Corso di laurea: Scienze chimiche Programmazione per l'A.A. 2022/2023

Principi, scopi e problematiche dell’analisi chimica applicata. L’analisi chimica applicata al controllo qualità. Campionamento e pretrattamento di matrici reali solide, liquide e gassose. Impiego di metodiche cromatografiche, elettrochimiche e spettroscopiche per l’analisi di diverse tipologie di campioni. Calcolo di ripetibilità, riproducibilità e precisione. Carte di controllo. Robustezza di un metodo. Resa di recupero ed effetto-matrice. Test non-parametrici.

Ciclo dell’acqua ed approvvigionamento idrico. Controllo, in funzione dell’uso a cui è destinata, dei requisiti analitici di un’acqua destinata al consumo umano. Caratteristiche di un’acqua, analisi ed espressione dei dati analitici. Determinazione di alcuni parametri caratterizzanti. Studio del sistema anidride carbonica bicarbonato carbonato e determinazione della anidride carbonica libera. Misura della temperatura e dell’ossigeno disciolto, del pH, della torbidità e del residuo fisso. Determinazione dei carbonati e dei bicarbonati, Determinazione della durezza temporanea, permanente e totale mediante l’impiego della complessometria. Determinazione dei solfati, cloruri .. Cenni sulla potabilizzazione delle acque. Determinazione del cloro attivo residuo e libero: metodo con N,N-dietil-p-fenilendiammina (DPD). Determinazione di ioni fluoruro, nitrato, nitrito, dell’azoto totale e ammoniacale, dei tensioattivi anionici e del fosforo. Valutazione dello stato di salute di un corpo idrico DO, BOD, COD, TOC, inquinamento da pesticidi, inquinamento da metalli pesanti ferro, cromo manganese.

Analisi dei vini: densità, estratto secco totale, acidità totale, determinazione del grado alcolico, dell’alcool metilico, del glicerolo, degli zuccheri riduttori e totali, degli esteri, degli acidi, dei polifenoli, della prolina, delle sostanze azotate e sostanze minerali, delle vitamine e dell’anidride carbonica.

Analisi delle sostanze grasse. Classificazione e caratterizzazione di un olio di oliva: determinazione del grado rifrattometrico, del numero di saponificazione, dell’acidità, del numero di perossidi e del numero di iodio. Caratterizzazione spettrofotometrica di un olio di oliva. Ricerca dell’olio di semi con il metodo di Villavecchia Fabris.

1. D. A. Skoog, J. J. Leary, Chimica Analitica Strumentale, EdiSES, Napoli, 1995.

2. APAT – IRSA CNR, Metodi analitici per le acque.

3. R. Kellner, J.-M. Mermet, M. Otto, H. M. Widmer, Analytical Chemistry, Wiley-VCH, 1998

4. S.E. Manahan, Chimica Dell’Ambiente, Piccin Editore

5. F.Balestrieri ,D. Marini Metodi di Analisi Chimica dei prodotti alimentari. Monolite editrice

1.
Chimica fisica dei sistemi complessi in fase condensata –

Forze
intermolecolari, energia, dimensioni spaziali e tempi di risposta in fase
condensata – Aspetti fenomenologici della risposta di sistemi complessi a
stimoli – Relazioni stress-deformazione ed equazione costitutiva in funzione
del tempo - Semplici modelli meccanici: modello di Voigt e di Maxwell - Relazione
di Maxwell e applicazioni – Viscoelasticità e tempi di rilassamento: meccanismo
di singola molecola e ipotesi di Eyring –

Proprietà
viscoelastiche di sistemi polimerici - Esperimenti stress-deformazione
dipendenti dal tempo – Esperimenti transienti e periodici e grandezze complesse
- Principio di sovrapposizione di Boltzmann e recupero delle deformazioni –
Processi di riarrangiamento e tempi di rilassamento molecolari – Modelli
semplici di risposta viscoelastica in sistemi polimerici: "entanglement" e
"reptation" -

Processi di
trasporto di fluidi : Fluidi newtoniano e non newtoniani - Flusso e viscosità
in liquidi complessi – Proprietà di viscoelasticità in fluidi complessi - Moti
laminari e moti turbolenti - Viscosità e flusso - Fluidi viscosi pseudoplastici
- fluidi dilatanti - Equazioni empiriche di flussi di scorrimento - Fluidi
viscoplastici e fluidi di Bingham –

Entropia e
modi di rilassamento:transizioni vetrose - Regimi di rilassamento alla
Arrhenius e non-Arrhenius - Tempi di rilassamento da modi vibrazionali e da
modi di entropia configurazionale - Transizioni di fase cinetiche e modelli di
rilassamento di sistemi vetrosi - Modelli del volume libero:Fox-Flory e
William-Landel-Ferry - Modelli cooperativi:Gibbs-Di Marzio, Adam-Gibbs -
Regioni di riorganizzazione cooperativa, Barriere energetiche
"cooperative", Entropia configurazionale.

Transizioni di fase in sistemi molecolari condensati –

Concetti di
base sulle transizioni di fase – Transizioni di miscibilità in sistemi liquidi:
Energia libera di mescolamento, curvatura della funzione energia libera e
separazioni di fase – Sistemi stabili e metastabili - Parametro di Flory -
Interfacce tra fasi e tensione interfacciale - Meccanismi di separazione di
fase: processi di decomposizione spinodale - Processi di nucleazione omogenea ed
eterogenea –

Transizioni
di fase liquido-solido – Processi di sotto-raffreddamento e solidificazione –
Transizioni di fase liquido-cristallo – Processi e meccanismi di nucleazione omogenea ed eterogenea in
transizioni liquido-solido – Cinetiche, barriere di energia e raggi critici di
nucleazione – Stabilità di fronti di separazione di fase -

