è troppo poco intenso

per andare a interferire con l'allineamento degli spin nucleari, quindi nella situazione normale, i nucleoni dei