Ateneo - UPO

Nel modulo di Chimica Inorganica Superiore verranno sviluppati i seguenti temi: principi fisici della Risonanza Magnetica Nucleare moderna. Spettri eteronucleari e multidimensionali per la determinazione strutturale di molecole organiche e inorganiche. Applicazioni della rilassometria a ciclo di campo per lo studio di complessi di ioni metallici paramagnetici quali sonde strutturali e diagnostiche. Chimica di coordinazione degli elementi f. Chimica Supramolecolare: principi e definizioni, preorganizzazione e complementarità. Macchine molecolari negli esseri viventi e macchine molecolari sintetiche. Chimica organometallica e principi di catalisi omogenea. Il modulo di Laboratorio di Chimica Inorganica Superiore si propone di fornire alle/agli studentesse/studenti un approfondimento sui composti di coordinazione, integrando le conoscenze acquisite nel corso di Chimica Inorganica Superiore. Particolare attenzione verrà rivolta alla sintesi e caratterizzazione di composti di coordinazione mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR).

Verranno messi a disposizione sulla piattaforma DIR il materiale del corso e le dispense di laboratorio. Consultazione consigliata di: Corso on-line sul sito: http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/inside.htm (J.P. Hornak); - H. Friebolin, "Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy", VCH (disponibile in biblioteca); - C. E. Housecroft and A. G. Sharpe, Chimica Inorganica, Piccin, 2024; - J. W. Steed and J. L. Atwood, Supramolecular Chemistry, John Wiley & Sons, Chichester, 2rd edn, 2009; - J. A. Weil, J. R. Bolton, Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and Practical Applications, Ed. John Wiley & Sons, 1994. - M. Brustolon, E. Giamello, Electron Paramagnetic Resonance - A Practitioner’s Toolkit, Ed. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009.

Il modulo di Chimica Inorganica Superiore mira a fornire: solide basi dei principi avanzati della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare a impulsi. Conoscenza delle principali sequenze di impulso. Principi base degli spettri allo stato solido e di MRI. Uso delle tecniche rilassometriche per studiare le proprietà di complessi di ioni paramagnetici e la loro interazione con biomolecole. Abilità di interpretazione di spettri mono- e bi-dimensionali di molecole organiche e di composti inorganici alla luce dei concetti teorici. Conoscenza delle proprietà chimiche rilevanti degli elementi f nel contesto delle applicazioni moderne. Acquisire familiarità con gli aspetti di base dei composti organometallici e della catalisi omogenea. Fondamenti della chimica supramolecolare e concetti quali auto-assemblaggio, preorganizzazione e complementarità. Principi e proprietà delle macchine molecolari, sia nel mondo biologico che sintetiche. Abilità comunicative: acquisire e saper utilizzare un lessico chimico appropriato in relazione agli argomenti affrontati nel corso. Il corso ha anche lo scopo di sviluppare la capacità di apprendere autonomamente ed il senso critico che permette alla/allo stedentessa/studente di trarre conclusioni su questioni attinenti agli argomenti trattati. Il modulo di Laboratorio di Chimica Inorganica Superiore intende completare gli obiettivi formativi del modulo precedente attraverso la discussione critica di alcune tematiche di particolare rilievo nel settore della chimica inorganica, con l’applicazione di metodologie già note alle/agli studentesse/studenti ed alcune ancora sconosciute a loro. La/lo studentessa/studente dovrà acquisire concetti teorici di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e di spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR), imparando ad applicarli ai composti di coordinazione, e concetti teorici sull’utilizzo di alcuni complessi metallici. La/lo studentessa/studente dovrà inoltre acquisire nozioni pratiche sulle metodologie utilizzate nel laboratorio inerenti preparazione, purificazione e caratterizzazione di composti di coordinazione utilizzando pratiche di laboratorio e strumentazione avanzata. La/lo studentessa/studente dovrà saper applicare le metodologie apprese ed arrivare ad eseguire autonomamente gli esperimenti; dovrà saper raccogliere, interpretare e discutere criticamente i dati ottenuti dalla caratterizzazione dei complessi interpretandoli alla luce delle conoscenze acquisite. Il corso nel suo insieme ha anche lo scopo di sviluppare la capacità di apprendere autonomamente ed il senso critico che permette alla/allo studentessa/studente di trarre conclusioni su questioni attinenti agli argomenti trattati attraverso l’approfondimento autonomo durante la scrittura delle relazioni. Infine, la/lo studentessa/studente svilupperà le proprie abilità comunicative acquisendo ed utilizzando un lessico chimico appropriato agli argomenti del corso arrivando a scrivere e poi discutere una relazione sui risultati ottenuti nelle esperienze pratiche.