Elementi
di base di calcolo delle probabilità –

Eventi
casuali, insiemi di prove e probabilità– Eventi reciprocamente escludentisi ed
eventi equiprobabili - Relative probabilità – Eventi dipendenti e indipendenti
e probabilità condizionate – Distribuzione binomiale -

Variabili
aleatorie discrete e continue e funzioni di densità di probabilità – Valor
medio di variabili e funzioni di variabili aleatorie – Proprietà del valor
medio e dispersioni di probabilità – Distribuzioni di Poisson e di Gauss –

Elementi di Termodinamica
statistica

Oggetto della Termodinamica Statistica – Descrizione statistica di
sistemi di N particelle – Particelle distinguibili e indistinguibili –
Microstati e macrostati di un insieme di particelle distinguibili – Funzione W e calcolo del numero di
Microstati di un sistema di particelle distinguibili – Distribuzione di
Boltzmann in un sistema di particelle distinguibili - Valore massimo di ln W e metodo
dei moltiplicatori di Lagrange - Valore massimo di ln W e
proprietà del parametro b - Forma esplicita e significato fisico del parametro b -

Funzione di partizione di un sistema - Forma statistica delle funzioni Energia
Interna, energia libera ed Entropia - Funzione di partizione di singola
particella Zsp - Funzione di partizione ZN per un sistema
di N particelle distinguibili - Zsp e ZN per sistemi di
particelle distinguibili ed indistinguibili - Funzione di partizione Zsp
per un sistema di oscillatori armonici - Funzione di partizione Zsp
e dipendenza da T -

Parti 1 e 2 : capitoli da “Soft Condensed Matter, R.A.L.Jones, Oxford
University Press, UK, 2011

Parte 3: Capitoli da T.L.Hill - An Introduction to Statistical Thermodynamics",
Dover Publications1, USA, 1986

1. STATO SOLIDO

Strutture cristalline: anisotropia dei sistemi cristallini, struttura cristallina e reticolo cristallino, cella primitiva o elementare e cella unitaria, unità ripetitiva chimica e cristallografica, numeri di connessione e coordinazione, poliedri di coordinazione; strutture riconducibili all'ottaedro e al tetraedro. Parametri cristallografici. Classificazione dei solidi; solidi metallici, elementi di simmetria, impaccamento di sfere, strutture compatte: strutture esagonale (hcp) e cubica compatta (ccp). Lacune nelle strutture compatte. Strutture non compatte: struttura cubica a corpo centrato e cubica semplice. Reticoli di Bravais. Raggi ionici e solidi ionici binari e ternari. Strutture cristalline ioniche importanti: cloruro di sodio, cloruro di cesio, fluorite, rutilo, zinco blenda e wurtzite, corindone. Grafite. Sistemi interstiziali in strutture compatte: perovskiti, spinelli, ilmenite. Conteggio degli atomi per definire la stechiometria. Isolanti, semiconduttori e metalli. Cenni di teoria delle bande, bande del litio e del berillio, silicio e suo drogaggio. Cenni sui difetti nei solidi, impurità e superfici. Energia reticolare: teoria elettrostatica, costante di Madelung, ciclo di Born-Haber. Solidi covalenti; solidi molecolari.

2. ATOMO POLIELETTRONICO

Particelle ed onde, la struttura dell’atomo di idrogeno ed i numeri quantici, configurazioni elettroniche degli atomi e degli ioni; principio di Pauli, carica nucleare efficace e livelli energetici in atomi polielettronici, raggi ionici. Atomo polielettronico, Configurazioni, stati e termini elettronici, numeri quantici per l’atomo polielettronico, accoppiamento Russell-Saunders, accoppiamento spin-orbita, accoppiamento j-j. Stati fondamentali per tutte le configurazioni elettroniche degli elementi dei blocchi s, p e d. Proprietà magnetiche. Caratteristiche generali degli elementi di transizione.

3. Teoria dei gruppi, definizione di gruppo, gruppi infiniti, gruppi finiti, ordine di un gruppo, tavole di moltiplicazione, gruppi ciclici, sottogruppi, classi, elementi coniugati e trasformazioni per similarità, elementi ed operazioni di simmetria, prodotti di operazioni di simmetria, classi di operazioni di simmetria, gruppi puntuali di simmetria, molecole lineari, ferrocene, solidi platonici e loro elementi di simmetria, classificazione delle molecole per simmetria, tipi di gruppi di simmetria, tavole dei caratteri, funzioni adattate di simmtria, basi e rappresentazioni di un gruppo, rappresentazioni riducibili ed irriducibili, simbologia di Mulliken per le rappresentazioni. Operazioni di simmetria della molecola dell’acqua e del metano e loro rappresentazioni, operatori di proiezione, SALC, orbitali di simmetria e diagramma degli orbitali molecolari. Spettro di fotoelettroni del metano. Interazioni di orbitali e formazione dei complessi. Numeri di coordinazione quattro, cinque e sei. L’isomeria geometrica nei complessi esacoordinati e planari quadrati. Isomeria ottica.

4. Proprietà magnetiche di atomi e ioni di elementi di transizione, configurazioni elettroniche, stati di ossidazione, momenti angolari e momenti magnetici, [Ti(H2O)6]3+. Separazione dei termini degli stati fondamentali in un campo cristallino ottaedrico. Suscettività magnetica.

5. TEORIE CFT-LFT-MO

Classificazione dei leganti: per atomo donatore; mono e polidentati; leganti s e leganti p. Teorie del campo cristallino e del campo dei leganti. Splitting di un set di orbitali d in campi cristallini ottaedrici e tetraedrici e loro diagrammi di energia. Diagrammi di energia di sistemi distorti. Configurazioni alto-basso spin. Effetto Jahn-Teller. Andamento dei raggi di ioni 2+ della prima serie di transizione in complessi ottaedrici. Teoria MO. Proprietà di trasformazione degli orbitali s, p e d in simmetria Oh. Diagrammi di energia per complessi ottaedrici, tedraedrici, planari quadrati tramite la teoria MO. Regola dei 18 elettroni. Serie Spettrochimica dei leganti.

