Corso di laurea magistrale - Area di Scienze MM.FF.NN. - Accesso libero con verifica di requisiti e preparazione in ingresso - Classe LM-54 (D.M. 270/2004)
Lingua: Italiano
Informazioni generali
o Classe di Laurea: LM-54
o Tipologia di corso: Laurea Magistrale
o Durata: 2 anni
o Tipo di accesso: Accesso libero con verifica di requisiti e preparazione in ingresso
o Area di afferenza: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
o Dipartimento: Scienze e Tecnologie Chimiche
o Codice corso: J63
Descrizione e obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire conoscenze avanzate nelle discipline chimiche fondamentali (Chimica Analitica, Biochimica, Chimica Fisica, Chimica Inorganica, Chimica Organica). Verranno approfondite in particolare le conoscenze dei meccanismi di reazione in chimica organica, della spettroscopia molecolare, della catalisi, dell'analisi di sistemi complessi.
Il carattere multidisciplinare della formazione è arricchito e consolidato da una serie di insegnamenti specifici in campo alimentare, analitico clinico, elettroanalitico, della chimica dei materiali e dei sistemi biologici.
Per la preparazione della prova finale, il corso prevede un tirocinio di almeno 8 mesi presso un laboratorio di ricerca del Dipartimento di afferenza. Questa attività può essere svolta anche presso Laboratori di Enti di Ricerca o industriali previa approvazione di un progetto di Tesi e individuazione di un relatore interno.
Sbocchi professionali
Il laureato svolge le funzioni di chimico, come chimico di idrocarburi e derivati, chimico fisico, chimico industriale, chimico metallurgico, chimico organico, chimico tossicologo. Viene impiegato presso industrie chimiche, enti di controllo sanitario e ambientale, enti di ricerca. Sa operare processi di sintesi e purificazione delle sostanze, analizzare sistemi in matrici complesse, progettare e validare nuove procedure sintetiche e di processo, riconoscere le proprietà dei materiali e loro caratterizzazione chimica e chimico-fisica. Può accedere all'esame di stato per Chimico Senior.
Tra le possibilità di impiego: enti di ricerca pubblici e privati, laboratori di analisi, controllo e certificazione qualità, enti e aziende pubbliche e/o private, in qualità di dipendente o consulente libero professionista, industrie e ambienti di lavoro che richiedono conoscenze di base nei settori della chimica.
Condizione occupazionale (indicatori di efficacia e livello di soddisfazione dei laureandi):
http://statistiche.almalaurea.it/universita/statistiche/trasparenza?CODICIONE=0580207305500001
Valutazione della didattica - Studenti
Anno accademico precedente
Riferimenti web e contatti
Sito Web Macroarea: http://www.scienze.uniroma2.it
Sito Web del Corso: https://scienze.uniroma2.it/2022/11/01/chimica-2/
Coordinatore del Corso:
Prof. Gianfranco Ercolani
e-mail: ercolani@uniroma2.it
Segreteria didattica:
Anna Garofalo
email: anna.garofalo@uniroma2.it
Tel. +39 06 7259.4806
Fatti salvi gli obiettivi generali delle lauree magistrali della classe LM–54, il corso di laurea magistrale in Chimica intende preparare figure professionali dotate di una adeguata preparazione nei settori fondamentali della chimica e in grado quindi di operare in laboratori, strutture, aziende pubbliche e private, anche a livello dirigenziale, in uno dei seguenti ambiti: (i) innovazione nella sintesi di vecchi e nuovi prodotti, rispondente ai criteri di efficienza e di sostenibilità ambientale regolati dalle normative europee; (ii) uso delle moderne tecniche per la determinazione delle proprietà chimiche e fisiche delle molecole; (iii) identificazione ed uso delle tecniche di analisi in ambito industriale, della qualità e del controllo di processo, e negli ambiti clinico, tossicologico ed ambientale; (iv) caratterizzazione strutturale di materiali innovativi; (v) progettazione, sintesi e caratterizzazione strutturale di molecole biologicamente attive. Per soddisfare questi obiettivi la Laurea Magistrale in Chimica sarà articolata in più percorsi formativi attraverso i quali potranno essere acquisite particolari specializzazioni e capacità professionali nei seguenti ambiti: - Sintesi e preparazioni organiche: la capacità di progettare ed eseguire sintesi efficienti e sostenibili di molecole organiche, inorganiche ed organometalliche per le più varie tipologie applicative. In ambito biochimico la preparazione fornita agli studenti dovrà consentire loro la comprensione dei meccanismi d'azione delle molecole biologicamente attive, fra le quali le sostanze organiche naturali, quelle del metabolismo secondario, i farmaci e le sostanze d'applicazione nei settori agrochimico, alimentare e della salute.
Saranno forniti gli strumenti interpretativi e metodologici per lo studio delle interazioni di ligandi con recettori biologici, alla base della tossicologia e della farmacologia. - Analisi e caratterizzazione: la capacità di affrontare problemi e tematiche della ricerca industriale e applicata, delle attività terziarie riferite alle problematiche di certificazione di qualità, di igiene industriale, ambientali, cliniche e agroalimentari.
Allo specialista saranno pertanto richieste competenze relative alle più moderne tecniche strumentali e contemporaneamente capacità di valutarne criticamente i parametri di qualità in funzione della natura del problema.
