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.
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.
-Tipologia del Cds e modalità di ammissione Il corso di laurea magistrale in Chimica, Classe delle lauree magistrali LM-54 - Scienze Chimiche, ha l'obiettivo di preparare figure professionali con una eccellente preparazione in diverse aree della chimica.
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.
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.
-Principali sbocchi occupazionali e professionali Un laureato magistrale in chimica è molto richiesto perché le sue competenze sono indispensabili in molti settori della ricerca e della produzione.
I principali sbocchi professionali sono: a) Chimico industriale Il Chimico industriale svolge la sua attività all'interno di aziende che hanno necessità delle sue competenze per la ricerca e sviluppo di nuovi prodotti, per i processi industriali, per l'organizzazione e il controllo della produzione, per l'analisi della qualità dei prodotti o per vendita e marketing nell'ambito chimico e scientifico.
Questa professione può essere svolta sia come dipendente che come libero professionista.
Per svolgerla è però necessario superare l'esame di Stato per iscriversi alla Sezione A dell'albo dei Chimici e ottenere la qualifica di Chimico Senior.
b) Chimico nella Pubblica Amministrazione Un laureato magistrale in Chimica può trovare uno sbocco lavorativo anche come Chimico nella Pubblica Amministrazione.
Questa figura professionale può operare in svariati campi, ma i principali sono sicuramente quello dell'ambiente, della salute, e dei beni culturali, mettendo in pratica tutte le competenze acquisite in ambito universitario.
Per ricoprire questa posizione professionale è necessario superare un concorso pubblico.
c) Chimico nel settore della ricerca e sviluppo Un'altra possibile strada da poter percorrere è quella di svolgere l'attività di Chimico nell'ambito della ricerca e sviluppo.
Un professionista specializzato in questo campo si occuperà di monitorare l'evoluzione normativa di interesse alle imprese chimiche, e di coordinare progetti di ricerca e sviluppo di prodotti e processi chimici innovativi.
d) Professore Un laureato magistrale in Chimica potrà ricoprire il ruolo di Professore in istituti agrari, negli istituti tecnici industriali, negli istituti tecnici commerciali, negli istituti tecnici per Geometri, negli istituti professionali, negli istituti d'arte, nelle scuole medie, negli istituti tecnici aeronautici, nei licei classici e scientifici o nei licei artistici.
Per iniziare a insegnare è necessario ottenere l'abilitazione.
-Percorso di formazione Il corso di laurea magistrale in Chimica è erogato in modalità convenzionale e la durata normale del corso è stabilita in 2 anni.
Per conseguire la laurea lo studente deve aver acquisito 120 crediti.
Il corso di laurea magistrale in Chimica 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 della spettroscopia molecolare, della catalisi, dell'analisi di sistemi complessi, e dello studio dei meccanismi di reazione in chimica organica.
Sono inoltre previsti una serie di insegnamenti specifici per arricchire le conoscenze/competenze dei laureati nel campo alimentare, analitico clinico, elettroanalitico, della chimica dei materiali e dei sistemi biologici.
Questi risultati vengono conseguiti attraverso la frequenza a corsi e laboratori.
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 l'individuazione di un relatore interno.
-Livello di internazionalizzazione Il corso di laurea in Chimica permette e incoraggia la partecipazione dei propri studenti alle iniziative promosse dall'Ateneo a favore della mobilità internazionale degli studenti, prima fra tutte il programma Erasmus Plus.
La macroarea di Scienze, attraverso la stipula di convenzioni bilaterali con le università estere, offre agli studenti la possibilità di svolgere all'estero un'esperienza di studio e di tirocinio formativo, nell'ambito del Programma Erasmus Studio e del Programma Erasmus Placement.
La lista degli Atenei in convenzione è pubblicizzata sul sito di macroarea.
Tutte le opportunità, i bandi, le borse previste per la mobilità studentesca dal corso di studio sono pubblicizzate sul sito di macroarea nella apposita sezione.
-Prosecuzione del percorso di studi I laureati magistrali in Chimica possono proseguire i loro studi partecipando al bando di concorso per l'ammissione ad un corso di Dottorato di Ricerca.
I corsi ad indirizzo chimico previsti dall'Università di Roma Tor Vergata sono il Dottorato di Ricerca in Scienze Chimiche e il Dottorato di Ricerca in Materiali per la Salute, l'Ambiente e l'Energia.