6. SPETTRI OTTICI DI COMPLESSI INORGANICI

Spettri ottici di complessi inorganici e legge di Lambert-Beer. Meccanismo elettrico dipolare delle transizioni ottiche. Momento di transizione. Funzioni d’onda orbitalica, di spin, vibrazionale, rotazionale e traslazionale. Funzioni gerade ed ungerade. Regole per la valutazione dei prodotti diretti nei gruppi di simmetria. Regola di Laporte. Prodotto diretto in complessi ottaedrici. Conseguenze dell’assenza dell’elemento inversione in geometria tetraedrica. Transizioni d-d. Deviazioni dalla simmetria cubica. Effetto Jahn-Teller. Intensità e larghezza delle bande di assorbimento. Vibrazioni. Principio di Franck-Condon. Accoppiamento spin-orbita. Diagrammi di Tanabe Sugano e parametri di Racah. Studio degli spettri di ioni [M(H2O)6]n+ per tutte le configurazioni elettroniche “d”. Esame degli spettri di ioni [ML6]n+ ad alto e basso spin. Spettri di complessi di ioni della II e III serie di transizione. Spettri di complessi ottaedrici distorti e spettri di complessi tetraedrici. Serie spettrochimica e nefelauxetica. Spettri di trasferimenti di carica.

7. SISTEMATICA INORGANICA PER CLASSI DI COMPOSTI

Chimica degli elementi di transizione: caratteristiche generali; preparazione, proprietà ed uso degli elementi. Composti più comuni: sintesi e reattività. Complessi organometallici di uso industriale. Reattivi di Grignard, Metallo-alchili, alchilideni, carbeni, composti carbonilici, ciclopentadienilici degli elementi più importanti.

8. PROPRIETÀ MAGNETICHE DEI COMPLESSI INORGANICI.

Diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo. Misure magnetiche e correlazioni tra proprietà magnetiche e strutture elettroniche dei composti.

9. CONCETTI DI FOTOCHIMICA INORGANICA.

10. CENNI SULLE PRINCIPALI TECNICHE SPETTROSCOPICHE.

Lo studente è libero di scegliere libri diversi da quelli presenti nella seguente lista.
1. 1) F. ALBERT COTTON, GEOFFREY WILKINSON, CARLOS A. MURILLO, MANFRED BOCHMANN, Advanced Inorganic Chemistry, 6th Edition, Wiley
2) N. N. GREENWOOD, A. EARNSMAW, Chimica degli Elementi, Piccin
3) W. W. PORTERFIELD, Chimica Inorganica, Zanichelli
4) D.F. SHRIVER, P.W. ATKINS, C.H. LANGFORD, Chimica Inorganica, Zanichelli
5) F. A. COTTON, La teoria dei gruppi in chimica, Tamburini

RADICALI

Stabilità dei radicali – Alogenazione negli alcani – Probabilità e reattività nella formazione dei prodotti – principio della reattività-selettività – Formazione di perossidi – Addizione di radicali agli alcheni – Stereochimica delle reazioni radicaliche di sostituzione e addizione – Sostituzione radicalica degli idrogeni allilici e benzilici – reazioni radicaliche nei sistemi biologici.

STRATEGIE SINTETICHE PER L'OTTENIMENTO DI BUILDING BLOCK MACROCICLICI

Eteri corona, lariat eteri corona, criptandi ciclofani, metaciclofani in conformazione 1,3-alternata, calixareni, eterocalixareni, resorcareni (sintesi, conformazioni limite, capsule esameriche, immobilizzazione via intrabridging, cavitandi, carcerandi ed emicarcerandi), ciclodestrine, pseudorotaxani. Sintesi ‘one-pot’ e sintesi ‘convergente’ dei calixareni.

SINTESI ASIMMETRICA

Introduzione e principi – Addizione a composti carbonilici –a-sostituzione con enolati chirali – Reazioni aldoliche asimmetriche – Addizione a doppi legami C-C – Riduzione e ossidazione – Trasposizioni – Idrolisi ed esterificazione

GREEN CHEMISTRY

Definizione di green chemistry - I 12 principi della chimica verde - L'atom economy e gli altri parametri per valutare l’efficienza di un processo - L'uso dei solventi nei processi chimici – Limitazioni, normative e pericolosità delle diverse classi di solventi – Metalli pesanti, definizione, usi e normative – Poliuretani, isocianati e fosgene, alternative sostenibili al fosgene – Pericolosità del metilisocianato e disastri ambientali - IPA, diossine e furani: strutture, caratteristiche chimico-fisiche e tossicologia ed ecotossicologia di queste sostanze – Materie prime per un’industria sostenibile: polimeri da terpeni, il PLA, biocombustibili e biodiesel

1) Appunti dalle lezioni

2) P. Y. BRUICE - Chimica organica - 3a Edizione EdiSES

3) W.H. BROWN e altri autori - Chimica Organica 5a Edizione EdiSES

4) STUART WARREN “Designing Organic Syntheses”, John Wiley &Sons

5) GARRY PROCTER “Sintesi Asimmetrica”, Edizione EdiSES

6) PAUL ANASTAS and JOHN WARN “Green chemistry theory and practice - Oxford University Press Inc.

