Sylabus przedmiotu

podstawy fizyki, chemii fizycznej i chemii kwantowej

• ćwiczenia przedmiotowe
• objaśnienie lub wyjaśnienie
• pokaz

Podstawy spektroskopii molekularnej

• podstawowe stałe fizyczne
• pole elektryczne i magnetyczne
• promieniowanie elektromagnetyczne
• podstawowe jednostki stosowane w spektroskopii i ich przeliczanie
• formy energii cząsteczek i ich kwantyzacja
• widmo: definicja, powstawanie, podział widm, prawdopodobieństwa przejść spektralnych, reguły wyboru
• poszerzenie pasm spektralnych, tło, szum i intensywność integralna

Podstawy modelowania struktury cząsteczki

• numeryczna minimalizacja funkcji – przykłady
• przegląd typowych pakietów do obliczeń kwantowochemicznych
• przykłady optymalizacji geometrii cząsteczki na poziomach MM i półempirycznych
• geometrie obliczone vs. eksperymentalne
• korelacje między strukturą cząsteczki a jej parametrami geometrycznymi

Spektroskopia oscylacyjna

• cząsteczki dwuatomowe: krzywa energii potencjalnej, równowagowa długość wiązania, granica i energia dysocjacji
• cząsteczki wieloatomowe: współrzędne wewnętrzne, (hiper)powierzchnia energii potencjalnej, geometria równowagowa cząsteczki
• jednowymiarowy oscylator harmoniczny, ujęcie klasyczne i kwantowe
• widmo oscylacyjne cząsteczki w przybliżeniu harmonicznym (stała siłowa, reguły wyboru)
• anharmoniczność i jej wpływ na widmo oscylacyjne (reguły wyboru)
• cząsteczki wieloatomowe: oscylacyjne stopnie swobody, drgania normalnegrupowe
• podstawy spektroskopii IR: drgania aktywne i nieaktywne w podczerwieni
• podstawy spektroskopii Ramana: drgania aktywne i nieaktywne
• typy przejść w spektroskopii oscylacyjnej
• układy jedno- i dwuwiązkowe, techniki CW i FT
• spektrometr IR
• spektrometr Ramana
• rejestracja widm oscylacyjnych próbek stałych, ciekłych i gazowych
• interpretacja widm oscylacyjnych: podstawowe zakresy na widmie oscylacyjnym, drgania grupowe dla podstawowych klas związków organicznych (nazwy, notacja), tabele korelacyjne, wpływ wiązania wodorowego na widmo oscylacyjne, drgania rozciągające grupy karbonylowej: wpływ efektu indukcyjnego i mezomerycznego na położenie pasma, określanie charakteru związku chemicznego i, jeśli to możliwe, jego struktury na podstawie widm oscylacyjnych (różnorodne ćwiczenia)
• komplementarność technik IR i Ramana (różnorodne ćwiczenia)

Spektroskopia NMR

• pole magnetyczne
• spin jądra: kwantyzacja, liczby kwantoweIorazM_I
• moment magnetyczny jądra, współczynnik magnetogiryczny
• istota jądrowego rezonansu magnetycznego, częstość Larmora
• ekranowanie jąder: mechanizmy ekranowania, stała ekranowania, równocenność chemiczna jąder
• przesunięcie chemiczne, wzorce wewnętrzne
• widm NMR cząsteczki (informacje odczytywane i ich znaczenie)
• spektrometr NMR
• metodologia pomiarów: wpływ wartości indukcji na widmo, całkowanie sygnały i inne aspekty
• sprzężenie spinowo-spinowe, multiplety
• spektroskopia¹H NMR: podstawy: zalety i wady, widmo¹H NMR i jego składowe, gęstość elektronowa i inne czynniki wpływające na przesunięcie chemiczne (efekt indukcyjny i mezomeryczny itd.), tabele korelacyjne, liczba sygnałów na widmie NMR: protony (grupy protonów) homo-, enancio-, diastereo- i heterotopowe, wyznaczanie stałych sprzężenie spinowo-spinowego, równocenność magnetyczna jąder, rząd widma¹H NMR, konwencja Pople’a oznaczeń(np. AX, AB etc.), efekt daszkowy, wpływ efektów dynamicznych na kształt widma¹H NMR, sprzężenie wirtualne, wyznaczanie struktury związku chemicznego na podstawie widma¹H NMR (różnorodne ćwiczenia)
• ­­­spektroskopia¹³C NMR: podstawy, odprzęganie protonów (intensywności integralne), liczba sygnałów na widmie¹³C NMR vs. symetria cząsteczki, ekranowanie jąder¹³C, tabele korelacyjne, wyznaczanie struktury związku chemicznego na podstawie widma¹³C NMR (różnorodne ćwiczenia)
• dwuwymiarowa spektroskopia NMR – rozwiązywanie podstawowych problemów strukturalnych z wykorzystaniem technik¹H,¹H COSY,¹H,¹³C HETCOR, HMQC, INADEQUATE

Spektroskopia elektronowa

• teoria orbitali molekularnych – powtórka
• spektrometry i metodologia
• typy przejść elektronowych, reguły wyboru
• chromofory (różnorodne ćwiczenia dotyczące intuicyjnego wyznaczania długości fal, które mogą być absorbowane przez różne cząsteczki)
• fluorescencja i fosforescencja
• różnorodne ćwiczenia nad zastosowaniem spektroskopii elektronowej w analizie ilościowej

Spektrometria masowa

• techniki jonizacji (EI, CI, FAB, FD, MALDI, SIMS itd.)
• dwusektorowy spektrometr (analizator) masowy
• inne typy analizatorów (kwadrupolowy, pułapka jonowa, analizator czasu przelotu)
• proces fragmentacji (istota, przykłady, fragmentacja różnych klas związków organicznych, typowe przegrupowania)
• widmo masowe – typy pików (jonów)
• względne intensywności pików izotopowych na widmie masowym, wyznaczanie i wykorzystanie
• wykorzystanie spektrometrii masowej do określania masy cząsteczkowej związku chemicznego i jego wzoru sumarycznego, regułą azotu
• wyznaczanie struktury związku chemicznego na podstawie widma masowego (różnorodne ćwiczenia)

Wyznaczanie struktury związku chemicznego na podstawie kompletu widm IR, NMR i masowego

różnorodne ćwiczenia

• ocena ciągła (bieżące przygotowanie do zajęć i aktywność)
• śródsemestralne pisemne testy kontrolne

W trakcie semestru odbędą się zapowiedziane pisemne kolokwia. Do zaliczenia potrzebna będzie połowa uzyskanych punktów. Oceny w zależności od uzyskanych punktów są następujące: 50-59% - dst, 60-69% - dst+, 70-79% - db, 80-89% - db+, 90-100% - bdb. Przewidziane są również niezapowiedziane kartkówki z bieżących zagadnień z możliwością uzyskania punktów ujemnych. Ocenie podlegać będzie również przygotowanie Studenta do ćwiczeń i Jego aktywność na ćwiczeniach. Prowadzący może podnieść ocenę o 0.5 (tj. o plus) na podstawie własnej oceny aktywności Studenta.

Atkins P. W.,Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 2001.

Borowski P.,Wybrane zagadnienia spektroskopii molekularnej, Wydawnictwo UMCS, Lublin 2005.

Kęcki Z.,Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN, Warszawa 1998.

Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, (red.Zieliński W., Rajca A.), WNT, Warszawa 2000.

Sadlej J.,Spektroskopia molekularna, WNT, Warszawa 2002.

Silverstein R. M., Webster F. X., Kiemle D. J.,Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, PWN, Warszawa 2007.