I laureati magistrali in Chimica possono altresì iscriversi a specifici corsi di Master di secondo livello finalizzati ad approfondire la loro formazione universitaria.
Per esercitare la professione è necessario sostenere un esame di Stato e iscriversi all'Albo dei Chimici.
Il laureato magistrale in Chimica può iscriversi alla Sezione A dell'albo dei Chimici acquisendo il titolo professionale di Chimico Senior.
Per essere ammessi al 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.
Simmetria molecolare e gruppi puntuali di simmetria. Metodi della Meccanica Molecolare. Esplorazione della superficie di energia potenziale. Analisi dei modi normali di vibrazione. Teoria dell'orbitale molecolare: metodi di Hückel e di Hückel esteso, approccio qualitativo. Metodi computazionali quanto-meccanici per lo studio dell'energia e della struttura di specie molecolari di equilibrio e di transizione (calcoli ab initio, semiempirici, e teoria del funzionale densità). Studio dei meccanismi di reazione con metodi non-cinetici. Termodinamica e cinetica delle reazioni organiche. Effetti isotopici. Catalisi Acida e Basica. Equazione di Brønsted. Teorie della cinetica chimica (teoria dello stato di transizione, principio di Bell-Evans-Polanyi, postulato di Hammond, teoria di Marcus). Correlazioni Lineari di Energia Libera.
Il programma sarà incentrato sui seguenti argomenti: Domini strutturali delle proteine e diagrammi topologici, motivi strutturali d’interazione proteina-DNA; Regolazione dell’espressione genica (fattori di trascrizione, microRNA); Processi biochimici di degradazione proteica; Meccanismi molecolari alla base della trasduzione dei segnali biochimici e meccano-fisici del microambiente:trasduzione del segnale ormonale; meccanismi molecolari alla base dei segnali sensoriali;meccanismi molecolari alla base della contrazione muscolare; meccanismi molecolari alla base del differenziamento cellulare;sistemi di riparo e rigenerazione dei tessuti (matrice extracellulare e macromolecole biologiche per Ingegneria Tissutale); cenni sui meccanismi molecolari alla base della morte cellulare programmata e terapie antitumorali. Si affronteranno anche i seguenti argomenti tecnologici: Produzione di proteine ricombinanti; le applicazioni tecnologiche delle macromolecole biologiche: Microarray di DNA e di proteine; le tecniche per lo studio delle interazioni proteine-DNA, delle vie di segnalazione e delle interazioni proteina-proteina.
Spettroscopia NMR • Riassunto del principio fisico • Esperimenti mono e bidimensionali • Determinazione della composizione di miscele complesse • Applicazioni: -NMR e ambiente: studio di ecosistemi mpatto di contaminanti negli organismi Studio della biodisponibilità di sostanze e della loro trasformazione Caratterizzazione della struttura dei sedimenti e della materia organica dei sedimenti (SOM) -NMR ed energia Ricerca su batterie -NMR nell’industria del petrolio e del gas -NMR nell’industria del farmaco -Determinazione della struttura dei farmaci -Fragment-based drug discovery Spettrometria di Massa • Sorgenti ioniche e analizzatori • Quantificazione e identificazione di sostanze in miscele complesse • Applicazioni: -Spettrometria di massa nell'analisi ambientale -Monitoraggio ambientale e delle acque reflue -Analisi ambientale dei contaminanti organici alogenati -MS ed energia -MS e ricerca su batterie -MS e biofuel analysis -MS nell’industria del farmaco -Spettrometria di massa accoppiata a sistemi cromatografici: elucidazione della struttura chimica, messa a punto di un metodo LC-MS per la quantificazione di farmaci e metaboliti in biofluidi. Qualità dei dati e validazione. Pratiche di laboratorio: • Determinazione del contenuto di un farmaco nel plasma mediante LC-MS. • Uso della spettroscopia NMR bidimensionale per confermare la struttura del farmaco.