Introduzione (Lez. 1)Rilevanza applicativa ed economica dei composti naturali. Metaboliti primari e secondari. I ‘mattoni biosintetici’. La varietà strutturale e le parentele biosintetiche fra vari gruppi di composti naturali. Analoghi e derivati semisintetici dei composti naturali.Chimica Medica eDrug Discovery(Lez. 2 – 4)Composti guida, farmaci, medicine. Le origini della ‘Chimica Medica’.Drug discoveryeDrug development. Metodi empirici e metodi razionali. Individuazione dei composti-guida. Cromatografia bioguidata. Farmacocinetica e farmacodinamica. Relazioni fra struttura e attività (SAR): oppioidi, paclitaxel. Lipofilicità e log P. Grafica Molecolare.Recettori, agonisti e antagonisti (Lez. 5 – 8)Enzimi e malattie. Inibitori enzimatici. Inibitori reversibili e irreversibili. Inibitori competitivi, non competitivi e acompetititvi. Esempi di inibitori reversibili: sulfamidici; ACE-inibitori; statine; inibitori della 5-a-reduttasi steroidica; inibitori della AchE; inibitori della peptidil transferasi ribosomiale. Esempi di inibitori irreversibili: antibiotici b-lattamici; inibitori delle COX.Inibitori enzimatici (Lez. 9 – 12)Enzimi e malattie. Inibitori enzimatici. Inibitori reversibili e irreversibili. Inibitori competitivi, non competitivi e acompetititvi. Esempi di inibitori reversibili: sulfamidici; ACE-inibitori; statine; inibitori della 5-a-reduttasi steroidica; inibitori della AchE; inibitori della peptidil transferasi ribosomiale. Esempi di inibitori irreversibili: antibiotici b-lattamici; inibitori delle COX. Agenti che interagiscono con il DNA: intercalanti eminor groove binders; inibitori delle topoisomerasi, inibitori delle DNA ed RNA polimerasiMetabolismo degli Xenobiotici (Lez. 13 -14)Xenobiotici. ADME. Enzimi di Fase I e di Fase II. Ossidazioni. Citocromo P450. Ossidrilazione di composti aromatici. Epossidazioni di alcheni. Ossidazione di carboni in a a carboni sp2. Aromatizzazione ossidativa. Dealchilazione ossidativa. CYP450 e interazione fra farmaci. Enzimi di fase II. Coniugazione col glutatione. Glucuronidazione. Solfatazione.N-acetilazione. Esterificazione con lipidi. Metilazione. Esempi di metabolismo dei farmaci.Chemoprevenzione del cancro (Lez. 15)Danno ossidativo alle macromolecole biologiche. Antiossidanti. Agenti chemopreventivi. Anti-iniziatori. Anti-promotori. Antiproliferativi e induttori dell’apoptosi.Via biogenetica dell’acetato (Lez. 16 - 21)Biosintesi degli acidi grassi. Acidi insaturi. Prostaglandine, trombossani e leucotrieni.Polichetidi aromatici. Biosintesi dei sistemi aromatici e accoppiamento radicalico. Principi attivi di Iperico e Senna. Aflatossine e contaminazione microbica degli alimenti. Acido micofenolico e immunosoppressori. Antibiotici macrolidici e amminoglicosidici. Antracicline. Micotossine.Via biogenetica del mevalonato (Lez. 22 – 26)Terpenoidi. Emiterpenoidi. Monoterpeni irregolari: piretrine e insetticidi derivati. Monoterpenoidi: costituenti di olii essenziali e fragranze; sintesi industriali del mentolo. Oleuropeina e idrossitirosolo. Canfora. Sesquiterpenoidi: artemisinina e antimalarici. Gossipolo. Diterpenoidi: vitamina A. Triterpenoidi; nortriterpenoidi. Carotenoidi: sintesi industriale del b-carotene. Steroidi: sintesi del progesterone e dei corticosteroidi. Cardenolidi e farmaci cardiotonici.La via biogenetica dello shikimato e i polifenoli (27 – 33)Biosintesi dell’acido shikimico e composti correlati. Acidi fenolici. Biosintesi dei fenilpropanoidi. Costituenti di olii essenziali dalle spezie. Polifenoli negli alimenti. Acido salicilico e aspirina. Oleocantale e proprietà antiinfiammatorie dell’olio d’oliva. Cumarine e dicumarolo.Accoppiamento ossidativo nella biosintesi di lignani e neolignani. Podofillotossina; sintesi dell’etoposide. Biosintesi di stilbenoidi e flavonoidi. Resveratrolo: proprietà e presenza in alimenti e bevande. Sintesi di stilbenoidi. Flavonoidi; flavanoni (antiossidanti e amaricanti). Flavanoli del tè verde (catechine). Antocianine in cibi e bevande. Biosintesi degli isoflavonoidi. Isoflavonoidi (fitoestrogeni). Tannini idrolizzabili e condensati.Alcaloidi (34 – 40)Proprietà medicinali degli alcaloidi. Alcaloidi da acido nicotinico: nicotina, arecolina (stimolanti).Reazioni di Mannich nella biosintesi di alcaloidi. Alcaloidi da ornitina-fenilalanina: ioscamina (atropina), cocaina e altri alcaloidi tropanici. Sintesi biomimetica della cocaina. A. derivanti da fenilalanina: efedrina e analoghi sintetici (amfetamine); catinone; euforizzanti psicotropi. Antimitotici: colchicina. Alcaloidi derivanti dal triptofano: serotonina e analoghi. Alcaloidi indolici-terpenoidici antitumorali. Alcaloidi derivanti da triptofano: a. pirroloindolici (fisostigmina). Alcaloidi dell’ergot; LSD. Alcaloidi chinolinici: chinina e analoghi (antimalarici). Camptotecina (antitumorali).Alcaloidi derivanti da tirosina: fenetilammine, catecolammine, mescalina. Alcaloidi dell’oppio e analoghi sintetici. (Narcotici e analgesici). Sintesi del metadone. Alcaloidi da altre vie biosintetiche: taxolo e analoghi. A. purinici: bevande nervine. Antimetaboliti.Altri composti naturali bioattivi e loro analoghi sintetici (41)Farmaci antivirali. Ciclopeptidi. Composti solforati in fonti alimentari: aromi, agenti antitrombotici, agenti antitumorali. Glucosinolati. Composti alogenati.Esercitazioni in laboratorio (Lez. 42 - 47)Tecniche di estrazione dei composti bioattivi, estrazione con solventi, filtrazione sottovuoto, cromatografia su colonna, cromatografia su strato sottile (TLC), cromatografia bioguidata.Estrazione e purificazione di acido rosmarinico e carnosico da foglie di rosmarino.