Contenuti dei Corsi di Chimica Inorganica, Chimica Organica di base, Chimica Fisica e conoscenza di base delle principali tecniche spettroscopiche

Chimica Inorganica Superiore: lezioni frontali integrate con alcune esercitazioni in aula e/o sullo spettrometro e relativa discussione e analisi dei risultati. Le proprietà ottiche e magnetiche dei complessi degli elementi f e il loro impiego in biomedicina sono oggetto di trattazione seminariale e studio autonomo da parte degli studenti.
Laboratorio di Chimica Inorganica Superiore: lezioni introduttive (concetti teorici e pratici) alle esperienze pratiche ed esercitazioni in laboratorio di sintesi e strumentale finalizzate all’applicazione dei concetti esposti a lezione. Lo studente dovrà compilare un quaderno di laboratorio e lavorerà in gruppo sia nello svolgere le esperienze di laboratorio che nel preparare una relazione scritta sul lavoro svolto. Inoltre, potrà approfondire autonomamente le tematiche del corso durante la stesura della relazione.

I concetti oggetto del modulo di Chimica Inorganica Superiore verranno discussi collegialmente in aula e applicati direttamente durante le esercitazioni in aula (interpretazione di spettri NMR) e sugli spettrometri.
Il controllo dell'apprendimento in itinere nel modulo di Laboratorio verrà effettuato attraverso la discussione dei risultati sperimentali al termine delle esperienze di laboratorio.
- Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo
“Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti” e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studentidisabili-e-dsa_

-Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

Esame scritto consistente di: 6 domande aperte sui più rilevanti argomenti teorici (punti 18); assegnazione degli spettri 1H e 13C di una molecola sulla base di dati sperimentali 1D e 2D (punti 6). I risultati dell’esame chiariscono la comprensione dei concetti teorici, la capacità di utilizzarli per risolvere problemi di media difficoltà, la capacità di giudizio e il grado acquisizione di un linguaggio tecnico-scientifico adeguato. La prova è superata con la conoscenza dei concetti base (13/24) mentre il massimo punteggio sarà ottenuto dimostrando tutte le abilità/capacità elencate.
È obbligatoria la frequenza del laboratorio e la/lo studentessa/studente dovrà tenere un quaderno di laboratorio per sviluppare l’abilità di descrivere un’esperienza svolta e raccogliere dati in modo corretto.
Al termine delle attività di laboratorio la/lo studentessa/studente dovrà produrre una relazione scritta sulle esperienze svolte, contenente un’analisi critica dei risultati ottenuti nelle esperienze per sviluppare la capacità di trarre conclusioni dalle esperienze effettuate e le abilità comunicative. La relazione potrà anche includere degli approfondimenti personali sugli argomenti trattati in laboratorio. La consegna dell'elaborato sarà condizione necessaria per l'accesso all'esame scritto del corso e l'elaborato stesso verrà valutato dalla commissione, contestualmente all'esame scritto del corso, fino ad un massimo di 6 punti.
Questa modalità di valutazione permetterà di valutare le conoscenze teoriche acquisite, l’abilità di applicarle a casi reali, la capacità di raccogliere e di analizzare criticamente i risultati ottenuti, le abilità comunicative nell’esporre il lavoro svolto, le capacità di apprendimento. La/lo studentessa/studente che avrà mostrato tutte le abilità e capacità elencate (v. risultati di apprendimento attesi) raggiungerà il punteggio massimo.

