Modulo Chimica Analitica Strumentale. La qualità del dato analitico e la validazione dei metodi analitici, parametri di qualità dei metodi analitici (LOD, LOQ, incertezza di misura, range dinamico e lineare, robustezza, precisione ed esattezza, ripetibilità e riproducibilità, recupero). Teoria della calibrazione e metodi di calibrazione più usati (calibrazione con standard esterni, aggiunte standard, uso di standard interni). Cenni generali sulla cromatografia: processo di separazione degli analiti e meccanismi di separazione, cromatogramma, parametri di qualità di una separazione cromatografica, teoria dei piatti teorici e delle velocità, ottimizzazione di separazioni cromatografiche, classificazione delle tecniche cromatografiche, cenni di cromatografia su carta e strato sottile. Gascromatografia: strumentazione, introduzione del campione, colonne, meccanismi di separazione, rivelatori. Cromatografia liquida (HPLC): meccanismi di separazione, strumentazione, introduzione del campione, colonne, rivelatori. Tecniche spettroscopiche: cenni generali, spettro elettromagnetico e tipi di spettroscopie. Spettroscopia UV-visibile molecolare: strumentazione, rivelatori, applicazioni qualitative e quantitative. Analisi elementale (assorbimento atomico a fiamma e fornetto di grafite, ICP-MS, ICP-OES): introduzione del campione, pretrattamento del campione, strumentazione, prestazioni analitiche, applicazioni analitiche. Spettrometria di massa: strumentazione, sorgenti, accoppiamento con GC, HPLC e ICP, introduzione del campione, analizzatori (quadrupolo, settore magnetico, trappola ionica, ICR, TOF, ibridi), rivelatore, metodi di acquisizione, tipi di spettri di massa e loro interpretazione, librerie. Altre tecniche analitiche di separazione e riconoscimento. Tecniche elettroforetiche in capillare e su gel. Cenni sui metodi di pre-trattamento del campione e sui metodi di campionamento.Esecuzione di ricerca bibliografica mediante ricerca in banche dati scientifiche, approccio alla soluzione di casi studio e alla presentazione dei risultati efficace mediante presentazioni multimediali. Modulo Laboratorio. Metodi di analisi strumentali (elettrochimici, cromatografici, spettrofotometrici) e classici (titrimetria). Stesura di un quaderno di laboratorio chiaro, conciso ed efficace, stesura di report scientifici; stesura di rapporti di prova. Come utilizzare il materiale fornito per mettere a punto strategie di analisi.

La qualità del dato analitico e la validazione dei metodi analitici, parametri di qualità dei metodi analitici (LOD, LOQ, incertezza di misura, range dinamico e lineare, robustezza, precisione ed esattezza, ripetibilità e riproducibilità, recupero). Teoria della calibrazione e metodi di calibrazione più usati (calibrazione con standard esterni, aggiunte standard, uso di standard interni). Cenni generali sulla cromatografia: processo di separazione degli analiti e meccanismi di separazione, cromatogramma, parametri di qualità di una separazione cromatografica, teoria dei piatti teorici e delle velocità, ottimizzazione di separazioni cromatografiche, classificazione delle tecniche cromatografiche, cenni di cromatografia su carta e strato sottile. Gascromatografia: strumentazione, introduzione del campione, colonne, meccanismi di separazione, rivelatori. Cromatografia liquida (HPLC): meccanismi di separazione, strumentazione, introduzione del campione, colonne, rivelatori. Tecniche spettroscopiche: cenni generali, spettro elettromagnetico e tipi di spettroscopie. Spettroscopia UV-visibile molecolare: strumentazione, rivelatori, applicazioni qualitative e quantitative. Analisi elementale (assorbimento atomico a fiamma e fornetto di grafite, ICP-MS, ICP-OES): introduzione del campione, pretrattamento del campione, strumentazione, prestazioni analitiche, applicazioni analitiche. Spettrometria di massa: strumentazione, sorgenti, accoppiamento con GC, HPLC e ICP, introduzione del campione, analizzatori (quadrupolo, settore magnetico, trappola ionica, ICR, TOF, ibridi), rivelatore, metodi di acquisizione, tipi di spettri di massa e loro interpretazione, librerie. Altre tecniche analitiche di separazione e riconoscimento. Tecniche elettroforetiche in capillare e su gel. Cenni sui metodi di pre-trattamento del campione e sui metodi di campionamento.Esecuzione di ricerca bibliografica mediante ricerca in banche dati scientifiche, approccio alla soluzione di casi studio e alla presentazione dei risultati efficace mediante presentazioni multimediali.

Metodi di analisi strumentali (elettrochimici, cromatografici, spettrofotometrici) e classici (titrimetria). Stesura di un quaderno di laboratorio chiaro, conciso ed efficace, stesura di report scientifici; stesura di rapporti di prova. Come utilizzare il materiale fornito per mettere a punto strategie di analisi.

Parte teorica: Nella prima parte del corso si continua l'esposizione della Meccanica Quantistica applicata alla chimica, iniziata nel corso di Chimica Fisica I. Si trattano il momento angolare, l'atomo di idrogeno e il metodo Hartree-Fock per lo studio di sistemi polielettronici. Vengono forniti alcuni cenni relativi ai metodi moderni di calcolo applicati ai problemi chimici. Nella seconda parte, ci si occupa della definizione di energia molecolare (potenziale e cinetica, distinta in diversi contributi). Per ogni contributo vengono presentate le equazioni quanto-meccaniche necessarie alla definizione dei livelli energetici (la soluzione delle equazioni è quasi sempre di tipo qualitativo). Si introducono i concetti fondamentali di spettroscopia molecolare, i coefficienti di Einstein e l'analisi della forma di riga. Vengono presentati i rudimenti teorici delle spettroscopie vibrazionale, elettronica e magnetica. Si introducono le basi della meccanica statistica, il concetto di insieme termodinamico, la distribuzione di Boltzmann, e la funzione di partizione. Si calcolano le funzioni di partizione associate ai diversi contributi energetici definiti nella prima parte del corso, e si mostra la relazione con le grandezze termodinamiche macroscopiche. Si introducono alcuni concetti basilari di cinetica chimica, ordine di reazione, equazione di Arrhenius, teoria delle collisioni, teoria del complesso attivato (Eyring). Si illustra come utilizzare il materiale didattico per un successivo approfondimento per stimolare la capacità di apprendimento. Parte di laboratorio: Parte introduttiva: Verranno analizzati gli aspetti fondamentali della cinetica delle reazioni chimiche. Verranno illustrate le leggi che regolano la velocità delle reazioni chimiche verranno illustrate facendo riferimento ad alcune reazioni semplici. Verranno inoltre discusse le leggi relative a reazioni più complesse, con particolare riferimento agli effetti causati dalla presenza di un catalizzatore. Verranno inoltre presentate le modalità di risoluzione di esercizi di cinetica chimica. Parte di Laboratorio: Le esperienze di laboratorio riguarderanno l'uso delle tecniche spettroscopiche IR e UV-Visibile. Inoltre, verrà seguita, con l'ausilio delle diverse spettroscopie, la cinetica di una reazione catalizzata in fase omogenea. Sarà inoltre illustrato agli studenti come redigere in modo efficace relazioni scientifiche e il quaderno di laboratorio e sarà illustrato come utilizzare il materiale didattico per un ulteriore approfondimento