La misura analitico-chimico-fisica dovrà essere affiancata dalla familiarità con le tecniche più avanzate di trattamento di matrici complesse, (industriali, alimentari, biologiche o ambientali).
Essenziale sarà acquisire capacità di utilizzo di sistemi informatici per la gestione di banche dati e l'elaborazione dei dati. - Progettazione, sintesi e caratterizzazione di materiali innovativi, con particolare riferimento ai materiali nanostrutturati, ai biomateriali, ai materiali ibridi organici/inorganici, ai materiali polimerici.
A questo riguardo sarà particolarmente importante la conoscenza delle moderne tecniche di indagine spettroscopica e di microscopia. Il carattere interdisciplinare del Corso di Laurea Magistrale è assicurato dalla presenza di percorsi formativi indirizzati verso i sistemi di interesse biologico e dello sviluppo di nuovi materiali. Durante il lavoro di tesi verranno acquisite competenze specifiche nel campo della ricerca bibliografica su un tema assegnato e nell'uso delle tecniche strumentali e delle procedure necessarie per lo sviluppo di un progetto originale.
Per essere ammessi al corso di laurea magistrale occorre essere in possesso della Per essere ammessi ad un corso di laurea magistrale occorre essere in possesso della laurea o del diploma universitario di durata triennale, ovvero di altro titolo di studio conseguito all'estero, riconosciuto idoneo. Sono previsti specifici criteri di accesso che prevedono, comunque, il possesso di requisiti curriculari e l'adeguatezza della personale preparazione dello studente. I laureati in tutti i corsi di laurea della Classe Chimica L-27 Scienze e Tecnologie Chimiche, che abbiano aderito al programma Core Chemistry (Commissione Didattica della Società Chimica Italiana), potranno immatricolarsi senza ulteriori requisiti curriculari. Per tutti gli altri i requisiti curriculari richiesti sono l’aver conseguito il seguente numero minimo di CFU nei settori scientifico-disciplinari: SSD CFU MAT01-09 e FIS01-08 30 CHIM/01 24 CHIM/02 24 CHIM/03 24 CHIM/06 24 Per tutti gli studenti inoltre è requisito di accesso la conoscenza della lingua inglese di livello C1.
Lo studente dovrà produrre idonea certificazione del livello di conoscenza posseduto (ad es.
IELTS e TOEFL), ovvero sarà sottoposto ad una verifica tramite colloquio. In mancanza di tali requisiti il Consiglio di Corso di Studio, dopo aver analizzato la carriera pregressa del candidato, proporrà al Consiglio di Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche le eventuali integrazioni curricolari in termini di crediti formativi universitari che lo studente dovrà acquisire prima della verifica della preparazione individuale. Per soddisfare il requisito di adeguatezza della personale preparazione lo studente dovrà essere in possesso di conoscenze di base nelle seguenti discipline: chimica inorganica, chimica organica, chimica fisica, chimica analitica, matematica, fisica e informatica; competenze e abilità pratiche nei laboratori chimici; lingua inglese.
La verifica del possesso di tali conoscenze avverrà mediante un colloquio.
La prova finale consiste nella discussione di una tesi (scritta) in cui il candidato dimostri di saper affrontare e discutere una particolare tematica di ricerca svolta in laboratorio.
Obiettivo della prova finale è la verifica della capacità del laureando di esporre e di discutere una ricerca di carattere chimico, oralmente e per iscritto, con chiarezza e padronanza. La prova finale è pubblica e consiste nella stesura di una tesi di laurea e in una esposizione orale davanti ad una commissione di laurea.
Per l'ammissione alla prova finale lo studente deve aver conseguito tutti i crediti formativi previsti dall'ordinamento didattico del corso. In seguito alle misure emergenziali dovute alla pandemia COVID-19, le sessioni di aprile 2020 la prova finale è stata effettuata con modalità telematica su piattaforma Teams, secondo le indicazioni ricevute nel DR 551/2020.
Possono iscriversi alla Laurea Magistrale in Chimica tutti coloro in possesso di un titolo di Laurea Triennale di corsi appartenenti alla classe L27.
In particolare possono iscriversi senza ulteriori richieste formative coloro che provengono da corsi di laurea triennali che hanno adottato il modello Core Chemistry (Commissione Didattica della Società Chimica Italiana). La verifica della acquisizione di tale contenuti verrà effettuata mediante analisi del curriculum dello studente da parte di una Commissione del CdS. Per maggiori dettagli sulle specifiche modalità di verifica e di acquisizione di eventuali integrazioni curricolari si fa riferimento al regolamento didattico del corso di studio.
Il corso di laurea magistrale in Chimica si propone di fornire conoscenze avanzate nelle discipline chimiche fondamentali.
Verranno approfondite in particolare le conoscenze dei meccanismi di reazione in chimica organica, della spettroscopia molecolare, della catalisi, dell'analisi di sistemi complessi. Sono inoltre previsti una serie di insegnamenti specifici per arricchire le conoscenze/competenze dei laureati in campo alimentare, analitico clinico, elettroanalitico, della chimica dei materiali e dei sistemi biologici. Il corso di Laurea Magistrale prevede per la preparazione della prova finale un tirocinio presso un laboratorio di ricerca del Dipartimento di afferenza di almeno 8 mesi (34 CFU). Questa attività può essere svolta anche presso Laboratori di Enti di Ricerca o industriali previa approvazione di un progetto di Tesi e individuazione di un relatore interno.
Equilibri chimici multipli in soluzione acquosa, equilibri acido - base, equilibri di precipitazione, di complessazione e equilibri redox. Metodi analitici relativi ed assoluti: calibrazione mediante standard esterno, calibrazione mediante aggiunte standard, uso degli standard interni. Introduzione alla potenziometria: analisi potenziometrica diretta, elettrodi ionoselettivi, elettrodo a vetro, errori ed uso dell'elettrodo a vetro, elettrodi a vetro combinati e per altri cationi, titolazioni potenziometrice. Metodi di analisi spettrofotometrica: radiazione elettromagnetica, spettri di assorbimento in fase gassosa e condensata (spettri elettronici, rotazionali e vibrazionali), assorbanza e trasmittanza, legge di Lambert-Beer, deviazioni dalla legge di Lambert-Beer, analisi di miscele, errore spettrofotometrico, strumentazione per spettrofotometria (sorgenti, filtri e monocromatori, celle per il campione, rivelatori, configurazioni strumentali). Introduzione ai metodi di separazione, separazione per estrazione e per scambio ionico.
Stati fisici ed osservabili in meccanica classica e meccanica quantistica; gli stati quantistici e gli operatori; la rappresentazione delle cordinate e l'uso di basi discrete; le equazioni di Schroedinger e l'equazione di Dirac; distribuzioni di equilibrio e gli ensemble meccanico-statistici; le basi della meccanica statistica di equilibrio; approssimazione Born-Oppenheimer; equazioni del moto e spazio delle fasi; teoria delle perturbazioni e basi della dinamica molecolare; calcoli meccanico-statistici e dinamica molecolare; meccanica statistica di non equilibrio nel regime lineare; trattazione dei processi di assorbimento ed emissione dei fotoni; la teoria del complesso attivato; introduzione ai calcoli misti classico-quantistici
Concetti generali I complessi dei metalli di transizione. Teorie VB ed MO applicate ai complessi. Complessi organometallici. Regola dei 18 elettroni e sue deroghe. Gli idruri: preparazioni ed uso. I composti carbonilici: preparazioni ed uso. I composti alchilici: preparazioni e reazioni. Le fosfine: uso e caratteristiche. Reazioni di sostituzione di ligando. Addizione ossidativa e meccanismi. Eliminazione riduttiva. Accoppiamento ossidativo ed strusione riduttiva. Inserzioni E1 ed E2. le eliminazioni a, b, g, d. Addizioni ed eliminazioni nucleofile ed elettrofile. Composti polienici e polienilici.Catalisi omogenea industrialeCatalizzatori solubili ed insolubili. Reazioni organometalliche. Idrogenazione selettiva. Idrogenazione stereoselettiva: meccanismo. Idrosililazione e idrocianazione. Isomerizzazione di alcheni. Polimerizzazione di alcheni. Oligomerizzazione di alcheni. Polimerizzazione ed oligomerizzazione di dieni lineari. Processo water shift gas. Idrocarbonilazione di alcheni. Carbossilazione di Reppe. Carbonilazione di alcooli. processo Monsanto. Idrogenazione di CO. Carbonilazione dell'ammoniaca. Accoppiamento ossidativo di CO. Reazione di Fisher-Tropsch. Processo Wacker. Epossidazione di alcheni.Catalisi eterogenaAdsorbimento e chemisorbimento. Catalisi industriale per la idrogenazione e la sintesi della ammoniaca. Meccanismo.
Il corso verrà articolato in due parti: una prima parte, dove verrà spiegata la teoria dietro la chimica ecocompatibile e le tecniche che vanno usate per rendere un processo ‘green’, come catalizzatori organici, solventi ecosostenibile, nuovi processi chimici con elevata efficienza atomica, processi biotecnologici e processi realizzati con metodi avanzati per attivazioni energetici dei reagenti. Nella seconda parte verranno presentate le tecniche moderne per l’isolamento dei materiali di partenza dalla biomassa (bioraffineria) e le loro modifiche necessarie per renderle utile nella chimica industriale moderna usando processi dedicati e biotecnologici
Il corso fornisce agli studenti un approfondimento delle conoscenze di chimica elettroanalitica acquisite nei precedenti corsi di chimica analitica. Saranno affrontati i principi teorici alla base delle tecniche amperometriche, polarografiche, voltammetriche e potenziometriche,. Verranno discusse le principali tecniche utilizzate nelle analisi quantitative con particolare riferimento ad applicazioni pratiche. Il corso sarà affiancato da alcune esercitazioni in laboratorio.
Proprietà strutturali di biopolimeri. Transizioni helix-coil in polipeptidi ed in proteine. Modelli di binding: non cooperativo e cooperativo. Catalisi enzimatica: modelli interpretativi; cinetiche iperboliche; cinetiche sigmoidali. Approfondimenti: processi diffusivi; stechiometria di binding (Job’s Plot). Termodinamica dei processi irreversibili: principi generali; relazioni di Onsager; stati stazionari; processi accoppiati; ordine generato da processi lontani dall’equilibrio.
Campi di forza classici. Esplorazione dello spazio delle fasi. Simulazioni di dinamica molecolare micronanoniche e canoniche. Campionamento aumentato dello spazio delle fasi (simulazioni REMD e metadinamica). Valutazione della energia di legame mediante tecniche MM/PBSA e simili. Valutazioni dello spazio delle fasi mediante tecniche di ""campinamento ad ombrello" e valutazione del potenziale di forza medio. Dinamiche molecolari di non equilibrio. Esercitazioni pratiche
Knowledge of the principal classes of organic reactive intermediates. Generation, reactivity and synthetic applications. Metodi per la generazione, rilevazione e studio della reattività delle diverse classi di intemedi reattivi. Carbocationi, carbanioni, radicali, radicali ioni, carbeni e nitreni.
CHIMICA INORGANICA AVANZATA E BIOINORGANICA (CHIM/03) 6 CFU-Proprietà dei metalli di transizione e dei loro composti.Gli elementi dotati di elettroni di valenza d e f.-I composti dei metalli di transizione. Teoria del campo cristallino. Teoria del campo dei ligandi. Il legame π nei metalli di transizione. Il legame nei clusters.-I composti donatore-accettore dei metalli di transizione. Numero di coordinazione e geometria di coordinazione. Numero di coordinazione e regola dei 18 elettroni. Stabilità nei complessi metallici. Ligandi e complessi comuni. Isomeria nei complessi metallici. Sistemi stereochimicamente non rigidi.- Composti covalenti dei metalli di transizione. Classi di composti covalenti. Metallocarbonili. Metallo nitrosili. Sistemi organometallici: donatori di elettroni π. legame intermetallico. Clusters metallici. Teoria del legame nei clusters.-Reazioni tra i complessi dei metalli di transizione. Sostituzione di ligandi. Sostituzione di ligandi in complessi ottaedrici e piani quadrati. Reazioni di ossidoriduzione. Correlazione tra struttura e reattività. Reazioni di addizione ossidativa.-Molecole e meccanismi bioinorganiciElementi inorganici nei sistemi biologici. Cenni sui principali metodi di indagine nella ricerca bioinorganicaBiochimica dello zinco: Zn nei sistemi viventi; principali enzimi (carbossipeptidasi A, fosfatasi alcalina, anidrasi carbonica); complessi modello.Biochimica del ferro: principali funzioni biologiche; trasporto e immagazzinamento del Fe e di O2; trasferimenti elettronici e processi enzimatici.Biochimica del rame: trasporto di O2 (emocianine) e funzioni redox. Metallo-enzimi protettori (Cu,Zn-superossido dismutasi).Biochimica del Mo e W: trasferimenti di O e attivazione dell’N.Biochimica del manganese. Aspetti catalitici (Mn-SOD) e fotosintesi.Biochimica del cobalto: vitamina B12.Ruolo biologico degli elementi del primo e secondo gruppoCenni di chimica tossicologica di metalli (Cd, Hg e Pb) e non metalli.Composti metallici nella terapia e nella diagnostica: composti antitumorali a base di Pt(cisplatino) e antiartritici (Au). Metalli nella radiodiagnostica (99mTc) e radioterapia.
Teoria qualitativa dell’orbitale molecolare. Teoria degli orbitali molecolari di frontiera. Metodi computazionali in chimica organica (ab initio, DFT, semiempirici, meccanica molecolare). Termodinamica e cinetica delle reazioni organiche. Studio dei meccanismi di reazione. Teorie della cinetica chimica (teoria dello stato di transizione, teoria di Marcus, diagrammi di More O’Ferrall-Jencks). Effetti isotopici. Correlazioni Lineari di Energia Libera. Catalisi Acida e Basica.
Durante il coso saranno affrontati i seguenti argomenti: - Caratteristiche generali delle Macromolecole Biologiche - Sintesi e Degradazione delle proteine negli organismi eucariotici - Struttura delle Proteine e Relazione Struttura/Funzione delle Proteine - Meccanismi molecolari alla base della Trasduzione del segnale ormonale, dei Sistemi sensoriali e della Contrazione Muscolare - Cenni sui meccanismi molecolari alla base della morte cellulare programmata e sui target terapeutici per le terapie antitumorali - Cenni sulla replicazione virale e sulle proteine virali come target terapeutici - Matrice extracellulare ed Ingegneria Tissutale - Tecniche di base per lo studio delle proteine, degli acidi nucleici e delle loro interazioni. Laboratorio 1. Esercitazione pratica: estrazione di DNA plasmidico da ceppi E.coli precedentemente trasformati al fine di ottenere l’amplificazione del gene di una proteina; determinazione della concentrazione del DNA ed analisi del DNA estratto mediante elettroforesi in gel di agarosio. 2. Esercitazione pratica: descrizione della procedura per la produzione dei proteine ricombinanti. 3. Esperienza sulle tecniche per la purificazione ed analisi delle proteine ricombinanti: cromatografia d’affinità ed elettroforesi in gel di poliacrilammide di proteine al fine di valutare l’espressione proteica dopo l’induzione, il grado di purezza del campione proteico dopo cromatografia di affinità e la determinazione del peso molecolare (SDS-PAGE).Western-blotting per l’analisi dell’espressione genica; spettrometria di massa. 4. Esercitazione pratica: basi di spettroscopia NMR per lo studio delle proteine marcate con isotopi stabili (15N, 13C, 2H). 5. Esercitazione pratica: preparazione di scaffold per l’ingegneria tissutale e medicina rigenerativa
Esperienze di laboratorio.
Spazi di Hilbert.Spazi vettoriali dotati di prodotto interno: R_n, C_n, l_2, L_2 [0,1]. Disuguaglianza di Cauchy in R_n, C_n, l_2. Convessita` della funzione esponenziale e disuguaglianza di Holder. Disuguaglianza di Cauchy in L_2.Convergenza in norma e convergenza per coordinate in R_n, C_n, l_2 .Convergenza in norma e convergenza puntuale in L_2 [0,1]. Spazi metrici. Completezza. Separabilita`. Spazi di Hilbert. Continuita` del prodotto interno. Sottospazi di Hilbert. Teorema delle proiezioni. Rappresentazione dei funzionali lineari continui. Sistemi ortonormali. Disuguaglianza di Bessel. Teorema di rappresentazione di Riesz. Formula di Parseval. Trasformazioni lineari tra spazi di Hilbert.Funzioni di variabile complessa: serie di potenze e funzioni olomorfe.Serie di funzioni. Convergenza semplice e uniforme. Serie di potenze. Cerchio di convergenza. Funzioni olomorfe. Esempi: esponenziale, seno e coseno. Proprieta` elementari. Integrazione lungo cammini. Teorema dell’indice. Teorema dei residui. Applicazioni al calcolo di integrali di funzioni di variabile reale. Riflessione totale, fibre ottiche.Serie di potenze nel campo reale. Derivabilita` e integrabilita` termine a termine. Sviluppabilita` in serie di Taylor di funzioni reali di variabile reale. Serie di Fourier. Serie di Fourier sull’intervallo [0,1]. Teorema del Dirichlet. Serie di Fourier dell’onda quadra. Fenomeno di Gibbs. Onde sonore. Spettro elettromagnetico. Serie di Fourier sull’intervallo [0,T]. Trasformata di Fourier. Formula di inversione. Trasformata di Fourier dell’impulso rettangolare. Principio di indeterminazione. Frange di interferenza. Impulso unitario, delta di Dirac e trasformata di Fourier. Teorema di campionamento.Trasformata di Fourier discreta (DFT). Trasformata rapida di Fourier (FFT). Diffrazione all’infinito e il modello matematico di base della cristallografia.
Polimeri sintetici, polimeri semi-sintetici e polimeri naturali. Polimeri naturali: polisaccaridi, proteine, poliesteri, polinucleotidi, poliisoprene. Tecniche di caratterizzazione termica e spettroscopica di polimeri naturali. Tecniche di caratterizzazione meccanica di polimeri naturali. Definizione di biodegradabilità e compostabilità. Applicazione dei polimeri naturali nell'elettronica molecolare. Applicazione dei polimeri naturali nelle celle solari. Fotosintesi naturale. Spettroelettrochimica. Celle solari. Applicazioni dei polimeri naturali nel drug delivery. Applicazioni dei polimeri naturali nelle bioplastiche. Laboratorio: ideazione, progettazione e sintesi di nuovi materiali a base di polimeri naturali. Il laboratorio sarà guidato dal docente ma gestito in maniera autonoma dagli studenti, al fine di concorrere all'autonomia dello studente. Visita di alcuni spin-off di Ateneo, per la comprensione degli sviluppi applicativo-commerciali della ricerca di base.
Cenni storici sulle macromolecole. Definizioni. Caratteristiche e proprietà delle macromolecole. Grado di polimerizzazione. Temperatura di transizione vetrosa Distribuzione dei pesi molecolari.. Peso molecolare medio numerico e ponderale. Indice di polidispersione. Polielettroliti. Gel Polimerizzazioni con meccanismo a catena e a stadi. Teoria di Carothers. Approccio statistico per la polimerizzazione a stadi. Studio cinetico della polimerizzazione radicalica. Lunghezza cinetica di catena. Polimerizzazione pseudo vivente. Temperatura di Ceiling. Aspetti tecnologici della polimerizzazione a catena. Polimeri atattici, isotattici, sindiotattici e loro proprietà fisiche e chimiche. Conformazione di catene disordinate: a) approccio statistico, b) approccio vettoriale. Termodinamica di soluzioni polimeriche. Frazioni in volume. Condizioni Theta. Condizioni critiche. Metodi di frazionamento: precipitazione frazionata, cromatografia a permazione di gel. Soluzioni diluite. Pressione osmotica. Diffusione della luce statica e dinamica (cenni). Determinazione di dimensione medie di macromolecole in soluzione. Elastomeri (aspetti strutturali e termodinamici). Gomma entropica. Teoria dell’elasticità.
Parte generale 1 - Strutture cristalline. Solidi cristallini. Reticoli di Bravais. Indici di Miller. Strutture cristalline dei materiali metallici. Strutture compatte (fcc, hcp). Strutture dei solidi ionici. Strutture di CsCl, NaCl, ZnS, fluorite, titania, spinelli, perovskiti. Difetti. Difetti puntuali. Conducibilità ionica. Elettroliti solidi. Difetti di linea: dislocazioni, vettore di Burgers, sistemi di scorrimento, interazioni tra dislocazioni, interazioni dislocazioni-difetti puntuali. Difetti di superficie: difetti di impilamento (stacking faults), geminazione (twins), bordi di grano, bordi di grano a basso angolo. Difetti di volume: inclusioni, precipitati, porosità. 2 - Proprietà meccaniche dei materiali. Comportamento elastico lineare. Modulo di Young. Coefficiente di Poisson. Curva sforzo-deformazione: snervamento, deformazione plastica, incrudimento, carico di rottura, duttilità. Tenacità. Resilienza. Durezza. Meccanismi di rafforzamento dei materiali metallici. Legge di Hall‐Petch. Fatica. Scorrimento viscoso (creep). Case study: l’evoluzione delle palette di turbina per motori a reazione. Proprietà meccaniche dei materiali ceramici. Frattura fragile. Teoria di Griffith. Comportamento a frattura in termini statistici (Weibull). Materiali polimerici. Polimeri amorfi e semi-cristallini. Temperatura di transizione vetrosa. Comportamento viscoelastico. Reticolazione. Materiali compositi. Proprietà meccaniche dei compositi. Condizioni di isosforzo e isodeformazione per compositi con fibre continue allineate. Compositi rinforzati con particelle. Cermet. Compositi a matrice metallica (MMC). Parte specialistica 3 - Processi di sinterizzazione di polveri. Principi fondamentali. Equazione di Laplace. Stadi della sinterizzazione. Evoluzione della microstruttura. Tecniche di misura del grado di avanzamento della sinterizzazione. Additivi di sinterizzazione: principi di funzionamento. Sinterizzazione con fase liquida. Diagramma di German. Processi di sinterizzazione pressure‐assisted (HIP). Case study: la sinterizzazione del carburo di tungsteno cementato (WC‐Co). 4 - Rivestimenti avanzati da fase vapore. Processi di deposizione fisica (PVD): evaporazione, sputtering, magnetron sputtering, processi ad arco, arco filtrato. Processi di deposizione chimica da vapore (CVD). CVD termico, CVD assistito da plasma, Hot Filament CVD. Parametri di processo, microstruttura dei rivestimenti e proprietà. Case study: deposizione di film di diamante micro- e nano-strutturati. 5 - Materiali per celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC) e polimeriche (PEMFC): scelta, proprietà e processing degli elettrodi e dell’elettrolita.
Uso degli operatori prodotto per la descrizione degli esperimenti NMR • Esperimenti NMR bidimensionali, teoria e parametri • Esperimenti omonucleari basati su costanti scalari: COSY e TOCSY. Descrizione e applicazioni. • Esperimenti omonucleari basati su costanti dipolari: NOESY e ROESY. Descrizione e applicazioni. • Esperimenti eteronucleari: HSQC, HMQC e HMBC. Descrizione e applicazioni. • Uso di gradienti di campo nella spettroscopia NMR • NMR di biomolecole: assegnazione, struttura e dinamica • Risoluzione di problemi di assegnamento di segnali 1H e 13C utilizzando gli spettri bidimensionali descritti nel corso Il formalismo degli operatori prodotto. Riassunto di meccanica quantistica. Gli operatori di spin. Hamiltoniani di impulsi e delay. Equazione di moto. Rotazioni standard. Esempio di calcolo usando gli operatori prodotto: la sequenza spin echo. Operatore di due spin. Evoluzione durante tempi ed impulsi. Evoluzione durante l’accoppiamento spin-spin. Esperimenti di correlazione omonucleare basati sulla costante di accoppiamento scalare: COSY e TOCSY. Il trasferimento di magnetizzazione tramite la costante di accoppiamento: analisi di operatore prodotto. L’esperimento bidimensionale. L’esperimento COSY. Problemi legati all’esperimento COSY. Esperimento COSY a filtro quantico doppio (DQF-COSY). Termini di quanto multiplo. Operatori di rotazione. Calcolo dell’ordine della coerenza. Evoluzione dei termini a multiple quantum. Descrizione dell’esperimento DQF-COSY. Esperimento TOCSY: principio e applicazione. Esperimenti di correlazione omonucleare basati sull’accoppiamento dipolare: NOESY e ROESY. L’effetto nucleare Overhauser (NOE). Diagrammi di energia per un sistema a due spin. L’origine del NOE. Il caso del sistema a due spin. La natura del rilassamento. Funzioni di correlazione e densità spettrale. Velocità di transizione e densità spettrale e tempo di correlazione. Dipendenza del NOE con il tempo di correlazione. NOE stato stazionario. Spettroscopia differenza. Spin diffusion. NOE transiente. L’esperimento NOESY. L’uso dello spin lock. Esperimento ROESY. Esempi ed applicazioni. Esperimenti di correlazioni eteronucleari. La sequenza DEPT: analisi con gli operatori prodotto. Gli spin echo per il caso eteronucleari: analisi. L’esperimento HSC a partire dal COSY omonucleare. Esperimenti con rilevamento diretto o indiretto: vantaggi e svantaggi. Gli esperimenti HSQC e HMQC. Uso dei gradienti per la selezione di coerenza. L’esperimento HMBC. NMR di biomolecole. Confronto tra NMR e cristallografia di raggi X. Introduzione alla marcatura isotopica di proteine per NMR. Assegnazione di biomolecole: esperimenti 2D e 3D. Determinazione della struttura molecolare con dati NMR. Studio della dinamica in soluzione tramite esperimenti di rilassamento. Esempi di risoluzione strutturale utilizzando dati di NMR bidimensionale omo- ed eteronucleare
Chimica supramolecolare: definizioni, classificazione dei sistemi host-guest, effetto chelato e cooperativo, preorganizzazione e complementarità. Natura delle interazioni non covalenti. Principali hosts per cationi: eteri corona, podandi, ciptandi, sferandi, calixareni Hosts per molecole neutre ed anioni. Sistemi estesi: polimeri di coordinazione, MOFs Self-Assembly: tecniche principali nei sistemi sintetici Applicazioni di sistemi supramolecolari in fotochimica, catalisi, sensing
Nanotecnologia e materiali molecolari: caratteristiche delle nanostrutture. Come realizzare nanostrutture: approccio top-down e bottom-up. Fotolitografia. Principi di chimica supramolecolare: Riconoscimento molecolare. Principali classi di materiali molecolari: polimeri; calixareni; cavitandi; porfirinoidi.Tecniche di deposizione in film sottile di materiali molecolari: spray e spin coating; Film di Langmuir-Blodgett e Langmuir-Schaefer; monostrati autoassemblati. Self-assembling e self-organization. Cenni sulle principali tecniche di caratterizzazione di tali film.Esempi di applicazioni di materiali molecolari: OLED; celle fotovoltaiche organiche; Sensori chimici.
Introduzione alle Nanoscienze ed alle nanotecnologie : stato dell’arte e prospettive Nanomateriali e nanostrutture (0-D, 1-D e 2-D) . -quantum dots -nanoparticelle e nanopolveri-nanocapsule -materiali nanoporosi -nanofili e nanofibre -dendrimeri -film sottili Gli approcci : bottom-up e top-down. Tecniche di preparazione : sintesi chimiche , processi fisici, trattamenti post-sintesi, tecniche litografiche Caratterizzazioni, proprietà ed applicazioni di importanti classi di materiali, con particolare riferimento ai nanomateriali di Carbonio (grafene, fullereni, nanotubi, nanodiamanti) ed ossidi. Nanomateriali per sensoristica Nanomateriali per celle fotovoltaiche DSSC e plastiche
Introduzione all’ambiente Linux. Analisi di sequenze primarie di proteine e DNA. Metodi di predizione della struttura secondaria e terziaria di proteine. Studio delle caratteristiche strutturali di proteine e DNA mediante analisi al computer. Elettrostatica di proteine e DNA. Docking.
Individuazione e analisi critica dei nuclei fondanti delle discipline chimiche di base. Progettazione di percorsi didattici. Metodologie adottate: Problem solving; Group learning; Flipped classroom
Catalisi enzimatica: aspetti termodinamici, flessibilità proteica, catalisi acida e basica generale, catalisi elettrostatica e covalente. Cinetica enzimatica dello stato stazionario, reazioni ad uno o più substrati; dipendenza della catalisi enzimatica dal pH e dalla temperatura. Inibitori enzimatici reversibili ed irreversibili. Cooperatività e regolazione enzimatica. Cinetica dello stato pre-stazionario.
Introduzione al trattamento statistico dei dati. Analisi statistica: errori di misura, PDF, media, varianza, distribuzione normale, intervalli di confidenza. Utilizzo dei test significatività statistica (t-test, F-test, chi-quadro, ANOVA). Metodi di calibrazione, regressione lineare. Studio dei parametri carattestici degli strumenti di misura (curva di risposta, reversibilità, sensibilità, risoluzione, LOD, accuratezza e riproducibilità). Tecniche per la normalizzazione dei dati (autoscaling, normalizzazione lineare). Ripasso delle caratteristiche di vettori e matrici. Algoritmi di analisi multivariata: Multiple Linear regression, Principal Component Analysis, Partial-least square (PLS e PLS-DA). Metodi di validazione ed ottimizzazione parametri (cross-validation, Leave one out, k-fold, venetian blind, validation dataset). Studi di algoritmi per il Pattern Recognition (Radar plot, k-NN, cluster analysis, dendogram, LDA, Mahalanobis distance, SIMCA).
Il corso tratterà sulle diverse attività che si svolgono in un centro di ricerca dell’industria farmaceutica. In particolari, i moduli saranno: - Identificazione di target terapeutici a partire da hit compounds - Chimica medicinali e la scoperta di lead compounds - Peptidi terapeutici: sviluppo ed esempi di nuovi farmaci - Metabolismo di farmaci e farmacocinetica - Tossicologia di farmaci e composti chimici Saranno invitati, per ognuno di questi moduli, specialisti appartenenti a IRBM Science Park. Si organizzerà inoltre una giornata di visita all’IRBM per conoscere i laboratori e avere un’illustrazione pratica delle diverse attività che si svolgono. - Identificazione di un target farmacologico all’interno di un area terapeutica. Metodi di identificazione di hit compounds e saggi primari. Crezione di un screening funnel. Saggi secondari ortogonali e biomarcatori. - Introduzione alla Chimica Medicinale. I problemi della chimica medicinale: soluzioni. Case studies: sviluppo di un farmaco anti-HIV basato su un nuovo meccanismo: ISENTRESS. La proteasi NS3 del HCV: da un target non conveniente all’efficacia clinica. - Peptidi naturali. Sviluppo di nuovi candidati peptidici. Metodi sintetici e di caratterizzazione di peptidi. Peptidi ad attività biologica. Sviluppo di peptidi terapeutici. Esempi di farmaci peptidici. - Introduzione alla ricerca farmaceutica. Farmacocinetica. Metodi in DMPK. Metabolismo dei farmaci ed escrezione. Fattori che alterano il metabolismo dei farmaci e l’assorbimento. Ruolo del metabolismo nella tossicità dei farmaci. - Introduzione alla Tossicologia; Termini e definizioni tossicologiche. Tossicologia ambientale: inquinanti atmosferici: solventi, pesticidi; inquinanti ambientali: metalli. Tossicità da farmaci. Genotossicità e Carcinogenesi e relativi saggi per valutazione.
• I problemi delle analisi dei campioni clinici. • Sangue: prelievo e conservazione, composizione. Bilancio acido-base. Bilancio idrico e misura di elettroliti. Analisi dei gas disciolti. • Metodi Elettrochimici: applicazione di elettrodi ionoselettivi (pH, Na, K, CO2) nelle analisi cliniche. Amperometria (Sensori ad O2 e CO2) • Spettrofotometria di assorbimento ed emissione: esempi di determinazione di analiti di interesse clinico. • Analisi per la funzione gastrica e pancreatica. Analisi di carboidrati. Biosensori. • Analisi per la funzione epatica. Analisi di proteine. Metabolismo ed analisi del pigmento biliare. • Analisi Enzimatica. Cinetica enzimatica, effettori ed inibitori enzimatici. Specificità enzimatica e classificazione. Metodi e test enzimatici semplici ed accoppiati. Misurazione dell’attività enzimatica per via spettrofotometrica: test accoppiati. Esempi di determinazione di analiti di interesse clinico. • Tecniche separative in campo clinico: Elettroforesi. HPLC • Analisi di lipidi. • Analisi per la funzione renale. Tests di Clearance. Analisi dell’urina. • Immunochimica. Antigeni, Anticorpi. Immunodiffusione. Immunoelettroforesi. ELISA. • Statistica. Attendibilità delle analisi. Limiti di confidenza e Valori normali. Controllo di qualità. Controllo degli strumenti e delle soluzioni • Tecniche di biologia molecolare: PCR • Automazione in Chimica Clinica.
IIntroduzione al corso. Elementi di meccanica quantistica e di meccanica statistica di sistemi nanometrici. Chimica delle nanostrutture: approccio bottom-up e self-assembly. Chimica supramolecolare. Processi di trasferimento di carica. Elettronica molecolare. Tecniche sperimentali per lo studio dei sistemi nanometrici. Microscopia elettronica SEM/ TEM. Scattering elastico/anelastico, spettroscopia a raggi X e ad elettroni. Principi della microscopia ad effetto tunnel (STM). Il Microscopio a Scansione Tunnel (STM). Microscopia a scansione di forza (AFM). Nuovi materiali del carbonio. Caratteristiche Fisiche, proprietà elettroniche, Metodi di sintesi, alcune applicazioni. Nanoparticelle di semiconduttori o metalli, proprietà opto-elettroniche e applicazioni.
Reticoli cristallini. Diffrazione dei raggi X e determinazione delle strutture cristalline. Calore specifico dei solidi. Espansione termica. Compressibilità. Equazione di stato. Coesione dei solidi ionici, dei metalli e dei cristalli di gas nobili. Stabilità delle strutture di: NaCl, CsCl e ZnS. Termodinamica dei difetti di punto. Equilibri tra difetti e reazioni gas-solido. Ossidi semiconduttori. Trasporto di materia nei solidi. Leggi di Fick. Il “random walk”. Equazioni di trasporto generalizzate. Coefficiente di diffusione chimico. Equazione di Nernst-Einstein. Sensori elettrochimici a stato solido. Ossidazione dei metalli, diagramma di Ellingham. Cinetica di ossidazione dei metalli. Teoria di Wagner.
Introduzione al corso. Definizioni ed esempi di selettività. Metodi per controllare l’enantioselezione. Reazioni stereoselettive del carbonile e di alcheni. Risoluzione cinetica e risoluzione cinetica dinamica. Biocatalisi. Organocatalisi. Sintesi Asimmetrica Industriale. Principi della catalisi metallica in processi selettivi. Esempi di processi enantioselettivi metallo calizzati: Reazioni di idroformilazione, idrogenazione, diidrossilazione, ossidazione, aziridinazione
Glucidi. Generalità, classificazione; monosaccaridi, oligosaccaridi, polisaccaridi, glicoproteine, derivati, reazioni caratteristiche e di riconoscimento dei glucidi; proprietà nutrizionali. Protidi Generalità, funzioni, amminoacidi; peptidi, proteine, struttura e classificazione delle proteine; reazioni caratteristiche e di riconoscimento di amminoacidi e protidi; proprietà funzionali e nutrizionali delle proteine. Farine . Lipidi. Generalità, classificazione, acidi grassi, acidi grassi essenziali, acilgliceroli, fosfolipidi, glicolipidi, cere, steroidi, terpeni. Reazioni caratteristiche e di riconoscimento dei lipidi. Proprietà nutrizionali. Acqua. Proprietà e caratteristiche chimico-fisiche; l’acqua negli alimenti; acqua potabile, disinfezione delle acque, analisi di un’acqua potabile. Acque minerali. Sali Minerali. Vitamine. Generalità e classificazione. Contaminazione chimica degli alimenti. Generalità, contaminazione da pesticidi, contaminazione da contenitori, contaminazione da metalli pesanti. Additivi Alimentari. Generalità, conservanti. Additivi Alimentari. Generalità, conservanti, antiossidanti, acidificanti coloranti, edulcoranti. Conservazione degli Alimenti. Conservazione con il calore, con il freddo, per disidratazione. Liofilizzazione. Latte e derivati; vino; olio di oliva Pane e cereali