1. Paul M. Dewick, Chimica, Biosintesi e Bioattività delle Sostanze Naturali, 2aEdiz.,Piccin2. Richard B. Silverman, The Organic Chemistry of Drug Discovery and Drug Action, 2ndedition, Elsevier – Academic Press3. Richard B. Silverman, Mark W. Holladay, Manuale di Chimica Farmaceutica, Edra SpA 20154. Diapositive del corso (vedi: materiale didattico disponibile su STUDIUM)

CROMATOGRAFIAPrincipi teorici delle separazione cromatografica. Tempo di ritenzione e volume di ritenzione. Fattore
di capacità. Selettività, risoluzione, simmetria dei picchi. Efficienza di una colonna cromatografica e
piatto teorico. Migrazione differenziale degli analiti e allargamento della banda cromatografica:
percorsi multipli (effetto Eddy), diffusione longitudinale, trasferimento di massa in fase mobile, fase
mobile stagnante e fase stazionaria. Equazione di Van Deemter. Allargamento della banda non
dovuto alla colonna.Classificazione delle tecniche cromatografiche:- Cromatografia liquida di adsorbimento (liquido/solido, LS). Cromatografia liquida a pressione
atmosferica su colonna (LPC) e cromatografia su strato sottile (TLC). Descrizione del sistema
cromatografico a pressione atmosferica.- Cromatografia liquida ad alta prestazione su colonna (HPLC).
Caratteristiche delle fasi stazionarie utilizzate in HPLC in fase normale (liquido/solido) e in HPLC in
fase inversa (RP-HPLC, liquido/liquido). Descrizione del sistema cromatografico ad alte prestazioni.
La valvola di iniezione del campione ("loop").
Le pompe: pompa a siringa, a pistone singolo, pompa reciprocate a doppio pistone. Smorzatori di
pressione (dampers).
Fasi mobili per HPLC: proprietà fisiche, potere eluente e selettività. Preparazione della fase mobile:
anidrificazione, filtrazione e degasaggio. Preparazione del campione. Fase mobile e fase
stazionaria. Esempi di separazione di composti organici mediante HPLC in fase normale e inversa.
Ottimizzazione delle condizioni cromatografiche.
Rivelatori per cromatografia liquida. Proprietà generali: (limite di rivelazione (LOD), range dinamico
lineare (LDM). Rivelatori: UV-VIs, Diode array, indice di rifrazione, fluorescenza. spettrometro di
massa.- Cromatografia ad esclusione molecolare. Principi. Fasi stazionarie e fasi mobili. esempi di
separazione di biopolimeri.- Cromatografia a scambio ionico. Principi. Fasi mobili e fasi stazionarie. Esempi di separazione di
composti organici. L'analizzatore di amminoacidi.- Cromatografia di affinità. Principi. Fase mobile e fase stazionaria. Cromatografia di affinità
colorante proteina per la purificazione delle proteine.- Gas cromatografia.
Descrizione di un sistema gascromatografico. Gascromatografia di adsorbimento (gas solido, GSC)
e gascromatografia di ripartizione (gas liquido, GLC). Colonne capillari e impaccate. Il gas di
trasporto. Fasi stazionarie solide e liquide. Scelta delle fase stazionaria.
Rivelatori per gascromatografia: conducibilità termica (TCD), a ionizzazione di fiamma (FID), a
cattura di elettroni (ECD). Spettrometro di massa.SPETTROMETRIA DI MASSACos’è la Spettrometria di Massa. Principi del metodo. Schema a blocchi di uno strumento. Lo
spettro di massa.Tecniche di ionizzazione e tipi di analizzatori.La sorgente di ionizzazione per interazione elettronica (EI).Analizzatori magnetici e potere risolutivo. Analizzatori a doppia focalizzazione (magnetici -
elettrostatici). Alta risoluzione. Masse nominali, masse esatte, masse monoisotopiche, masse
molecolare relative. Massa esatta e determinazione della formula molecolare.Ione molecolare e picchi isotopici. Criteri per il riconoscimento dello ione molecolare. Informazioni
deducibili dallo ione molecolare e dai picchi isotopici. Regola dell'azoto.
Ionizzazione per impatto elettronico (EI). Principi delle reazioni di frammentazione degli ioni
organici e interpretazione degli spettri di massa per EI. Cenni alla teoria del quasi equilibrio.
Classificazione delle reazioni di frammentazione. Scissione di legami sigma e riarrangiamenti.Regola degli elettroni pari. Localizzazione della carica. Criteri per la valutazione dell'intensità degli
ioni frammento.Scissione dei legami sigma in molecole che non contengono gruppi funzionali. Frammentazione di
composti contenenti doppi legami o eteroatomi. Scissione alfa (processo promosso dal sito
radicalico). Scissione induttiva (processo promosso dal sito carico). Frammentazione dei composti
ciclici. Riarrangiamenti. Frammentazioni tipiche delle più comuni classi di sostanze organiche.Rivelazione e acquisizione.- Ionizzazione per desorbimento/ionizzazione laser assistita da matrice (MALDI). La sorgente MALDI.
Principi operativi. Matrici MALDI. Preparazione del campione. Calibrazione in MALDI.
- Analizzatori a tempo di volo (TOF). Principi operativi. Miglioramento del potere risolutivo: delayed
extraction e ion reflector.- Ionizzazione per elettronebulizzazione (ESI). Principi operativi. Formazione e trasferimento degli
ioni nella sorgente ESI.- Ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI). Principi operativi.
- Analizzatore quadrupolare. Principi operativi.- Analizzatore a trappola ionica. Principi operativi.- Analizzatore Orbitrap. Principi operativi.- Spettrometria di massa tandem. Spettrometria di massa tandem nello spezio e nel tempo.- Accoppiamento gascromatografia/spettrometria di massa (GC/MS) e cromatografia liquida ad alte
prestazioni in fase inversa/spettrometria si massa (RP-HPLC/MS).