Nel modulo di Chimica Inorganica Superiore verranno studiati i metodi spettroscopici basati sulla Risonanza Magnetica per lo studio della struttura molecolare e dei processi dinamici. Ordine di uno spettro NMR. Cenni sui sistemi di spin di ordine superiore. Tempi di rilassamento: definizione, misura e meccanismi. Tecniche moderne: 1) doppia risonanza: disaccoppiamenti broadband (gated e off-resonance); 2) NOE: principi ed applicazioni; 3) sequenze INEPT e DEPT. 2D NMR: generalità ed esperimenti omo- and eteronucleari (COSY, EXSY, NOESY, HMQC, HMBC). NMR dinamico: generalità, line-shape analysis, parametri cinetici, applicazioni. NMR e la tavola periodica: applicazioni in chimica inorganica. NMR allo stato solido: generalità. NMR dei sistemi paramagnetici: ioni metallici, complessi e loro coniugati a macromolecole. Le tecniche rilassometriche e il fast-field cycling. Principi di MRI e uso di sistemi metallici quali agenti di contrasto. Applicazioni dei catalizzatori contenenti metalli del blocco d nella produzione industriale di prodotti chimici. Catalisi omogenea: metatesi degli alcheni e alchini, idrogenazione degli alcheni e produzione di ammoniaca da azoto molecolare. Catalisi eterogenea: cenni ed esempi illustrativi. Le terre rare: i principali depositi minerari, proprietà fisico-chimiche, processi di estrazione e lavorazione dei minerali. Complessi degli elementi f: aspetti termodinamici, cinetici, proprietà magnetiche ed ottiche. Applicazioni moderne. Chimica supramolecolare: introduzione alla chimica di coordinazione, comportamento in soluzione e applicazioni di eteri corona e criptandi, sintesi di macrocicli: effetto template e alta diluizione, leganti soft. Cenni di chimica supramolecolare della vita: cationi dei metalli alcalini nei sistemi biologici, macrocicli di porfirine e tetrapirroli, autoassemblaggio biochimico, biomineralizzazione. Il modulo di Laboratorio di Chimica Inorganica superiore si propone di fornire alle/agli studentesse/studenti le conoscenze di base della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e della spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR). Il corso si compone di un’introduzione sulle tecniche (basi teoriche e strumentazione) e sulle sue applicazioni ai complessi metallici. A questa prima parte seguiranno le esperienze di laboratorio che potranno essere, a rotazione: sintesi di complessi Cu(II)-aminoacido, caratterizzazione mediante spettroscopia UV-visibile ed EPR, e determinazione delle costanti di stabilità: sintesi del complesso bis(acetilacetonato)oxovanadio(IV) e caratterizzazione mediante rilassometria e spettroscopia UV-visibile ed EPR; sintesi e caratterizzazione mediante XRD e SEM di un MOF a base Cu(II): sintesi del complesso [Co(en)3]3+ e risoluzione NMR delle specie enantiomeriche.

Conoscenza e comprensione: conoscenza delle tecniche NMR più usate e delle loro applicazioni; conoscere i principi per l’assegnazione di spettri NMR di molecole organiche e semplici molecole inorganiche. Conoscenza dei principi basilari della chimica supramolecolare, preorganizzazione, complementarità e autoassemblaggio. Conoscenza dei fondamenti del design di solidi organici e organometallici. Familiarità con le caratteristiche chimiche principali dei composti organometallici dei blocchi d e f e loro applicazioni nella sintesi e catalisi industriale. Conoscenza dei fondamenti della spettroscopia EPR, nozioni pratiche su preparazione, purificazione e caratterizzazione di composti di coordinazione utilizzando metodi e strumentazione avanzata.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: abilità di applicare le conoscenze teoriche all’interpretazione di spettri NMR (capacità di assegnare e/o predire spettri NMR di molecole organiche e semplici molecole inorganiche), all’analisi dei valori dei tempi di rilassamento e alla spiegazione dei fenomeni dipendenti dalla temperatura. Capacità di predire l’autoassemblaggio di molecole organiche nello stato solido a partire dalla struttura di semplici sintoni coinvolti. Capacità di utilizzare le conoscenze sulla struttura e sul legame nei composti organometallici per interpretare il loro ruolo in catalisi.
Abilità di raccogliere dati in modo corretto e di tenere un quaderno di laboratorio; abilità di applicare le conoscenze teoriche all’esecuzione e comprensione degli esperimenti di laboratorio e all’interpretazione dei risultati ottenuti.
Autonomia di giudizio: Capacità di analizzare con senso critico le nozioni apprese e valutare i risultati ottenuti nelle esperienze pratiche, individuando possibili errori e proponendo soluzioni
Abilità comunicative: capacità di usare un appropriato linguaggio scientifico nel rispondere alle domande, nell’analizzare i dati spettrali e nel relazionare sul lavoro svolto; acquisizione di un appropriato linguaggio scientifico per comunicare in maniera precisa, concisa e chiara.
Capacità di apprendimento: capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato che permetta la successiva autonoma acquisizione di ulteriori conoscenze nell’ambito della spettroscopia NMR e delle applicazioni più avanzate della chimica inorganica e supramolecolare. Capacità di approfondire autonomamente un argomento connesso a quelli del corso e di analizzare dati, interpretandoli alla luce delle conoscenze acquisite.