İTÜ LİSANSÜSTÜ DERS KATALOG FORMU (GRADUATE COURSE CATALOGUE FORM) Dersin Adı NMR Teori ve Organik Kimyada Uygulamaları I Course Name NMR Theory and Applications in Organic Chemistry I Kodu (Code) KIM505E Lisansüstü Program (Graduate Program) Dersin Türü (Course Type) Yarıyılı (Semester) Güz (Fall) Kimya Chemistry Seçmeli (Elective) Kredisi (Local Credits) Ders Seviyesi (Course Level) AKTS Kredisi (ECTS Credits) 3 7.5 YL (M.Sc.) Dersin Dili (Course Language) İngilizce/Türkçe (English/Turkish) Dersin İçeriği (Course Description) 30-60 kelime arası NMR (Çekirdek manyetik rezonans) a giriş ve teorisi. Çekirdek spini ve magnetik alan etkileşmeleri. Relaksasyon tipleri. Kimyasal kayma nedir, nasıl oluşur ve kimyasal kaymayı etkileyen faktörler. Spin sistemleri ve spin etkileşmeleri. Proton ( 1 H) NMR, tek dimensiyonlu ve çift dimensiyonlu proton NMR teknikleri. 13 C NMR nedir, FID, Puls Fourier Transform NMR teknikleri, Double Resonance ve Off Resonance Decoupling teknikleri. NOE (Nuclear Overhauser Enhancement). Karbon NMR da spin-spin ve spin-örgü relaksasyon ölçümleri. Dinamik NMR. Karbon NMR da spin-spin kapling etkileşimleri ve kimyasal kaymayı etkileyen faktörler. Dersin Amacı (Course Objectives) Maddeler halinde 2-5 adet Introduction to NMR (Magnetic Resonance of the Nuclei) and its theory. Interaction of nuclei spins and the magnetic field. Relaation types. What is a chemical shift, how does it happen and the factors which affect chemical shifts. Spin systems and spin couplings. Proton NMR ( 1 H- NMR), One and two dimensional proton NMR (1D- and 2D- 1 H NMR) techniques. What is 13 C-NMR, FID Puls Fourier Transform NMR techniques, Double Resonance and Off Resonance Decoupling techniques. NOE (Nuclear Overhauser Enhancement). Spin-spin and spin lattice relaation measurements in the 13 C NMR. Dynamic NMR. Spin-spin couplings in Carbon NMR and the factors which affect chemical shifts. 1-Nükleer Magnetik Rezonans Spektroskopisi nin Teorisi ve NMR aktif çekirdeklerle alınan tüm NMR ölçümlerinin yüksek lisans ve doktora öğrencilerine öğretilmesi ve hangi alanlarda NMR tekniklerinin kullanıldığı ve kullanılabileceğinin belirtilmesi. 2-Organik kimya ve kimyanın hemen tüm alanlarında, ilaç ve gıda endüstrisinde, hatta Biyoloji ve Tıp ta ve arkeometri de organik/yarı organik bileşiklerin yapılarının tayininde en ayrıntılı bilgiyi veren NMR ın eğitim-öğretim ve araştırmalar düzeyinde öğretilmesi ve uygulanması 3-Teorik ve uygulamalı olarak proton ve karbon NMR da uygulanan temel modern NMR tekniklerinin ( 1 H-, 13 C (BB, APT, DEPT, spin-decoupling, 1 H- 1 H-COSY, NOE ve NOESY) öğretilmesi ve NMR spektrumları üzerinde problem çözümleri yapılması.. 1- Teaching the theory of Magnetic Resonance Spectroscopy and the NMR recordings of all NMR active nucleus to upeer graduate students and the eplanation of all areas in which NMR techniques are used. 2- Education and application of the NMR techniques in determination of organic pure compounds giving the most detail information about their structures which are used in all branches of Chemistry, particularly in Organic Chemistry including Drug and Food industry, even in Medicine, Biology, as well as Archeology etc.. 3- The theory and application of basic modern proton and carbon NMR techniques ( 1 H-, 13C-broad band, APT (attached proton test), DEPT(distortionless enhancement by polarization transfer), spindecoupling, 1 H- 1 H-COSY, NOE difference and NOESY), teaching of these techniques by NMR problem solutions.
Dersin Öğrenme Çıktıları (Course Learning Outcomes) Maddeler halinde 4-9 adet Bu dersi başarıyla tamamlayan yüksek lisans/doktora öğrencileri aşağıdaki konularda bilgi, beceri ve yetkinlik kazanırlar; 1- NMR Spektroskopisinin esasını, NMR aktif çekirdekleri ve manyetik bir alanda farklı çekirdeklerin davranışını öğrenecektir. 2-Proton ( 1 H) NMR tekniklerini, spin sistemlerini, protonların çevresine bağlı olarak farklı kimyasal kaymalarını ve spin-spin etkileşimlerini ve böylece NMR da izlenen kimyasal kaymaları, bölünme şekilleri ve etkileşim sabitlerine bağlı olarak organik bir bileşiğin yapısını tayin etmeyi öğrenecektir. 3- Karbon ( 13 C) NMR teknikleriyle bir bileşiğin kaç karbondan oluştuğunu, karbon tiplerini, ve yine karbonların kimyasal kaymalarına bağlı olarak taşıdıkları sübstitüentler ve ana iskelet yapılarını ortaya çıkarmayı ve proton NMR ile birlikte tüm yapıyı aydınlatmayı öğrenecektir. 4- Eğer organik bir yapıda çok fazla sayıda inorganik NMR aktif çekirdek varsa (N, P veya F gibi) bu çekirdeklere ait NMR lardan nasıl yararlanabileceğini öğrenecektir. M.Sc./Ph.D. students who successfully pass this course gain knowledge, skill and competency in the following subjects; 1- Will learn the basics of NMR spectroscopy, the NMR active nuclei and their behaviour in the magnetic field. 2- Proton ( 1 H) techniques, spin systems, the chemical shifts resulted from the different shifts of nucleus in different magnetic environments and spin-spin couplings, multiplicities and identification of the chemical structure of an organic compounds based on coupling constants. 3- Learning the identification of the structure of a compound based on the number of carbon atoms, their types and chemical shifts by using carbon ( 13 C) NMR techniques and determination of its main skeleton with substituents considering both proton and NMR spectral data. 4-Will learn how to use NMR to identify the chemical structure of an organic compound which carries one or more NMR active nuclei (N, P or F,etc. )
Kaynaklar (References) En önemli 5 adedini belirtiniz 1. Atta-ur-Rahman (1986), Nuclear Magnetic Resonance, Springer-Verlag. 2. Becker Edwin, D. (2000). High Resolution NMR: Theory and Chemical Applications,, Academic Press. 3. Balcı M, (2005). Basic 1 H- and 13 C-NMR Spectroscopy, Elsevier. 4. Hornak, J. P. (Copyright, 1997-2008) The Basics of NMR. 5. Breitmayer, E. and Woelter, W. (1987) 13C-NMR Spectroscopy,, Köln, VCH. Ödevler ve Projeler (Homework & Projects) Laboratuar Uygulamaları 6. Shaw, D. (1987) Fourier Transfor NMR Spectroscopy,, Elsevier, Amsterdam. Her 2-3 derste bir ödev verilecektir bu ödevler ilk derslerde teorik bilgilerin (NMR fenomeninin anlaşilmasi, çekirdeklerin manyetik alandaki davranişlari ve spin sistemleri) öğrenilerek kavranilmasi amaciyla yapilacaktir. ilerleyen derselerde ağirlikli olarak NMR spektrumlarinin yorumlanmasi, yapi tayini ve modern NMR tekniklerinin yerinde kullanilmasi doğrultusunda olacaktir. Every 2-3 week students will be responsible of a homework in which at the first weeks they will complete their theoritical knowledge and later on they will learn how to read and study the NMR spectrums and how to use modern NMR techniques in the identification of organic compounds. (Laboratory Work) Bilgisayar Kullanımı (Computer Use) Diğer Uygulamalar (Other Activities) Başarı Değerlendirme Sistemi Faaliyetler (Activities) Adedi* (Quantity) Değerlendirmedeki Katkısı, % (Effects on Grading, %) Yıl İçi Sınavları 2 40 (Assessment Criteria) (Midterm Eams) Kısa Sınavlar 2 5 (Quizzes) Ödevler 4 5 (Homework) Projeler - - (Projects) Dönem Ödevi/Projesi 1 5 (Term Paper/Project) Laboratuar Uygulaması - - (Laboratory Work) Diğer Uygulamalar - - (Other Activities) Final Sınavı (Final Eam) 1 45 *Yukarıda Belirtilen Sayılar Minimum Olup Yerine Getirilmesi Zorunludur.
DERS PLANI Hafta Konular Dersin Çıktıları 1 NMR a giriş, NMR aktif çekirdekler ve bu çekirdeklerin manyetik alandaki davranışları ve NMR I sinyalinin oluşumu 2 Proton NMR da spin-örgü ve spin-spin relaksasyonu ve NMR pikleri üzerindeki etkileri I ve II 3 Proton NMR da kimyasal kaymalar ve kimyasal kaymayı etkileyen faktörler. Çekirdeğin III ve IV kimyasal ve manyetik ekivalansı. Pascal üçgenine dayanarak protonların bölünme şekillerinin (multiplicity) ve kimyasal kaymalarına dayanarak spin sistemlerinin saptanması 4 Spin-spin etkileşme sabitlerinin (J değerlerinin) çiklik ve özellikle heksaçiklik yapılarda Karplus III ve IV eğrisine dayanarak belirlenmesi, geminal ve visinal etkileşme sabitleri, yüklü çekirdeklerde kimyasal kaymalar 5 Basit moleküllerin protonlarının 1 H NMR spektrumları üzerinde kimyasal kayma ve J III ve IV değerlerinin tayini 6 Free Induction Decay (FID), puls fourier transformasyon NMR spektroskopisi, homo ve heteronükleer V çift rezonans teknikleri (homonuclear decoupling ve heteronuclear decoupling) ve NOE tekniklerinin esası 7 Spin-decoupling NMR tekniği ile alınan proton NMR larının yorumu V-VI 8 NOE ile NOESY ve spin-decoupling ile 1 H- 1 H COSY spektrumlarının mukayesesi VI 9 Dinamik NMR spektrumlarının alınması ve yorumu, çözücü, sıcaklık vb. etkilerin NMR V-VI spektrumu üzerindeki etkisi 10 13 C NMR spektroskopisi, spin-örgü, spin-spin relaksasyonun detaylı olarak incelenmesi, VII-VIII hibritleşmeye bağlı olarak karbonların kimyasal kaymaları ve C-H ve C-C spin etkileşmeleri 11 13 C NMR ve kullanılan teknikler (Broad Band-decoupled, APT, DEPT) ve yapı tayininde VII-VIII kullanılması 12 Örnek 13 C spektrumları ve problem çözümleri VII-VIII 13 Tek dimensiyonlu 1 H ve 13 C NMR teknikleriyle alınmış spektrumların incelenmesi IV,V,VI, VII,VIII 14 NMR spektrumları üzerinde problem çözmek ve tüm NMR tekniklerini yerinde kullanmak IV-VIII COURSE PLAN Weeks Topics Course Outcomes 1 Introduction to NMR, NMR active nucleus and their behavior in magnetic field and the I occurrence of an NMR signal 2 Spin-spin and spin lattice relaation in proton NMR and their effect on NMR peaks I, II 3 Chemical shifts in NMR and the factors which effect it. The magnetic and chemical III, IV equivalence of the nuclei. Identification of peak multiplicity and spin systems by using Pascal triangle and chemical shifts. 4 Identification of spin-spin couplings (J constant) in cyclick and specially heacyclick III, IV compounds by using Karplus graphic, geminal and visinal couplings, chemical shift in charged nucleus 5 Studying of chemical shift and J constants of protons on simple 1 H NMR spectrums. III, IV 6 Free Induction Decay (FID), puls fourier transformasyon NMR spectroscopy, homonuclear V decoupling ve heteronuclear decoupling and NOE techniques. 7 Studying on spin-decoupling 1 H-NMR spectra V-VI 8 Comparison of NOE and NOESY and spin-decoupling / 1 H- 1 H COSY eperiments VI 9 Interpretation of dynamic NMR spectra considering effects of solvent, temperature etc. V-VI 10 13 C NMR spectroscopy, detail investigation of spin-lattice, spin-spin relaations, Chemical VII-VIII shifts of carbons depending on hybridization and C-H, C-C spin coupling constants 11 Techniques used in the 13 C NMR (Broad Band-decoupled, APT, DEPT) and their usage in VII-VIII identification of the structures. 12 13 C NMR problems on the spectra VII-VIII 13 1D- and 2D NMR problems IV,V,VI,VII, VIII 14 Correct usage of NMR techniques with choosen eamples. IV-VIII
Dersin KimyaProgramıyla İlişkisi Programın mezuna kazandıracağı bilgi, beceri ve yetkinlikler (programa ait çıktılar) i. Lisans düzeyi yeterliliklerine dayalı olarak, ilgili program alanında bilgilerini uzmanlık düzeyinde geliştirebilme ve derinleştirebilme (yeterli bilgi birikimi) (bilgi). Katkı Seviyesi MNP 1 2 3 ii. Alanının ilişkili olduğu disiplinler arası etkileşimi kavrayabilme (bilgi). iii. Alanında edindiği uzmanlık düzeyindeki kuramsal ve uygulamalı bilgileri kullanabilme (beceri). iv. Alanında edindiği bilgileri farklı disiplin alanlarından gelen bilgilerle bütünleştirerek yorumlayabilme ve yeni bilgiler oluşturabilme (beceri). v. Alanı ile ilgili karşılaşılan sorunları araştırma yöntemlerini kullanarak çözümleyebilme (beceri). vi. Alanı ile ilgili uzmanlık gerektiren bir çalışmayı bağımsız olarak yürütebilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği). vii. viii. Alanı ile ilgili uygulamalarda karşılaşılan ve öngörülemeyen karmaşık sorunların çözümü için yeni stratejik yaklaşımlar geliştirebilme ve sorumluluk alarak çözüm üretebilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği Alanı ile ilgili sorunların çözümlenmesini gerektiren ortamlarda liderlik yapabilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği). i. Alanında edindiği uzmanlık düzeyindeki bilgi ve becerileri eleştirel bir yaklaşımla