1. R. Cozzi, P. Protti, T. Ruaro, ELEMENTI DI CHIMICA ANALITICA STRUMENTALE, Terza edizione,
Tecniche di analisi per Chimica e materiali, Zanichelli, 2020.2. J. H. Gross, MASS SPECTROMETRY- A Textbook, Springer 2011.3. J. H. Gross, SPETTROMETRIA DI MASSA, EdiSES, 2016.4. F.W. McLafferty, INTERPRETATION OF MASS SPECTRA University Science Books 1980.5. K.A. Rubinson, J.F. Rubinson, Chimica analitica strumentale, 1a ed.,Bologna, Zanichelli, luglio
2002. ISBN 88-08-08959-2.

IntroduzioneImportanza delle tecniche spettroscopiche in chimica organica. Regioni dello spettro elettromagnetico e corrispondenti tecniche spettroscopiche.Spettroscopia ultravioletta e visibile (UV-VIS)Introduzione e concetti fondamentali. Analisi ed interpretazione di uno spettro UV-VIS: bande caratteristiche e intensità dell'assorbimento. Principali cromofori.Esercitazioni.Spettroscopia infrarossa (IR)Introduzione e concetti fondamentali. Analisi ed interpretazione di uno spettro IR. Assorbimenti caratteristici dei principali gruppi funzionali di molecole organiche. Esercitazioni.Introduzione alla Spettrometria di risonanza magnetica nucleare (NMR)Proprietà magnetiche dei nuclei. Livelli energetici e popolazione di nuclei immersi in un campo magnetico. Processi dirilassamento. Spettroscopia NMR ad impulsi e a trasformata di Fourier (PFT- NMR). Spettrometri NMR.Spettri 1H NMRSpostamento chimico (chemical shift). Costante di schermo e sue componenti. Effetti induttivo, di anisotropia diamagnetica, di campo elettrico; effetti delle relazioni intermolecolari sul chemical shift. Protoni su atomi di ossigeno e azoto. Intensità dei segnali. L'accoppiamento 'spin-spin'.Accoppiamenti scalari e dipolari. Sistemi di ordine zero e del 1° ordine. Equivalenza chimica ed equivalenza magnetica. Sistemi del 2° ordine. Esercitazioni.Spettri 13C NMRCaratteristiche del nucleo 13C. Classi di composti e spostamento chimico. Parametri da valutare nella esecuzione di un esperimento 13C NMR. Disaccoppiamento di spin (doppia risonanza). Disaccoppiamento eteronucleare a banda larga. Effetto nucleare Overhauser (NOE). NOE eteronucleare. Disaccoppiamento controllato (Gated decoupling). Esercitazioni.Spettri 1H NMR e struttura molecolareEquivalenza, simmetria e chiralità. Coppie di protoni omotopici, enantiotopici e diasterotopici. Effetti di un centro chirale. Accoppiamento virtuale. Costanti di accoppiamento: struttura e stereochimica. Accoppiamenti omonucleari: geminali, vicinali e a lunga distanza. Doppia risonanza omonucleare 1H-1H. Spettrometria per differenza ad effetto Overhauser (NOE). Effetto solvente e reagenti di shift. Esercitazioni.NMR nei processi dinamiciEquilibrio conformazionale ed equilibrio chimico. Scambio veloce e scambio lento. Spettri NMR a temperatura variabile. Equazione di Eyring. Spettri NMR di composti contenenti idrogeni ‘mobili’.Esperimenti avanzati e 2D NMREsperimenti monodimensionali avanzati: tempo di evoluzione e tempo di mescolamento. Evoluzione della magnetizzazione in sistemi AX, AX2 e AX3. J-modulation. Spettro DEPT. Spettro 1D-TOCSY. Esperimenti NMR bidimensionali (2D NMR). Spettri di correlazione omonucleare. Analisi degli spettri 1H-1H COSY e 1H-1H TOCSY. Esperimenti 1H-1H NOESY e ROESYe analisi degli spettri. Spettri di correlazione eteronucleare. Analisi degli spettri 1H-13C COSY (HETCOR) e di correlazione eteronucleare a lunga distanza 1H-13C (HMBC). Esercitazioni.Spettri NMR di eteronucleiSpettri 15N NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1H-15N.Spettri 19F NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1H-19F. Spettri 31P NMR: caratteristiche, regione di chemical shift, costanti 1H-31P. Accoppiamenti multinucleari.Interazioni proteina – leganteInterazioni con piccoli leganti. Sistemi diffusion limited, KD, equazioni. Scambio chimico: scambio lento e veloce. Scale di tempo e scambio chimico. Screening in vitro. Esperimenti per la caratterizzazione NMR: WaterLOGSY, STD, DOSY. Analisi delle tre tecniche e loro confronto.Cenni di NMR allo stato solido (HR-MAS NMR)Esercitazioni in aulaAnalisi guidata di spettri (NMR, MS, UV, IR); uso integrato delle tecniche spettroscopiche studiate e svolgimento di problemi di determinazione della struttura di molecole organiche.LaboratorioIdentificazione di una molecole organiche incognite mediante acquisizione e successivo studio di spettri NMR, UV e IR.Simulazione dell' analisi del profilo metabolico di estratti di frutti e piante mediante 1H NMR