Introduzione ai biosensori: storia, specifiche dei biosensori e prestazioni analitiche, classificazione dei biosensori mediante elementi di riconoscimento molecolare e sistema di trasduzione, biosensori catalitici e basati sull'affinità. Elementi di riconoscimento molecolare: enzimi, anticorpi, anticorpi bispecifici, nanobodies, proteine leganti non anticorpali, polimeri con impronta molecolare, aptameri, DNA, RNA, PNA. Curve di associazione ligando-recettore in soluzione. Considerazioni cinetiche e termodinamiche sui processi di associazione in soluzione. Panoramica sui principali sistemi di trasduzione del segnale (assorbanza, fluorescenza, chimiluminescenza, plasmonica, elettrochimica, piezoelettrica), principi base e loro applicazione nella biosensoristica. Principi e metodi per l’'immobilizzazione di biomolecole. Biosensori basati su reazioni enzimatiche, elettrodo di Clark, biosensore per la rilevazione del glucosio di prima, seconda, terza e quarta generazione. Biosensori a DNA di ibridazione (affinità) ottici ed elettrochimici. Concetti base, esempi. DNA switches, biosensori basati su reazioni di sostituzione di acido nucleico (Strand Displacement Reaction). Accenni sui sistemi di amplificazione degli acidi nucleici basati su enzimi (PCR, LAMP, etc.) e sistemi basati su ibridazione di acidi nucleici “enzyme-free” (HCR, CHA, etc.) per applicazioni bioanalitiche. Il ruolo delle nanobiotecnologie e della biologia sintetica nello sviluppo dei biosensori analitici: - Biosensori cellulari luminescenti, geni reporter, cell-free biosensors e introduzione alla tecnologia CRISPR-Cas per applicazioni bioanalitiche. - Principi di biosensori cellulari luminescenti, geni reporter, elementi di riconoscimento molecolare, biosensori cellulari basati su processi FRET e BRET. Biosensori ultrasensibili, sfide e problematiche. Acceni su nanopore technology, sensori plasmonici a rilevazione di singola molecola. Dispositivi analitici integrati per applicazioni point of care e point of need, con valutazione critica dei principali vantaggi e limitazioni delle diverse strategie di biosensing introdotte nel corso.
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.
Spazi Metrici; Spazi vettoriali a dimensione finita Cn. Disuguaglianza di Schwarz. Dipendenza lineare: metodo di ortonormalizzazione di Gram-Schmidt. Operatori lineari. Autovalori e autovettori di matrici: diagonalizzazione. Funzioni di matrice. Matrici Hermitiane. Cambiamenti di base. Equazioni differenziali del I e dl II ordine. Sistemi di equazioni differenziali lineari. Spazi funzionali. Operatori lineari nello spazio L2. Notazione di Dirac. Polinomi di Hermite. Polinomi di Legendre, Funzione generatrice e relazioni di ricorrenza. Oscillatore armonico quantistico. Relazioni di completezza e sviluppo in serie di funzioni. Disuguaglianza di Bessel; uguaglianza di Parseval. Sviluppo in serie di Fourier. Funzioni di variabile complessa. Funzioni analitiche: condizioni di Cauchy-Riemann. Integrale di Cauchy. Sviluppo in serie di Laurent. Teorema dei residui. Calcolo di integrali definiti mediante integrazione in campo complesso. Trasformata di Fourier. Trasformata di Laplace. Risoluzione di equazioni differenziali del II ordine utilizzando la trasformata di Laplace. Funzione di Green di particella libera. Operatori differenziali in coordinate curvilinee ortogonali; divergenza, gradiente, rotore, Laplaciano.
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.