değerlendirebilme ve öğrenmesini yönlendirebilme (Öğrenme Yetkinliği).. Alanındaki güncel gelişmeleri ve kendi çalışmalarını, nicel ve nitel veriler ile destekleyerek, alanındaki ve alan dışındaki gruplara, yazılı, sözlü ve görsel olarak sistemli biçimde aktarabilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). i. Sosyal ilişkileri ve bu ilişkileri yönlendiren normları eleştirel bir bakış açısı ile inceleyebilme, geliştirebilme ve gerektiğinde değiştirmek üzere harekete geçebilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). ii. Bir yabancı dili en az Avrupa Dil Portföyü B2 genel düzeyinde kullanarak sözlü ve yazılı iletişim kurabilmek (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). iii. Alanının gerektirdiği düzeyde bilgisayar yazılımı ile birlikte bilişim ve iletişim teknolojilerini ileri düzeyde kullanabilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). iv. v. vi. vii. Alanı ile ilgili verilerin toplanması, yorumlanması, uygulanması ve duyurulması aşamalarında toplumsal, bilimsel, kültürel ve etik değerleri gözeterek denetleyebilme ve bu değerleri öğretebilme (Alana Özgü Yetkinlik) Alanı ile ilgili konularda strateji, politika ve uygulama planları geliştirebilme ve elde edilen sonuçları, kalite süreçleri çerçevesinde değerlendirebilme (Alana Özgü Yetkinlik). Alanında özümsedikleri bilgiyi, problem çözme ve/veya uygulama becerilerini, disiplinlerarası çalışmalarda kullanabilme (Alana Özgü Yetkinlik). Tezli programlarda, kendi çalışmalarını, alanındaki uluslararası platformlarda, yazılı, sözlü ve/veya görsel olarak aktarabilme (Alana özgü yetkinlik). 1: Az, 2. Kısmi, 3. Tam
Relationship between the Course and Chemistry Program Program Outcomes i. Developing and intensifying knowledge in the related program s area, based upon the competency in the undergraduate level (sufficient knowledge) (knowledge). Level of Contribution 1 2 3 ii. Grasping the inter-disciplinary interaction related to one s area (knowledge). iii. The ability to use the epert-level theoretical and practical knowledge acquired in the area (skill). iv. Interpreting and forming new types of knowledge by combining the knowledge from the area and the knowledge from various other disciplines (skill). v. Solving the problems faced in the area by making use of the research methods (skill). vi. The ability to carry out a specialistic study related to one s area independently. (Competence to work independently and take responsibility). vii. Developing new strategic approaches to solve the unforeseen and comple problems arising in the practical processes of one s area and coming up with solutions while taking responsibility (Competence to work independently and take responsibility). viii. Fulfilling the leader role in the environments where solutions are sought for the problems related to the area (Competence to work independently and take responsibility). i. Assessing the specialistic knowledge and skill gained through the study with a critical view and directing one s own learning process (Learning Competence).. Systematically transferring the current developments in the area and one s own work to other groups in and out of the area; in written, oral and visual forms (Communication and Social Competency). i. Ability to see and develop social relationships and the norms directing these relationships with a critical look and the ability to take action to change these when necessary. (Communication and Social Competency). ii. Proficiency in a foreign language at least European Language Portfolio B2 Level- and establishing written and oral communication with that language (Communication and Social Competency). iii. Using the computer software together with the information and communication technologies efficiently and according to the needs of the area (Communication and Social Competency). iv. v. Paying regard to social, scientific, cultural and ethical values during the collecting, interpreting, practicing and announcing processes of the area related data and the ability to teach these values to others (Area Specific Competency). Developing strategy, policy and application plans concerning the subjects related to the area and the ability to evaluate the end results of these plans within the frame of quality processes (Area Specific Competency). vi. Using the knowledge and the skills for problem solving and/or application (which are processed within the area) in inter-disciplinary studies (Area Specific Competency). vii In the programs with thesis, the ability to present one s own work within the international environments orally, visually and in written forms (Area Specific Competency). 1: Little, 2. Partial, 3. Full NOT-2: Ders ile ilgisi olmayan çıktıların boş bırakılması gerekmektedir.
Düzenleyen (Prepared by) Prof. Dr. Gülaçtı Topçu Tarih (Date) 30.05.2011 İmza (Signature)