R.M. Silverstein, F.X. Webster e D.J. Kiemle, “Identificazione Spettroscopica Di Composti Organici” Casa Editrice Ambrosiana (Milano)A. Randazzo, “Guida pratica alla interpretazione degli spettri NMR” Loghìa PublishingL. D. Field, S. Sternhell, J.R. Kalman, “Organic Structures From Spectra” IV Edizione, John Wiley and Sons (Chichester New York Brisbane Toronto Singapore)M. Hesse, H. Meier, B. Zeeh, “Metodi Spettroscopici In Chimica Organica” EdiSES (Napoli)Materiale didattico reso disponibile su www.studium.unict.it

Sviluppi storici e sviluppi attuali; della chimica dei composti organometallici. Classificazione dei composti organometallici; Composti organometallici dei gruppi principali trattati per tipologia di metallo: metodi di preparazione e reattività; Applicazione della teoria dei gruppi nella trattazione del legame dei borani. Composti organometallici degli elementi di transizione trattati secondo la classificazione dei leganti: Leganti sigma-donatori; Leganti sigma-donatori/p-greca-accettori; leganti p-greca-donatori/p-greca-accettori. Teoria dei gruppi applicata alla caratterizzazione IR e Raman dei metallo carbonili. Il legame chimico nei composti organometallici: Simmetria, teoria dei gruppi, diagrammi MO. I composti organometallici nella catalisi: idrogenazione di olefine, ciclo Monsanto, ciclo di Wacker, polimerizzazione di olefine. I composti organometallici nella sintesi di materiali in forma di film e nano particelle. I composti organometallici nelle scienze della vita: problematiche tossicologiche e applicazioni come agenti terapeutici.



1) INTRODUZIONE




Sviluppi storici e sviluppi attuali
Classificazione dei composti organometallici
Tipologie di reazioni tipiche in chimica organometallica:

addizione ossidativa/eliminazione riduttiva
modifica/sostituzione di leganti
inserzioni migratorie.






2) COMPOSTI ORGANOMETALLICI DEI GRUPPI PRINCIPALI


Metodi di preparazione
Organometallici dei metalli alcalini.

Strutture e legame in composti alchil e aril litio.



- Organometallici gruppo 13:

o alchil- e aril-alluminio;

o carbo- e idro-alluminazione.

o Borani e carborani: regola di Wade, closo-, nido- e aracno-borani.

- Organometallici gruppo 14:


o alchil-Si, Ge, Pb. Siliconi.





3) IL LEGAME CHIMICO NEI COMPOSTI ORGANOMETALLICI




Principi base teoria dei gruppi

Derivazione simmetria di una molecola.
Interpretazione tavola dei caratteri.





Esercitazione teoria dei gruppi

descrizione del legame di sistemi semplici quali il diborano (con derivazione delle SALC).
Diagramma MO di composti organometallici a simmetria ottaedrica e tetraedrica.






4) COMPOSTI ORGANOMETALLICI DEGLI ELEMENTI DI TRANSIZIONE




Metodi di preparazione
Leganti s-donatori: alchili, arili.
Leganti sigma-donatori/p-greca-accettori: carbeni, carbini, alchilideni e alchilidini, carbonili.
Leganti p-greca-donatori/p-greca-accettori: allili, ciclopentadienili, areni.



Esercitazione teoria dei gruppi:

derivazione numero di modi totali in piccole molecole
derivazione bande IR per sistemi metallo carbonili. Modi IR e Raman attivi.
descrizione del legame tramite approccio MO di sistemi bis-ciclopentadienili a simmetria D5h e D5d.






5) ASPETTI APPLICATIVI E INNOVATIVI


I composti organometallici nella catalisi.


Definizione dei parametri TON, TOF e EE.
Idrogenazione di olefine tramite catalizzatore di Wilkinson e metatesi di legame s.
Sintesi acido acetico tramite ciclo Monsanto.
Sintesi di aldeidi tramite ciclo di Wacker.
Polimerizzazione di olefine tramite catalisi eterogenea (cenni polimerizzazione Ziegler-Natta).
Catalisi omogenea tramite constrained geometry catalyst.







I composti organometallici nella sintesi di materiali:


esempi applicativi di composti organometallici quali ciclopentadienili e carbonili nei processi di preparazione di materiali in forma di film e nano particelle.







I composti organometallici nelle scienze della vita:


Problematiche tossicologiche.
Composti organometallici come agenti terapeutici.
Composti organometallici come biosensori e per il riconoscimento molecolare in soluzioni acquose.
Composti organometallici naturali: enzimi e proteine.










ATTIVITA' SEMINARIALI

Lantanidi e terre rare: elementi sconosciuti nella vita di tutti i giorni.

Ch. Elschenbroich, J. Oliveira "Organometallics", VCH, 2006.

Miessler, Tarr, Chimica Inorganica, 2011, Piccin (Cap. 4, 13, 14, 15).

Introduzione
agli argomenti del corso. Richiami sulle caratteristiche strutturali
degli amminoacidi, del legame peptidico e delle proteine. Modifiche
post-traduzionali. Dalle proteine al proteoma. Complessità e variabilità del
proteoma. La caratterizzazione del proteoma: l’era della proteomica. Proteomica di Espressione e Proteomica
Funzionale. Relazione tra proteomica e le altre scienze –omiche. Overwiev sulle
tecniche analitiche utilizzate in proteomica.La Spettrometria di massa applicata allo studio di
peptidi e proteine. Richiami dei concetti di base della spettrometria di
massa. Ionizzazione ESI e MALDI. La Spettrometria di massa tandem (MS/MS) per
la caratterizzazione della sequenza di un peptide. Caratterizzazione della
sequenza amminoacidica di una proteina mediante spettrometria di massa. Interpretazione
dei dati MS/MS: il de novo Sequencing.Metodi per l’analisi del proteoma. Preparazione del
campione: metodiche di estrazione delle proteine dal campione. Approcci
proteomici top-down, middle-down e bottom-up. Approcci gel-based e approcci
gel-free. Banche dati proteiche. Programmi per l’identificazione proteica mediante
dati di spettrometria di massa: il software Mascot e il software PEAKS. Proteomica Quantitativa: approcci SILAC, ICAT
e iTRAQ e approcci label-free. Analisi delle modifiche post-traduzionali. Esempi
e applicazioni pratiche.