Verranno descritte le proprietà dei nanomateriali che trovano applicazione in: - DSSC (Celle solari a colorante) - Agricoltura - Sensori chemoresistivi - Sensori fluorescenti di contaminanti, inquinanti e di temperatura Verranno individuate le proprietà chiave per l'applicazione e si valuterà come esse possono essere utilizzate in dispositivi tecnologici, nonché come si possano modulare le proprietà durante la sintesi e i trattamenti post-sintesi. Si descriverà l'uso di metodi di sintesi green in solventi tradizionali e innovativi, quali i Deep Eutectic Solvents. Si analizzeranno i metodi di screening delle proprietà strutturali e morfologiche in funzione dell'applicazione (p. es. fluorescenza, elettrochimica). Si discuteranno alcuni metodi computazionali per interpretare e predire le proprietà. Inoltre, verranno trattati nanomateriali e pigmenti negli inchiostri per tatuaggi, la loro determinazione, i fattori allergenici all’interno degli inchiostri, i componenti del veicolo degli inchiostri, la normativa europea, i limiti europei per alcuni additivi come l’ acido formico, la consultazione dei database ECHA e REACH
Individuazione e analisi critica dei nuclei fondanti delle discipline chimiche di base. Progettazione di percorsi didattici. Metodologie adottate: Problem solving; Group learning; Flipped classroom
Cenni storici sulle macromolecole. Classificazioni. Classificazione secondo Carothers: Polimerizzazioni a Stadi e a Catena. Distribuzione dei pesi molecolari. Peso molecolare medio numerico, Peso molecolare medio ponderale, Peso molecolare medio zeta, Peso molecolare medio viscosimetrico. Temperatura di transizione vetrosa. Analisi cinetica e statistica delle polimerizzazioni a stadi. Analisi cinetica delle polimerizzazioni a catena. Stereoregolarità in polimeri vinilici. Catalizzatori Ziegler Natta. Proprietà meccaniche e chimiche di polimeri isotattici, sindiotattici. Tecnologie di processo per polimerizzazioni. Interpretazione termodinamica della Temperatura di “Ceiling”. Dimensione della Catena macromolecolare disordinata. Trattazione statistica. Trattazione vettoriale. Elemento di Kuhn e catena equivalente. Rapporto caratteristico. Termodinamica del mescolamento in soluzioni polimeriche. Soluzioni asimmetriche. Teoria di Flory-Huggins. Frazione in volume. Interazione polimero-solvente. Soluzioni polimeriche diluite. Condizioni theta. Condizioni critiche. Frazionamento per precipitazione. Metodi di caratterizzazione delle macromolecole in soluzione diluita. Pressione osmotica. Diffusione della luce. Teoria di Rayleigh. Diffusione della luce quasi-elastica. Metodi di frazionamento basati sulla termodinamica delle soluzioni e su proprietà idrodinamiche. Reologia. Elastomeri
- Introduzione ai nanomateriali e alle nanotecnologie: definizioni e caratteristiche; aspetti etici, sociali, ambientali ed economici. Interazione dei nanomateriali con i sistemi biologici. - Introduzione alla nanomedicina: sfide ed opportunità. Nanomateriali in medicina: nanotossicologia e sicurezza dei nanomateriali. - Nanomateriali per la diagnostica: nanoparticelle per l’imaging medico. Nano-bio-sensori. - Nanomateriali a scopo terapeutico (nano-farmaci): nano-sistemi per il trasporto di farmaci ed antigeni; nanomateriali fotoattivi e nanozimi (nuovi materiali inorganici con attività enzimatica). Nanoparticelle per la teranostica. - Nanomateriali per la protezione attiva dalle radiazioni solari. - Organs-on-chips: possibilità e limiti della miniaturizzazione di organi; le logiche differenti della nanomedicina. - Nanotecnologie per la medicina rigenerativa: nanomateriali e nanocompositi per l’ingegneria tissutale. - Conclusioni: sviluppi futuri dei nanomateriali per applicazioni biomediche – traslazione clinica e commercializzazione della nanomedicina.
Spettroscopia di emissione • Spettroscopia risolta nel tempo o Assorbimento transiente o Tempi di vita di fluorescenza o Anisotropia risolta nel tempo • Spettroscopia con luce polarizzata o Dicroismo lineare o Dicroismo circolare o Anisotropia di fluorescenza • Spettroscopia di singola molecola o Microscopia di fluorescenza o Nanoscopie ottiche o Spettroscopia di singola molecola o Spettroscopia di correlazione della fluorescenza • Elementi di strumentazione o Laser ed altre sorgenti o Monocromatori o Rivelatori • Esperienze di laboratorio.
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
• Tecniche separative. Principi di cromatografia. Il picco cromatografico. Tempo di ritenzione. Piatti teorici. Efficienza separativa e fattori influenzanti. Misura dell'efficienza. Fattore di capacità. Selettività. Risoluzione e dipendenza dalla selettività ed efficienza. Espressione della risoluzione. Equazione di van Deemter e dipendenza dei relativi termini dalle condizioni sperimentali e strumentali. Deviazioni dalla linearità nella isoterma di distribuzione. • Gascromatografia. Colonne impaccate e capillari. Fasi stazionarie da gascromatografia. Analisi in temperatura programmata. Iniettori. Rivelatori per gascromatografia. • Cromatografia liquida, HPLC. Metodiche di cromatografia liquida. Pompe, iniettori. Fasi stazionarie in LC. Fase diretta e fase inversa, gradiente di fase mobile. Criteri di scelta della tecnica LC appropriata a risolvere un caso analitico. Rivelatori per LC • Principi di spettrometria di massa (MS), basi strumental • Tecniche separative: analisi HPLC (HPLC a fase inversa, ad esclusione dimensionale SEC, ionica) quali e quantitative • Analisi di campioni complessi: tecniche di digestione, valutazione dell'effetto matrice.
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
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.
CHIMICA DEI SOLIDI Solidi cristallini. Reticoli di Bravais. Indici di Miller. Strutture cristalline dei materiali metallici. Strutture compatte (fcc, hcp). Solidi ionici: ciclo di Born-Haber, espressione di Born-Landé, costante di Madelung. Raggi ionici e limiti di stabilità. Strutture di CsCl, NaCl, ZnS, fluorite. Spinelli, fattore di inversione ed energia di stabilizzazione del campo cristallino (CFSE). Perovskiti. Solidi covalenti. Allotropia. Difetti puntuali. Concentrazione di equilibrio di difetti puntuali. Conducibilità ionica. Elettroliti solidi (sonda lambda). Centri di colore. 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 a basso e alto angolo. Reticoli a siti coincidenti. Difetti di volume: inclusioni, precipitati, porosità. Interazioni tra difetti estesi: interazioni dislocazioni-bordi di grano (legge di Hall-Petch), interazione dislocazioni-precipitati (Zener drag). Diffrazione di onde da parte dei reticoli cristallini. Reticolo reciproco. Sfera di Ewald. Intensità della radiazione diffratta. Fattore di struttura. Proprietà elettroniche dei solidi. Elettrone in una scatola. Gas di Fermi a 0 K. Gas di Fermi a T > 0 K. Capacità termica del gas di elettroni. Conducibilità elettrica e legge di Ohm. Elettrone in un potenziale periodico. Teoria delle bande. Emissione termoionica e funzione lavoro. Semiconduttori. Livelli di Fermi nei semiconduttori. Conducibilità elettrica nei semiconduttori. Proprietà catalitiche di ossidi semiconduttori. Movimenti di atomi. Reazioni controllate dalla diffusione. Reazioni di opacizzazione (tarnish reactions). Altri esempi di reazioni tra solidi. LABORATORIO Tecniche per la caratterizzazione dei solidi: SEM (Scanning Electron Microscopy), EDX (Energy Dispersion X-Ray Spectroscopy), CL (Cathodo-luminescence), IR (Infra Red) spectroscopy, RAMAN spectroscopy, XRD (X-ray Diffraction), XRF (X-ray Fluorescence), SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry).
- Introduzione alla chimica supramolecolare. Interazioni supramolecolari. Chimica host-guest. Complessazione di cationi. Complessazione di anioni. Recettori per coppia anionica. Complessazione di molecole neutre. Catalisi supramolecolare e mimica enzimatica. Cinetica chimica applicata alla catalisi supramolecolare. - “Self-assembly”. Il Self-assembly nei processi biologici. Capsule auto assemblate. Chimica dinamica combinatoria. “Rotassani”, “Catenani” e “Nodi”. - Macchine e motori molecolari; concetti ed esempi. Confronto tra congegni molecolari biologici e artificiali. Sistemi dissipativi. - Nanochimica. Costruzione di nanostrutture tramite approcci "top-down" e "bottom-up". Nanomanipolazione. Litografia “soft”. Sintesi di nanostrutture mediante autoassemblaggio di specie molecolari. -Monostrati auto assemblati (SAM). Nanoparticelle metalliche: sintesi, caratterizzazione e applicazioni. Monolayer protected clusters (MPC): sintesi, caratterizzazione e applicazioni. “Polymer brushes” e loro applicazioni. Fullereni, Nanotubi e Dendrimeri. - Dalle nanostrutture alle microstrutture ed ai materiali macroscopici. Aspetti applicativi attuali e possibilità future
• 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 e sensori indossabili. • 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
Catalisi enzimatica. Come lavorano gli enzimi. Cinetica enzimatica e parametri cinetici. Reazioni con due o più substrati. Cinetica dello stato stazionario. Inibitori enzimatici reversibili ed irreversibili. Dipendenza della catalisi enzimatica dal pH e dalla temperatura. Cooperatività e regolazione enzimatica. Cinetica dello stato pre-stazionario. Meccanismo catalitico di alcuni enzimi e vie metaboliche. Metodi sperimentali in enzimologia. Applicazioni industriali e microrganismi nella biochimica industriale.
Elementi di meccanica quantistica e di meccanica statistica di sistemi nanometrici. Tecniche sperimentali per lo studio dei sistemi nanometrici. Microscopia elettronica SEM/ TEM. Scattering elastico/anelastico, spettroscopia a raggi X e ad elettroni (cenni). Principi della microscopia ad effetto tunnel (STM). Il Microscopio a Scansione Tunnel (STM). Microscopia a scansione di forza (AFM). Nuovi materiali del carbonio (nanotubi e grafene). Caratteristiche fisiche, proprietà elettroniche, metodi di sintesi, alcune applicazioni. Nanoparticelle di semiconduttori o metalli, proprietà opto-elettroniche e applicazioni. Possibilità di inserire uno o due argomenti a scelta concordati con gli studenti.
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
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.
Il corso sarà suddiviso in due parti principali: prima saranno introdotte le basi teoriche della ionometria moderna, la tecnica analitica con l'applicazione di sensori chimici, e in particolare gli elettrodi iono-selettivi (ISE). Introduzione della teoria di ISE, i materiali utilizzati per la loro costruzione, e diverse tipologie dei ISE sviluppati fin ora, insieme alle basi delle loro applicazioni di routine. Nella seconda parte del corso verranno introdotte scienze forensi e chimica forense in particolare. Breve discussione sulle diverse metodi e tecniche della criminalistica da applicare secondo oggetti sotto indagine: dattiloscopia, analisi strumentali dei marcatori di produzione clandestina, test rapidi del abuso alcolico, analisi del DNA e delle tecniche associate (colpevolezza/innocenza, parentela), screening delle sostanze dopanti, analisi degli esplosivi e residui di polveri da sparo, analisi di pigmenti ed inchiostri per stabilire l’autenticità del documenti. Analisi dei reperti archeologici mediante l'impiego del carbonio 14C. In fine verranno discusse delle applicazioni analitiche dei sensori chimici nell'analisi clinica e nelle scienze forensi: applicazione di metodi ionometrici per analisi delle diverse matrici (sangue, urine, altri fluidi biologiciliquidi biologici, ecc). Analisi dei fluidi biologici con particolare interesse allo rilevamento dei dopanti. Rilievo delle tracce di sangue ed i suoi componenti. Metodiche di distinzione dei gruppi sanguigni. Il problema dei falsi positivi.
Studio della struttura e della reattività delle principali classi di intermedi reattivi in Chimica Organica: radicali, radicali-ioni, carbeni e nitreni. Analisi dei metodi e delle tecniche per la loro generazione, caratterizzazione e studio della reattività. Applicazioni in procedure sinteticamente utili con riferimento ad esempi della letteratura recente.
Il programma sarà incentrato sui seguenti argomenti: Domini strutturali delle proteine e diagrammi topologici, motivi strutturali d’interazione proteina-DNA; Regolazione dell’espressione genica (fattori di trascrizione, microRNA); Processi biochimici di degradazione proteica; Meccanismi molecolari alla base della trasduzione dei segnali biochimici e meccano-fisici del microambiente:trasduzione del segnale ormonale; meccanismi molecolari alla base dei segnali sensoriali;meccanismi molecolari alla base della contrazione muscolare; meccanismi molecolari alla base del differenziamento cellulare;sistemi di riparo e rigenerazione dei tessuti (matrice extracellulare e macromolecole biologiche per Ingegneria Tissutale); cenni sui meccanismi molecolari alla base della morte cellulare programmata e terapie antitumorali. Si affronteranno anche i seguenti argomenti tecnologici: Produzione di proteine ricombinanti; le applicazioni tecnologiche delle macromolecole biologiche: Microarray di DNA e di proteine; le tecniche per lo studio delle interazioni proteine-DNA, delle vie di segnalazione e delle interazioni proteina-proteina.
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.
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.Metabolomica. Tecniche e concetti. Acquisizione di dati e assegnazione di metaboliti. Elementi di analisi multivariata: PCA, PLS, PLS-DA. Scoring e loading plots. La metabolomica nel drug discovery. Ricerca di biomarcatori tramite profile metabolici.
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
