Crystal Structure Prediction e NMR crystallography per la caratterizzazione di sistemi zwitterionici

La struttura cristallina di una molecola organica allo stato solido influenza molte delle sue proprietà, come la solubilità, la stabilità, la durezza o la fragilità. La conoscenza della struttura di un solido è quindi il punto di partenza per poterne prevedere le caratteristiche e di conseguenza stabilire l'utilità e la funzione che questo può avere. La struttura dei solidi cristallini viene, generalmente, determinata attraverso i metodi di diffrazione, sia essa diffrazione di raggi X o neutronica su cristallo singolo, che forniscono informazioni quali assi, angoli e volume della cella unitaria e la posizioni degli atomi all'interno di quest'ultima. Spesso però non è possibile ottenere la struttura ai raggi X poiché il campione che si vuole investigare esiste solamente in forma di polvere o perché il singolo cristallo non è ottenibile. Negli ultimi decenni sono stati sviluppati programmi di Crystal Structure Prediction (CSP) i quali ricercano la struttura cristallina termodinamicamente più stabile. Vari Blind Test organizzati dal CCDC (Cambridge Crystallographic Data Centre) hanno messo in evidenza le potenzialità del metodo, ma anche alcuni limiti. Per questo il CSP viene spesso accoppiato a tecniche sperimentali, come la risonanza magnetica nucleare allo stato solido (SSNMR). È nata così una nuova tecnica chiamata CSP-NMR crystallography (CSP-NMRX), la quale sfrutta le informazioni ottenibili dal SSNMR sia in fase di input che di output del calcolo CSP, migliorando notevolmente le performance del metodo predittivo e diminuendo il numero di calcoli necessari. In questo lavoro di tesi è stato testato il metodo CSP-NMRX su tre acidi piridin-dicarbossilici, composti organici derivati bicarbossilici della piridina, i quali cristallizzano differentemente in forma neutra o zwitterionica. Per il calcolo CSP è stato utilizzato il codice USPEX, basato su un algoritmo evolutivo. Grazie ad esperimenti monodimensionali (spettri 1H, 13C, 15N) e bidimensionali (13C-1H Hetcor) di SSNMR è stato possibile definire il carattere ionico e il numero di molecole indipendenti delle tre strutture cristalline considerate. Inoltre le informazioni sperimentali sono state utilizzate in fase di output per la selezione della struttura corretta, sulla base del confronto dei chemical shift calcolati e sperimentali.