Cenni di Bioinformatica applicata allo studio delle
sequenze proteiche. Metodi di allineamento di sequenze proteiche. Le Dot
Matrix e le Matrici di Sostituzione. Ricerca di similarità in banche dati
mediante algoritmi euristici: FASTA e BLAST. Allineamento multiplo di sequenze:
il software ClustalW.

Proteomica – T.
Alberio; M. Fasano; P. Roncada; EDISESComputational
Methods for Mass Spectrometry Proteomics – I. Eidhammer; K. Flikka; L. Martens;
S.O. Mikalsen; WILEY



Proteomics
in Practice: A Laboratory Manual of Proteome Analysis – R. Westermeier; T. Naven; WILEY

Interazioni non covalenti

Interazionip-greco

Effetto idrofobico

Progettazione di architetture supramolecolari

Cooperatività, preorganizzazione e complementarietà

Caratterizzazione di sistemi supramolecolari

Capsule Molecolari

Catenani, Rotaxani e Pseudorotaxani

- Appunti delle lezioni

- E.V. Anslyn, D.A.Dougherty "Modern Physical Organic Chemistry" University Science Books

- J.M.Lehn "Supramolecular Chemistry" VCH

Interazioni non covalentiInterazioni p-grecoEffetto idrofobicoProgettazione di architetture supramolecolariCooperatività, preorganizzazione e complementarietàCaratterizzazione di sistemi supramolecolariCapsule MolecolariCatenani, Rotaxani e PseudorotaxaniStrategie sintetiche di recettori supramolecolari abioticiStrategie sintetiche di Capsule MolecolariCaratterizzazione strutturale di supramolecole organiche in soluzioneApplicazioni di strutture supramolecolariEsperienze di Laboratorio

- Appunti delle lezioni- E.V. Anslyn, D.A.Dougherty "Modern Physical Organic Chemistry" University Science Books- J.M.Lehn "Supramolecular Chemistry" VCH

LE BASI DELL’ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA. Struttura e funzione di una cellula. Le caratteristiche che distinguono le cellule procariotiche da quelle eucariotiche. ORGANIZZAZIONE INTERNA DELLA CELLULA. Struttura e funzione della membrana plasmatica: principi sul trasporto di membrana e la comunicazione tra cellule. La compartimentazione delle cellule: organizzazione in organelli funzionali specializzati quali i mitocondri, il reticolo endoplasmatico, l’apparato del Golgi, i perossisomi, i lisosomi. Struttura e mobilità cellulare: organizzazione del citoscheletro in microfilamenti, microtubuli, filamenti intermedi. IL CICLO CELLULARE. Mitosi, meiosi. Cenni sui sistemi di controllo del ciclo vitale di una cellula. Meccanismi di morte cellulare. STRUTTURA DELLE MACROMOLECOLE. Proprietà chimico-fisiche degli acidi nucleici. La struttura, la topologia e la conformazione della doppia elica del DNA. La struttura, le classi dell'RNA e la loro versatilità funzionale. Nozioni di base sulla struttura delle proteine e le loro modificazioni post-traduzionali. Interazioni tra le macromolecole. Carboidrati e lipidi e loro ruolo biologico. ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA E DEL GENE. Organizzazione del DNA nella cellula. Struttura della cromatina: dal nucleosoma alle fibre di ordine superiore. Caratteristiche fisiche e funzionali dei genomi dei procarioti e degli eucarioti. Significato delle sequenze codificanti e non codificanti nel genoma. Caratteristiche del gene nei procarioti e negli eucarioti. IL MECCANISMO DELLA REPLICAZIONE. Caratteristiche generali. Le DNA polimerasi e le loro specializzazioni. La forca replicativa e la sintesi del DNA. Le fasi di inizio, terminazione e regolazione della replicazione: confronto tra procarioti ed eucarioti. LA MUTABILITA' E LA RIPARAZIONE DEL DNA. I danni al DNA, gli errori di replicazione e la loro riparazione. IL MECCANISMO DELLA TRASCRIZIONE. RNA polimerasi e le loro specializzazioni. I fattori della trascrizione e i promotori. Le fasi di inizio e terminazione della trascrizione: confronto tra procarioti ed eucarioti. Meccanismi di maturazione dell'RNA: capping, aggiunta di coda polyA, splicing, editing. Lo spliceosoma. IL MECCANISMO DELLA TRADUZIONE. Caratteristiche generali. Il codice genetico e le sue regole. Il legame degli amminoacidi al tRNA. L'apparato della traduzione: struttura e funzione di tRNA e ribosoma. Le fasi di inizio, allungamento e terminazione della traduzione: confronto tra procarioti ed eucarioti. LA REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA. Controllo dell'inizio della trascrizione del gene mediante attivatori e repressori. RNA regolatori. Regolazione genica nei procarioti: modello degli operoni, equilibrio lisi/lisogenia fago lambda. Regolazione genica negli eucarioti: funzione dienhancer, insulator, silencer, modificazione degli istoni, rimodellamento dei nucleosomi. METODOLOGIE DI BIOLOGIA MOLECOLARE. Elettroforesi di macromolecole. Clonaggio di molecole di DNA. Analisi di acidi nucleici mediante PCR, real-time, microarray. Sequenziamento.

1)B. Alberts et al., Molecular Biology of the Cells, Garland Science.

2) G. Karp, Biologia Cellulare e Molecolare, 5 ed, Edises.

3)Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichel