Ateneo - UPO

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.

Materiale fornito dal docente, disponibile sulla piattaforma DIR. 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.

Solide basi dei principi avanzati ella 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.

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

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 delle/degli studentesse/studenti.

I concetti oggetto del corso verranno discussi collegialmente in aula e applicati direttamente durante le esercitazioni in aula (interpretazione di spettri NMR) e sugli spettrometri.
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. Al punteggio raggiunto con lo scritto verranno aggiunti i punti relativi alla relazione di laboratorio (fino a max 6; v. Syllabus del corso integrato).

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.

Conoscenza e comprensione: conoscenza delle tecniche NMR più usate e delle loro applicazioni; conoscere i principi per l’assegnazione e la predizione di spettri 1H e 13C 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.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: abilità di applicare le conoscenze teoriche all’interpretazione di spettri NMR (capacità di assegnare e/o predire spettri 1H e 13C 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.
Autonomia di giudizio: capacità di valutare con senso critico le nozioni apprese.

Abilità comunicative: capacità di usare un appropriato linguaggio scientifico nel rispondere alle domande e nell’analizzare i dati spettrali; 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 possibilità di una autonoma acquisizione di ulteriori conoscenze nell’ambito della spettroscopia NMR e delle applicazioni più avanzate della chimica inorganica e supramolecolare.