Nella prima parte del corso si continua l'esposizione della Meccanica Quantistica applicata alla chimica, iniziata nel corso di Chimica Fisica I. Si trattano il momento angolare, l'atomo di idrogeno e il metodo Hartree-Fock per lo studio di sistemi polielettronici. Vengono forniti alcuni cenni relativi ai metodi moderni di calcolo applicati ai problemi chimici. Nella seconda parte, ci si occupa della definizione di energia molecolare (potenziale e cinetica, distinta in diversi contributi). Per ogni contributo vengono presentate le equazioni quanto-meccaniche necessarie alla definizione dei livelli energetici (la soluzione delle equazioni è quasi sempre di tipo qualitativo). Si introducono i concetti fondamentali di spettroscopia molecolare, i coefficienti di Einstein e l'analisi della forma di riga. Vengono presentati i rudimenti teorici delle spettroscopie vibrazionale, elettronica e magnetica. Si introducono le basi della meccanica statistica, il concetto di insieme termodinamico, la distribuzione di Boltzmann, e la funzione di partizione. Si calcolano le funzioni di partizione associate ai diversi contributi energetici definiti nella prima parte del corso, e si mostra la relazione con le grandezze termodinamiche macroscopiche. Si introducono alcuni concetti basilari di cinetica chimica, ordine di reazione, equazione di Arrhenius, teoria delle collisioni, teoria del complesso attivato (Eyring).Si illustra come utilizzare il materiale didattico per un successivo approfondimento per stimolare la capacità di apprendimento.

Parte introduttiva: Verranno analizzati gli aspetti fondamentali della cinetica delle reazioni chimiche. Verranno illustrate le leggi che regolano la velocità delle reazioni chimiche verranno illustrate facendo riferimento ad alcune reazioni semplici. Verranno inoltre discusse le leggi relative a reazioni più complesse, con particolare riferimento agli effetti causati dalla presenza di un catalizzatore. Verranno inoltre presentate le modalità di risoluzione di esercizi di cinetica chimica. Parte di Laboratorio: Le esperienze di laboratorio riguarderanno l'uso delle tecniche spettroscopiche IR e UV-Visibile. Inoltre, verrà seguita, con l'ausilio delle diverse spettroscopie, la cinetica di una reazione catalizzata in fase omogenea. Sarà inoltre illustrato agli studenti come redigere in modo efficace relazioni scientifiche e il quaderno di laboratorio e sarà illustrato come utilizzare il materiale didattico per un ulteriore approfondimento.

Definizioni e nomenclatura dei materiali polimerici, polimeri lineari, ramificati e reticolati. Struttura chimica, morfologia e stereochimica nei materiali polimerici. Pesi molecolari e distribuzione dei pesi molecolari: definizioni e metodi di determinazione (analisi dei gruppi terminali, osmometria a membrana, gel permeation chromatography). Policondensazioni e polimerizzazioni a stadi. Meccanismo del processo di polimerizzazione per policondensazione, cinetica e distribuzione dei pesi molecolari. Metodi di conduzione delle reazioni di policondensazione. Principali polimeri per policondensazione: nylon, PET, polimeri aramidici, siliconi, poliammidi, policarbonati, resine epossidiche, bakeliti, resine alchiliche, resine rinforzate in fibra di vetro. Poliaddizioni e polimerizzazioni a catena. Meccanismo del processo di polimerizzazione per poliaddizione radicalica. Cinetica e distribuzione dei pesi molecolari. Polimerizzazioni controllate: anionica, cationica e radicalica controllata. Principali polimeri perpoliaddizione: polistirene, polietilene, polipropilene, PVC, poliacrilati e copolimeri acrilici, polimetilmetacrilato, polivinilpirrolidone. Copolimeri. Copolimeri statistici e a blocchi, equazione di copolimerizzazione, preparazione e proprietà dei copolimeri ABS, SBR, SBS. Proprietà dei materiali polimerici: stato cristallino, stato vetroso ed elasticità delle gomme. Utilizzo del materiale fornito per un ulteriore approfondimento volto all’impostare strategie sintetiche di polimeri.

CHIMICA INORGANICA: Il corso tratta i seguenti argomenti. I metalli di transizione: proprietà, stati di ossidazione, diagrammi di Latimer, Frost e Pourbaix. Composti di coordinazione: reazioni acido-base secondo Lewis; principio HSAB di Pearson, complessi acquosi. Costanti di formazione. Effetto chelante e complessi interni. Stechiometria e geometria dei complessi. Teoria CF e teoria LF: Complessi a geometria ottaedrica, tetraedrica e planare quadrata; complessi ad alto e basso spin; proprietà magnetiche. Effetto Jahn-Teller; spettri elettronici e serie spettrochimica. Leganti s-donatori, leganti p-donatori e p-accettori. Regola EAN. Reattività dei complessi: Effetto della complessazione sui potenziali redox dei cationi metallici. Meccanismi elementari di sostituzione nei complessi. Distribuzione dei metalli in natura. Cenni di metallurgia. Il diagramma ferro-carbonio. Composti organometallici: composti metallo-carbonilici binari, leganti organici più comuni, metalloceni. Legame metallo-metallo e cluster metallici. Catalisi omogenea. Meccanismi elementari di un ciclo catalitico. Effetto elettronico e sterico. Idroformilazione (processo oxo) e sue variazioni. Introduzione alla chimica bioinorganica. Nucleogenesi ed abbondanza degli elementi. Bioselezione, omeostasi dei metalli. Terapia chelante. Ciclo del ferro e del rame. Metalli pesanti nell’ambiente e ruolo dei metalli pesanti nelle malattie neurodegenerative. Lantanidi: separazione, reattività e confronto con i metalli di transizione, leganti e geometrie per NC 8 e 9. Radiochimica: stabilità nucleare, emissioni nucleari, decadimento, bilanciamento delle reazioni nucleari, principali famiglie di radioisotopi naturali, rilevatori di particelle, applicazioni pacifiche della fissione nucleare, arricchimento in 235-U, scorie radioattive. LABORATORIO: il corso si propone di fornire gli elementi indispensabili per completare le conoscenze di chimica inorganica già illustrate nel corso teorico (crystal field theory vs orbitali molecolari, costanti di formazione, effetto chelante, conducibilità e spettroscopia UV-visibile e NMR applicate a complessi). Esso si articolerà in una parte di presentazione delle esperienze di laboratorio (con la spiegazione dei passaggi chiave delle reazioni da eseguire e l’illustrazione di alcune tecniche che verranno impiegate) ed una parte più propriamente sperimentale. In quest’ultima verrà eseguita una serie di esperienze da tutti gli studenti a rotazione e divisi in piccoli gruppi di due o tre persone. In particolare, verranno sintetizzati e purificati alcuni composti di coordinazione di cobalto e di nichel e composti metallo-organici come i derivati del ferrocene. Per alcuni di essi verrà effettuata la caratterizzazione spettroscopica (UV-visibile o NMR) o conduttimetrica. Inoltre, verrà illustrato come determinare la costante di formazione di un complesso mediante titolazione e come determinare la stechiometria di un complesso con il metodo di Job. Verranno presentate modalità efficaci per redigere il quaderno di laboratorio e una relazione scientifica e come utilizzare il materiale didattico per un futuro approfondimento.

Il corso tratta i seguenti argomenti. I metalli di transizione: proprietà, stati di ossidazione, diagrammi di Latimer, Frost e Pourbaix. Composti di coordinazione: reazioni acido-base secondo Lewis; principio HSAB di Pearson, complessi acquosi. Costanti di formazione. Effetto chelante e complessi interni. Stechiometria e geometria dei complessi. Teoria CF e teoria LF: Complessi a geometria ottaedrica, tetraedrica e planare quadrata; complessi ad alto e basso spin; proprietà magnetiche. Effetto Jahn-Teller; spettri elettronici e serie spettrochimica. Leganti s-donatori, leganti p-donatori e p-accettori. Regola EAN. Reattività dei complessi: Effetto della complessazione sui potenziali redox dei cationi metallici. Meccanismi elementari di sostituzione nei complessi. Distribuzione dei metalli in natura. Cenni di metallurgia. Il diagramma ferro-carbonio. Composti organometallici: composti metallo-carbonilici binari, leganti organici più comuni, metalloceni. Legame metallo-metallo e cluster metallici. Catalisi omogenea. Meccanismi elementari di un ciclo catalitico. Effetto elettronico e sterico. Idroformilazione (processo oxo) e sue variazioni. Introduzione alla chimica bioinorganica. Nucleogenesi ed abbondanza degli elementi. Bioselezione, omeostasi dei metalli. Terapia chelante. Ciclo del ferro e del rame. Metalli pesanti nell’ambiente e ruolo dei metalli pesanti nelle malattie neurodegenerative. Lantanidi: separazione, reattività e confronto con i metalli di transizione, leganti e geometrie per NC 8 e 9. Radiochimica: stabilità nucleare, emissioni nucleari, decadimento, bilanciamento delle reazioni nucleari, principali famiglie di radioisotopi naturali, rilevatori di particelle, applicazioni pacifiche della fissione nucleare, arricchimento in 235-U, scorie radioattive.

Il corso si propone di fornire gli elementi indispensabili per completare le conoscenze di chimica inorganica già illustrate nel corso teorico (crystal field theory vs orbitali molecolari, costanti di formazione, effetto chelante, conducibilità e spettroscopia UV-visibile e NMR applicate a complessi). Esso si articolerà in una parte di presentazione delle esperienze di laboratorio (con la spiegazione dei passaggi chiave delle reazioni da eseguire e l’illustrazione di alcune tecniche che verranno impiegate) ed una parte più propriamente sperimentale. In quest’ultima verrà eseguita una serie di esperienze da tutti gli studenti a rotazione e divisi in piccoli gruppi di due o tre persone. In particolare, verranno sintetizzati e purificati alcuni composti di coordinazione di cobalto e di nichel e composti metallo-organici come i derivati del ferrocene. Per alcuni di essi verrà effettuata la caratterizzazione spettroscopica (UV-visibile o NMR) o conduttimetrica. Inoltre, verrà illustrato come determinare la costante di formazione di un complesso mediante titolazione e come determinare la stechiometria di un complesso con il metodo di Job. Verranno presentate modalità efficaci per redigere il quaderno di laboratorio e una relazione scientifica e come utilizzare il materiale didattico per un futuro approfondimento.

Chimica dell’atmosfera. Struttura e composizione chimica dell’atmosfera; principi di cinetica chimica e fotochimica; reazioni chimiche e fotochimiche in atmosfera; chmica della stratosfera; lo strato di ozono ed il fenomeno del “buco” di ozono; chimica della troposfera; fonti e reazioni di inquinanti inorganici (monossido di carbonio, biossido di zolfo, NOx, ammoniaca, composti alogenati) ed organici (COV, CFC); lo smog fotochimico; il particolato atmosferico; effetto serra; cicli biogeochimici di carbonio, azoto e zolfo; fonti energetiche non rinnovabili ed inquinamento atmosferico; fonti energetiche rinnovabili. Chimica dell’idrosfera. Fondamenti di chimica acquatica: equilibri acido base ed il sistema biossido di carbonio/bicarbonato/carbonato; equilibri di solubilità; colloidi e sostanza organica disciolta; reazioni di ossidoriduzione; diagrammi pE/pH; chimica dei microinquinanti organici ed inorganici nelle acque e nel sedimento. Chimica degli inquinanti. Proprietà generali degli inquinanti ambientali: solubilità, biodegradabilità, bioconcentrazione, biongrandimento, speciazione, persistenza, caratteristiche tossicologiche; inquinanti organici: pesticidi, diossine, furani, PCB, idrocarburi policiclici aromatici; inquinanti inorganici; classificazione ambientale dei metalli; relazioni tra speciazione, distribuzione nei comparti ambientali e biodisponibilità; tossicità dei principali metalli pesanti e patologie correlate; alterazione antropogenica della distribuzione dei metalli nell’ambiente; inertizzazione, mobililizzazione, e speciazione degli inquinanti nei comparti ambientali; metodi chimici per il risanamento (cenni).

Introduzione al corso con cenni di termodinamica e di cinetica applicata a processi chimici industriali. Reazioni parallele e consecutive. Definizione delle condizioni operative (pressione, temperatura, tempo di contatto) nella conduzione di una reazione chimica con alcuni esempi di processi industriali. Concetti di resa, conversione e selettività. Bilanci di massa e di energia applicati a processi chimici industriali. Esempi di riciclo. Reattori in batch e continui, sicurezza e minimizzazione rischi. Tecnologie emergenti e sorgenti energetiche alternative. Problemi connessi con lo scale-up di un processo produttivo dal laboratorio all’industria. I dodici Principi della green chemistry e loro applicazione (reazioni solvent-free, minimizzazione dei rifiuti). Utilizzo di sistemi solventi innovativi (fluidi supercritici, acqua come solvente, liquidi ionici). Monitoraggio on-line dei processi. Introduzione all’LCA (Life Cycle Assessment). Legislazione e certificazione. Un esempio di gestione di tutte le problematiche suindicate tratto dall’esperienza su un processo industriale attuale. Utilizzo del materiale fornito e non per un approfondimento autonomo.

Fondamenti teorici della strutturistica: interazione radiazione materia, diffrazione da cristallo perfetto, Eq. di Laue, problema della fase. La diffrazione da polveri e da cristallo singolo. Cenni sui metodi di grafica molecolare indispensabili a visualizzare le strutture atomiche e molecolari dei composti da analizzare. In seguito vengono descritti i database strutturali (CCDC per piccole molecole organiche e organometalliche e PDB per le macromolecole biologiche) e le potenzialità dell’informazione strutturale, con cenni ai metodi di calcolo della struttura tridimensionale. Esecuzione dell’analisi strutturale da cristallo e mediante diffrazione da polveri.

Obiettivi: La prima parte del corso ha l’obiettivo di fornire allo studente la comprensione dei rapporti struttura-funzione delle principali molecole biologiche, i meccanismi biochimici essenziali per una corretta funzionalità metabolica la chiave per la comprensione del contesto chimico e biologico nelle biomolecole e i fondamenti delle principali metodologie applicabili allo studio dei meccanismi molecolari nella cellula. PARTE PROPEDEUTICA: FONDAMENTI Richiami di biologia cellulare: organizzazione e compartimentazione cellulare; la cellula animale; la cellula vegetale; la cellula batterica; strutture sopramolecolari. Richiami di chimica: i legami del carbonio; la natura del legame chimico; proprietà dei principali gruppi funzionali e delle diverse classi dei composti organici; isomeria; interazioni deboli nei sistemi acquosi; ionizzazione dell’acqua degli acidi deboli e delle basi deboli; meccanismi tampone nei sistemi biologici. LE BIOMOLECOLE Carboidrati: definizioni classificazione e nomenclatura. La classificazione dei monosaccaridi. La configurazione e la conformazione. Isomeria ottica. Chiralità, proiezioni di Fisher e Haworth. I derivati degli zuccheri. Il legame glicosidico. I disaccaridi. I polisaccaridi strutturali: la cellulosa. Polisaccaridi di riserva: amido e glicogeno. Chitina. La struttura della membrana batterica. Lipidi e membrane: La classificazione dei lipidi. Gli acidi grassi naturali saturi ed insaturi. I triacilgliceroli. Le cere. Le vitamine. I glicolipidi. I doppi strati lipidici. Perchè si formano i doppi strati fosfolipidici. La mobilità dei lipidi nelle membrane. Le proteine integrali di membrana. Interazioni proteine lipidi. Le proteine periferiche di membrana. Struttura e assemblaggio delle membrane. Il modello a mosaico fluido. L'asimmetria delle membrane. Meccanismi di riconoscimento a livello di membrana. Organizzazione strutturale dei lipidi polari in acqua: micelle e liposomi. Acidi nucleici: i componenti dei nucleosidi e dei nucleotidi: struttura e nomenclatura. Polinucleotidi: struttura primaria e secondaria di DNA ed RNA. Amminoacidi: Proprietà generali degli amminoacidi naturali. Classificazione e caratteristiche. Le proprietà acido-base. La stereochimica. Amminoacidi non standard. Il Glutatione e gli antiossidanti. La stereochimica nei sistemi viventi. LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLE PROTEINE Peptidi e proteine. Il legame peptidico. La struttura primaria. La struttura delle proteine. Livelli di organizzazione strutturale delle proteine: strutture secondarie e supersecondarie. Forze che stabilizzano le strutture tridimensionali. Ripiegamento e stabilità delle proteine. Denaturazione e ripiegamento. Conformazioni tridimensionali nelle proteine. LA FUNZIONE DELLE PROTEINE: STRUTTURE BIOLOGICHE Cheratina: il capello e la lana. I coiled coils. Fibroina: la struttura della seta. Collagene. Mioglobina ed Emoglobina. Studio delle strutture molecolari. Evoluzione molecolare. Il gruppo eme. Il legame con ossigeno. Il trasporto della CO2. Curve di saturazione dell’ossigeno. Fattori che regolano l’ossigenazione dell’emoglobina. Basi strutturali del legame con gli effettori molecolari. Cooperatività nel legame con O2. Effetto Bohr. Effetto BPG. Fattori che modificano l’affinità di Hb per O2. Transizioni molecolari nello stato T ed R: modelli molecolari. Il globulo rosso: la membrana. HbS una malattia molecolare: approccio allo studio delle proprietà chimico fisiche. GLI ENZIMI (questa parte andrà in sovrapposizione anche nel secondo semestre) Proprietà generali. Principi termodinamici, energia di attivazione. Cinetica enzimatica, derivazione dell’equazione di Michaelis-Menten, significato di Km, Vmax, Kcat ed efficienza catalitica, grafico dei doppi reciproci, esempi numerici. Misura dell’attività catalitica (UI e Katal). Effetto del pH e della temperatura sulla cinetica enzimatica. Inibizione enzimatica., metodi grafici per la caratterizzazione dell’inibizione competitiva, incompetitiva, e non competitiva. Effetti allosterici, Classificazione degli enzimi in base al tipo di reazione catalizzata, coenzimi e cofattori. Spettrofotometria uv/vis (assorbanza e trasmittanza, la legge di Lambert Beer) Applicazioni della spettrofotometria allo studio delle proteine. Bioenergetica e termodinamica cellulare: energia libera, entropia, equilibrio chimico. Significato delle variazioni dell’equilibrio chimico. ATP ed altri composti ad alta energia: le basi strutturali delle differenze in energia libera; ruolo nelle reazioni biologiche. Il trasferimento di gruppi fosforici. Reazioni chimiche accoppiate: ossidazioni e riduzioni, il ruolo dei coenzimi trasportatori. Compartimentazione cellulare delle vie metaboliche. Metabolismo degli esosi. Sistemi di trasporto del glucosio. Fosforilazione del glucosio: ruolo delle isoforme dell'esochinasi. La glicolisi: significato, tappe di reazione, di regolazione e bilancio energetico. La fosforilazione a livello del substrato. Destino del piruvato in condizioni anaerobiche: fermentazioni alcolica e lattica. La degradazione del glicogeno. Significato e regolazione muscolare ed epatica. Regolazione allosterica e covalente della glicogeno fosforilasi. Trasduzione dei segnali extracellulari: proteine G e secondi messaggeri. Ruolo dell’AMPc e della proteina chinasi A nella regolazione del metabolismo del glicogeno. Il ciclo di Cori. Il ciclo dei pentosi fosfati. Struttura e funzione dei mitocondri. Il ciclo dell’acido citrico: la Piruvato deidrogenasi e le fasi della decarbossilazione ossidativa del piruvato. Meccanismo del ciclo dell’ acido citrico, significato metabolico e tappe di regolazione . Il ciclo del gliossilato. La catena di trasporto degli elettroni: sistemi ossidoriduttivi e loro componenti. Generazione e utilizzazione del gradiente protonico transmembrana. Trasporto di piruvato, fosfato inorganico, ATP e ADP attraverso la membrana mitocondriale interna. L'ATP sintasi: organizzazione molecolare e meccanismo di funzionamento. Fosforilazione ossidativa. La teoria chemiosmotica. Regolazione. Bilancio energetico complessivo dell’ ossidazione del glucosio: rendimento. Catabolismo lipidico. Trasporto ed ossidazione mitocondriale. L’ossidazione del palmitato: le tappe ed i prodotti. Regolazione. Bilancio energetico per l’ossidazione del palmitato: rendimento. Corpi chetonici: significato metabolico. Catabolismo delle proteine e degli amminoacidi. Forme di escrezione dell’azoto. Il ciclo glucosio-alanina. Il trasporto del gruppo amminico nel fegato: deamminazione ossidativa. Escrezione dell’azoto e ciclo dell’urea. Collegamento con il ciclo dell’acido citrico. Bilancio energetico. Ossidazione dello scheletro carbonioso: amminoacidi glucogenici e chetogenici. Coordinazione metabolica tra organi. Metodologie applicate. Spettrofotometria e dosaggi proteici. Misure volumetriche. Utilizzo del materiale fornito per approfondire e aggiornare criticamente obiettivi e/o i risultati di un piano di ricerca secondo un approccio sia quantitativo che qualitativo.

Il corso fornisce una introduzione al formalismo e ai risultati più importanti della Teoria dei Gruppi (TdG), utilizzando quasi esclusivamente esempi di gruppi di simmetria puntuale, di interesse applicativo in Chimica e Spettroscopia. Vengono definiti i gruppi, le classi e le rappresentazioni. Viene illustrato il teorema di ortogonalità Generale e i suoi corollari, il concetto di carattere delle rappresentazioni, e viene mostrato come ridurre rappresentazioni generiche in termini di rappresentazioni irriducibili. Per i gruppi di simmetria piu' semplici e comuni si ricavano le rappresentazioni irriducibili, illustrandone la nomenclatura e le relative tavole dei caratteri. Questi concetti vengono applicati, al termine della prima parte del corso, alla definizione delle specie di simmetria di vibrazioni molecolari, tramite la riduzione della rappresentazione normale per diverse molecole. Si descrive l'importanza di questa tecnica nell'analisi degli spettri IR. Nella seconda parte del corso vengono richiamati concetti di base sulle serie numeriche e sui teoremi che ne descrivono la convergenza, con diversi esercizi. In seguito si introducono le serie di funzioni e il concetto di raggio di convergenza, per arrivare a descrivere lo sviluppo in serie di potenze di diverse funzioni composte. Nell'ultima parte del corso vengono definite le serie di Fourier per lo sviluppo di funzioni (segnali) periodiche e si illustra come determinare i coefficienti dello sviluppo; infine si introduce il concetto di trasformata di Fourier per funzioni generiche e se ne illustrano alcuni esempi, in modo che gli studenti sviluppino la capacità di calcolare la trasformata almeno delle funzioni più semplici. Si descrive nel dettaglio l'applicazione di questi concetti alla spettroscopia in trasformata di Fourier, con la descrizione di un interferometro e degli esperimenti relativi.Verrà illustrato agli studenti come utilizzare il materiale didattico per un futuro approfondimento dell’apprendimento.

Modulo Chimica Analitica I e Chemiometria. Modulo di Chimica Analitica: Calcolo dell’attività di specie ioniche in soluzione, Equilibri in soluzione (acido-base, precipitazione, complessazione, redox), Equilibri di ripartizione tra solventi, Celle elettrochimiche, Elettrodi, Metodi volumetrici di analisi, Generalità sui metodi di analisi elettrochimici, spettrofotometrici, spettroscopici, cromatografici. Esecuzione di una ricerca bibliografica mediante ricerca in banca dati, modalità di soluzione di casi studio e scelta delle fonti bibliografiche più autorevoli, modalità di esposizione efficace di risultati scientifici tramite strumenti multimediali. Modulo di Chemiometria: Le variabili aleatorie e gli indicatori statistici. Dipendenza ed indipendenza statistica e relative implicazioni. Le distribuzioni di probabilità (normale, t di Student, F di Fisher, Chi quadrato, Poisson, binomiale, uniforme) ed il loro utilizzo. Il test statistico (struttura, finalità, errori alfa e beta). Test parametrici e non parametrici (introduzione ai vari test ed esempi relativi al loro uso). Approcci sperimentali per valutare la significatività di effetti. Modulo laboratorio In questo corso sperimentale di base verranno presi in considerazione gli aspetti teorico-pratici di alcune delle più diffuse tecniche di separazione utilizzate nella chimica analitica. Il programma prevede: Separazione mediante precipitazione frazionata. Resa e fattore di separazione. Attacco e dissoluzione del campione. Analisi qualitativa sistematica. Gruppi analitici per la separazione di cationi. Ricerca degli anioni piùcomuni. Analisi qualitativa in presenza di interferenti. Tecniche cromatografiche di separazione. Cromatografia di adsorbimento e di ripartizione. Cromatografia su colonna, su carta, su strato sottile. Soluzione di casi reali. Verrà inoltre illustrato come tenere un quaderno di laboratorio e come utilizzare il materiale didattico per uno studio in autonomia per la risoluzione di problemi reali. Particolare attenzione sarà posta al trasferimento agli studenti di un lessico adeguato.

Modulo di Chimica Analitica: Calcolo dell’attività di specie ioniche in soluzione, Equilibri in soluzione (acido-base, precipitazione, complessazione, redox), Equilibri di ripartizione tra solventi, Celle elettrochimiche, Elettrodi, Metodi volumetrici di analisi, Generalità sui metodi di analisi elettrochimici, spettrofotometrici, spettroscopici, cromatografici. Esecuzione di una ricerca bibliografica mediante ricerca in banca dati, modalità di soluzione di casi studio e scelta delle fonti bibliografiche più autorevoli, modalità di esposizione efficace di risultati scientifici tramite strumenti multimediali. Modulo di Chemiometria: Le variabili aleatorie e gli indicatori statistici. Dipendenza ed indipendenza statistica e relative implicazioni. Le distribuzioni di probabilità (normale, t di Student, F di Fisher, Chi quadrato, Poisson, binomiale, uniforme) ed il loro utilizzo. Il test statistico (struttura, finalità, errori alfa e beta). Test parametrici e non parametrici (introduzione ai vari test ed esempi relativi al loro uso). Approcci sperimentali per valutare la significatività di effetti.

In questo corso sperimentale di base verranno presi in considerazione gli aspetti teorico-pratici di alcune delle più diffuse tecniche di separazione utilizzate nella chimica analitica. Il programma prevede: Separazione mediante precipitazione frazionata. Resa e fattore di separazione. Attacco e dissoluzione del campione. Analisi qualitativa sistematica. Gruppi analitici per la separazione di cationi. Ricerca degli anioni più comuni. Analisi qualitativa in presenza di interferenti. Tecniche cromatografiche di separazione. Cromatografia di adsorbimento e di ripartizione. Cromatografia su colonna, su carta, su strato sottile. Soluzione di casi reali. Verrà inoltre illustrato come tenere un quaderno di laboratorio e come utilizzare il materiale didattico per uno studio in autonomia per la risoluzione di problemi reali. Particolare attenzione sarà posta al trasferimento agli studenti di un lessico adeguato.

MODULO CHIMICA ORGANICA II Argomento 1. Le reazioni chimiche: classificazione, aspetti termodinamici e cinetici delle reazioni organiche. Argomento 2. Sistemi coniugati: interazione tra orbitali estesa a più legami, la stabilizzazione dovuta alla condivisione di elettroni estesa all'intera molecola. Delocalizzazione e coniugazione. Il sistema allilico, sistemi analoghi a quelli allilici, anione carbossilato, gruppo nitro gruppo ammidico cicloaddizioni di alcheni con carbeni, tetrossido di osmio, ozono. Dieni coniugati, descrizione del sistema 1,3-butadienico secondo la teoria degli orbitali. Reazioni pericicliche: ciclo addizioni. La reazione di Diels-Alder: diene, dienofilo, prodotto. Meccanismo della reazione di cicloaddizione di Diels-Alder. Reazione di Diels-Alder a partire da dienie/o dienofili ciclici Regiochimica, stereochimica: Interazione orbitalica secondaria: regola dell’endo. cicloaddizioni di alcheni con carbeni, tetrossido di osmio, ozono. Argomento 3. come e perchè il gruppo C=O reagisce con i nucleofili. Quali specie si possono ottenere dalle reazioni dei gruppi C=O. in quale modo i catalizzatori acidi o basici migliorano la reattività del gruppo C=O. la sostituzione dell'ossigeno carbonilico. la formazione di acetali. la formazione di immine. immine stabili e instabili. l'amminazione riduttiva. Sostituzione del gruppo C=O con C=C : la reazione di Wittig. nucleofili su aldeidi e chetoni, addizione d’idruri, di reagenti organometallici e di acqua. Reattività del gruppo ammidico. Argomento 4. Reagenti Organometallici: come preparare i reagenti di Grignard e i reagenti Litio organici, reagenti organometallici dagli alchini e da anelli aromatici per ortolitiazione. Scambio metallo-alogeno, trans- metallazione. Impiego dei reagenti organometallici per preparare molecole organiche. Sostituzione nucleofila al gruppo carbonile: i derivati degli acidi carbossilici preparazione mediante reazione di sostituzione. Preparazione dei chetoni dagli esteri. Reagenti organometallici da metalli di transizione: utilizzo del palladio nella reazione di Heck e nella reazione di Suzuki. Sintesi e reazioni di carbeni: formazione di ciclopropani. Argomento 5. Formazione e reazione di enoli ed enolati: enolizzazione catalizzata da acidi e da basi. Enoli stabili . conseguenze dell’enolizzazione. Enoli ed enolati reazioni all’ossigeno: preparazione di enoleteri. Reazioni di enoleteri. Alchilazione di Enolati: litioenolati dei composti carbonilici, alchilazione di litioenolati, uso di enolequivalenti per alchilare aldeidi e chetoni. Alchilazione di composti beta-dicarbonilici. Problemi di regio selettività per gli enoni. Reazione di enolati con composti carbonilici: reazione aldolica e di Claisen. Utilizzo di enolequivalenti specifici per controllare la reazione aldolica di esteri, aldeidi e chetoni. Reazione aldolica intramolecolare, preparazione di cheto esteri per reazione di Claisen Argomento 6 aromatici Sostituzione elettrofila aromatica. Orientazione dei sostituenti e Selettività nelle reazioni. Argomento 7 Chemoselettività e gruppi protettori: selettività, agenti riducenti, riduzione del gruppo carbonile. Idrogenazione catalitica, riduzione con metallo dissolto. Selettività nelle reazioni di ossidazione. Utilizzo di gruppi protettori. Regio selettività: il controllo nelle reazioni di sostituzione elettrofila e nucleofila aromatica, nelle reazioni di eliminazione e nelle reazioni di addizione radicalica. Stereo selettività nella reazione di Wittig, riduzione z-selettiva di alchini, riduzione E-selettiva di alchini. Argomento 8 Addizione coniugata e sostituzione nucleofila aromatica la coniugazione degli alcheni con gruppi elettronattrattori li rende elettrofili e permette l'attacco nucleofilico al doppio legame. sostituzione coniugata: gli alcheni elettrofili che portano un gruppo uscente possono promuovere reazioni di sostituzione al C=C vicino al C=O.sostituzione nucleofila aromatica: gli anelli aromatici poveri di elettroni consentono reazioni di sostituzione con i nucleofili anzichè con elettrofili. il meccanismo di addizione -eliminazione. gruppi uscenti speciali e nucleofili che permettono la sostituzione nucleofila aromatica su anelli ricchi di elettroni. i composti di diazonio. il meccanismo del benzino. Addizione 1,4 di Michael: condizioni di reazione, fattori strutturali, la natura del nucleofilo: Hard o Soft. Addizione coniugata con reagenti organo-rame. Argomento 9. Analisi retro sintetica: reattività naturale e umpolung, sintesi multistep. Strategie di disconnessione. MODULO LABORATORIO Condensazione aldolica: studio dell’autocondensazione di un metilchetone, in condizioni acide o basiche; condensazione incrociata tra un chetone ed un’aldeide non enolizzabile, in condizioni basiche. Addizioni al carbonile: preparazione di un reattivo di Grignard e sua addizione ad un chetone; preparazione di un sale di fosfonio, formazione dell’ilide corrispondente, e sua addizione ad una aldeide (reaz. di Wittig). Sostituzione elettrofila aromatica: sintesi del crategone. Reazioni di eliminazione (E1): formazione di un’alchene a partire da un alcol terziario. Consultazione delle banche dati specializzate e approccio alla soluzione di un caso studio. Compilazione del quaderno di laboratorio.

Argomento 1. Le reazioni chimiche: classificazione, aspetti termodinamici e cinetici delle reazioni organiche. Argomento 2. Sistemi coniugati: interazione tra orbitali estesa a più legami, la stabilizzazione dovuta alla condivisione di elettroni estesa all'intera molecola. Delocalizzazione e coniugazione. Il sistema allilico, sistemi analoghi a quelli allilici, anione carbossilato, gruppo nitro gruppo ammidico cicloaddizioni di alcheni con carbeni, tetrossido di osmio, ozono. Dieni coniugati, descrizione del sistema 1,3-butadienico secondo la teoria degli orbitali. Reazioni pericicliche: ciclo addizioni. La reazione di Diels-Alder: diene, dienofilo, prodotto. Meccanismo della reazione di cicloaddizione di Diels-Alder. Reazione di Diels-Alder a partire da dienie/o dienofili ciclici Regiochimica, stereochimica: Interazione orbitalica secondaria: regola dell’endo . cicloaddizioni di alcheni con carbeni, tetrossido di osmio, ozono. Argomento 3. come e perchè il gruppo C=O reagisce con i nucleofili. Quali specie si possono ottenere dalle reazioni dei gruppi C=O. in quale modo i catalizzatori acidi o basici migliorano la reattività del gruppo C=O. la sostituzione dell'ossigeno carbonilico. la formazione di acetali. la formazione di immine. immine stabili e instabili. l'amminazione riduttiva. Sostituzione del gruppo C=O con C=C : la reazione di Wittig. nucleofili su aldeidi e chetoni, addizione d’idruri, di reagenti organometallici e di acqua. Reattività del gruppo ammidico. Argomento 4. Reagenti Organometallici: come preparare i reagenti di Grignard e i reagenti Litio organici, reagenti organometallici dagli alchini e da anelli aromatici per ortolitiazione. Scambio metallo-alogeno, trans- metallazione. Impiego dei reagenti organometallici per preparare molecole organiche. Sostituzione nucleofila al gruppo carbonile: i derivati degli acidi carbossilici preparazione mediante reazione di sostituzione. Preparazione dei chetoni dagli esteri. Reagenti organometallici da metalli di transizione: utilizzo del palladio nella reazione di Heck e nella reazione di Suzuki. Sintesi e reazioni di carbeni: formazione di ciclopropani. Argomento 5. Formazione e reazione di enoli ed enolati: enolizzazione catalizzata da acidi e da basi. Enoli stabili . conseguenze dell’enolizzazione. Enoli ed enolati reazioni all’ossigeno: preparazione di enoleteri. Reazioni di enoleteri. Alchilazione di Enolati: litioenolati dei composti carbonilici, alchilazione di litioenolati, uso di enolequivalenti per alchilare aldeidi e chetoni. Alchilazione di composti beta-dicarbonilici. Problemi di regio selettività per gli enoni. Reazione di enolati con composti carbonilici: reazione aldolica e di Claisen. Utilizzo di enol-equivalenti specifici per controllare la reazione aldolica di esteri, aldeidi e chetoni. Reazione aldolica intramolecolare, preparazione di cheto esteri per reazione di Claisen Argomento 6 aromatici Sostituzione elettrofila aromatica. Orientazione dei sostituenti e Selettività nelle reazioni. Argomento 7 Chemoselettività e gruppi protettori: selettività, agenti riducenti, riduzione del gruppo carbonile. Idrogenazione catalitica, riduzione con metallo dissolto. Selettività nelle reazioni di ossidazione. Utilizzo di gruppi protettori. Regio selettività: il controllo nelle reazioni di sostituzione elettrofila e nucleofila aromatica, nelle reazioni di eliminazione e nelle reazioni di addizione radicalica. Stereo selettività nella reazione di Wittig, riduzione z-selettiva di alchini, riduzione E-selettiva di alchini. Argomento 8 Addizione coniugata e sostituzione nucleofila aromatica la coniugazione degli alcheni con gruppi elettronattrattori li rende elettrofili e permette l'attacco nucleofilico al doppio legame. sostituzione coniugata: gli alcheni elettrofili che portano un gruppo uscente possono promuovere reazioni di sostituzione al C=C vicino al C=O.sostituzione nucleofila aromatica: gli anelli aromatici poveri di elettroni consentono reazioni di sostituzione con i nucleofili anzichè con elettrofili. il meccanismo di addizione -eliminazione. gruppi uscenti speciali e nucleofili che permettono la sostituzione nucleofila aromatica su anelli ricchi di elettroni. i composti di diazonio. il meccanismo del benzino. Addizione 1,4 di Michael: condizioni di reazione, fattori strutturali, la natura del nucleofilo: Hard o Soft. Addizione coniugata con reagenti organo-rame. Argomento 9. Analisi retro sintetica: reattività naturale e umpolung, sintesi multistep. Strategie di disconnessione.

Condensazione aldolica: studio dell’autocondensazione di un metilchetone, in condizioni acide o basiche; condensazione incrociata tra un chetone ed un’aldeide non enolizzabile, in condizioni basiche. Addizioni al carbonile: preparazione di un reattivo di Grignard e sua addizione ad un chetone; preparazione di un sale di fosfonio, formazione dell’ilide corrispondente, e sua addizione ad una aldeide (reaz. di Wittig). Sostituzione elettrofila aromatica: sintesi del crategone. Reazioni di eliminazione (E1): formazione di un’alchene a partire da un alcol terziario. Consultazione delle banche dati specializzate e approccio alla soluzione di un caso studio. Compilazione del quaderno di laboratorio.

Il corso si svolge in stretta relazione con il Corso di Laboratorio di Chimica Fisica I. Lo scopo del corso è quello di fornire allo studente i fondamenti della termodinamica chimica ed i principi della meccanica quantistica. Si tratta di nozioni propedeutiche ai successivi corsi di Chimica Fisica e di concetti basilari per la miglior comprensione dei corsi di Chimica Inorganica, Chimica Organica e Chimica Analitica. Gli argomenti trattati dal corso si dividono in due parti: Parte A: Termodinamica Richiami dei principi della termodinamica classica; funzioni energia interna, entalpia ed entropia. Termochimica. Funzioni di Helmholtz e Gibbs e potenziali chimici. Cambiamenti di fase e trasformazioni fisiche. Miscele semplici e proprietà colligative. Diagrammi di fase. Reazioni chimiche ed equilibrio chimico. Parte B: Chimica quantistica Introduzione alla meccanica quantistica e suoi. Principi. Applicazione al trattamento dei moti traslazionale, vibrazionale e rotazionale di particelle quantistiche. Struttura e spettri degli atomi idrogenoidi, orbitali atomici e loro energie; estensione agli atomi plurielettronici. Struttura molecolare: la molecola ione idrogeno, molecole diatomiche e poliatomiche. Metodi variazionali e delle perturbazioni.Utilizzo del materiale didattico per uno studio in autonomia volto a sviluppare la capacità di apprendimento.

Il corso si propone di fornire gli elementi indispensabili per completare le conoscenze di chimica fisica già illustrate nel corso teorico di chimica fisica 1. 
Esso si articolerà in una parte di presentazione delle esperienze di laboratorio (con la spiegazione dei passaggi chiave delle reazioni da eseguire e l’illustrazione di alcune tecniche che verranno impiegate) ed una parte più propriamente sperimentale.
Particolare attenzione verrà data ai concetti di termodinamica e termochimica. In particolare, saranno eseguite esperienze di calorimetria per per la determinazione delle entalpie di semplici reazioni di combustione, neutralizzazione, dissoluzione e fusione. Saranno inoltre misurate le densità relative di liquidi sia puri che in miscela. Sono proposta inoltre esperienze specifiche per osservare la validità della legge di Boyle e per misurare la tensione di vapore di un gas. Infine, verrà utilizzata la spettroscopia UV-Vis per determinare la pKa di un indicatore. 
Le esperienze di laboratorio saranno supportate da lezioni al calcolatore durante le quali agli studenti verranno mostrati alcuni software di interesse chimico-fisico per la modellizzazione grafica delle molecole. Le esperienze sono organizzate in modo da stimolare la capacità di apprendimento degli studenti, affiancando alla teoria ai concetti pratici. Lo studente verrà guidato alla preparazione del quaderno di laboratorio, che dovrà riportare in modo chiaro i dati di ogni singolo esperimento e alla stesura della relazione scientifica che descriva in modo efficace i risultati degli esperimenti effettuati.

Modulo chimica organica Legame covalente e forma delle molecole. Ibridazione ed angoli di legame. Molecole polari e non polari. Risonanza. Alcani e cicloalcani. Struttura degli alcani. Isomeria costituzionale. Nomenclatura IUPAC. Gruppi funzionali. Metodi di nomenclatura e priorità dei gruppi funzionali. Isomeria conformazionale di alcani e cicloalcani. Isomeria geometrica nei cicloalcani. Isomeria geometrica negli alcheni, il sistema E/Z. Chiralità. Stereoisomeria. Designazione degli stereocentri-il sistema R,S. Molecole acicliche con due o più stereocentri. Molecole cicliche con due o più stereocentri. Proprietà degli stereoisomeri. Separazione di enantiomeri: risoluzione. Risonanza e delocalizzazione elettronica. Reattività. Carbocationi e carbanioni. Effetto induttivo ed effetto mesomero. Nucleofili ed elettrofili. Radicali e reazioni radicaliche. Acidi e basi di Bronsted e di Lewis. Misura quantitativa della forza di acidi e basi. Stabilizzazione della base coniugata. Struttura molecolare ed acidità. Posizione dell'equilibrio in reazioni acido-base. Reazione di alcani e alcheni. Meccanismi di reazione e profili di energia. Reazioni di addizione elettrofila. Ossidazione degli alcheni- formazione di glicoli. Riduzione degli alcheni. Reazioni che producono composti chirali. Alchini. Reazioni di addizione di alogeni, di idratazione e di idrogenazione. I composti organici alogenati. Le reazioni di sostituzione nucleofila alifatica. Fattori che influenzano le velocità delle reazioni SN1 e SN2. Analisi di varie reazioni di sostituzione nucleofila alifatica. Reazioni di eliminazione E1 ed E2. Competizione fra reazioni di sostituzione ed eliminazione. Alcoli, eteri e tioli. Proprietà fisiche. Preparazione e reattività degli alcoli. Ossidazione di alcoli. Reazioni degli eteri. Epossidi. Apertura d'anello degli epossidi catalizzata da acidi o da basi. I composti aromatici. Struttura del benzene. Concetto di aromaticità. Sostituzione elettrofila aromatica. Ossidazione in posizione benzilica. Disostituzione. Fenoli. Sostituzione nucleofila aromatica. Sali di arendiazonio e loro reattività. Aldeidi e chetoni. Struttura e reattività del gruppo carbonilico. Addizione di nucleofili con centro reattivo sul carbonio, sull'ossigeno, o sull'azoto. Meccanismi di reazione. Ossidazione. Riduzione. Tautomeria cheto-enolica. Alfa-sostituzione. Condensazione aldolica. Gli acidi carbossilici e i loro derivati. Struttura e acidità. Riduzione. Esterificazione. Conversione in alogenuri acilici. Reazione con ammine. Idrolisi dei derivati funzionali. Interconversione dei derivati funzionali. Nitrili. Decarbossilazione. Sintesi malonica. Ammine ed altri composti azotati. Struttura e basicità. Preparazione e reattività. Carboidrati. Monosaccaridi. La struttura ciclica dei monosaccaridi. Reazioni dei monosaccaridi. Disaccaridi ed oligosaccaridi. Polisaccaridi. Lipidi. Trigliceridi. Saponi e detergenti. Steroidi. Fosfolipidi. Amminoacidi, peptidi e proteine. Proprietà acido-base degli amminoacidi. Struttura primaria di polipeptidi e proteine. Forme tridimensionali di polipeptidi e proteine. Cenni sulla struttura di nucleotidi e di acidi nucleici.Il materiale didattico verrà descritto e illustrato per stimolare la capacità di apprendimento tramite l’integrazione dei libri di testo con materiale fornito dal docente. Modulo laboratorio La prima parte consentirà allo studente di acquisire le informazioni necessarie per lavorare in un laboratorio chimico seguendo le attuali norme di sicurezza: verranno dettagliatamente illustrati i rischi connessi all'uso di sostanze chimiche e la normativa vigente relativa all'utilizzo e allo smaltimento delle stesse. Si passerà quindi a chiarire i principi alla base delle tecniche di cristallizzazione, estrazione, distillazione (semplice, frazionata, a pressione ridotta, azeotropica, in corrente di vapore), sublimazione, determinazione del punto di fusione e di ebollizione di una sostanza pura: ad ogni lezione teorica seguirà un'esercitazione corrispondente in laboratorio. La parte analitica prevede lutilizzo dei i principali saggi di riconoscimento di gruppi funzionali quali il saggio di Lucas per gli alcoli, Tollens per le aldeidi, bromo in tetracloruro per i doppi legami, diazocopulazione e Hinsberg per le ammine, iodoformio per i metilchetoni. A conclusione di questa parte analitica verranno fornite allo studente sostanze incognite che egli dovrà identificare sulla base delle nozioni acquisite. Verranno eseguite anche delle semplici reazioni: esterificazione quali sintesi dell'aspirina (acido acetilsalicilico), dell'olio di gaulteria (salicilato di metile) e dell'essenza di banana (salicilato di isopentile): le reazioni di idrolisi degli esteri saranno seguite utilizzando la tecnica di cromatografia su strato sottile. Come esempi di estrazione e purificazione di sostanze naturali verranno allestite esperienze atte a isolare i carotenoidi e le clorofille A e B dagli spinaci, la caffeina da tè e caffè e l'aldeide cinnamica dalla cannella.

Legame covalente e forma delle molecole. Ibridazione ed angoli di legame. Molecole polari e non polari. Risonanza. Alcani e cicloalcani. Struttura degli alcani. Isomeria costituzionale. Nomenclatura IUPAC. Gruppi funzionali. Metodi di nomenclatura e priorità dei gruppi funzionali. Isomeria conformazionale di alcani e cicloalcani. Isomeria geometrica nei cicloalcani. Isomeria geometrica negli alcheni, il sistema E/Z. Chiralità. Stereoisomeria. Chiralità. Designazione degli stereocentri-il sistema R,S. Molecole acicliche con due o più stereocentri. Molecole cicliche con due o più stereocentri. Proprietà degli stereoisomeri. Separazione di enantiomeri: risoluzione. Risonanza e delocalizzazione elettronica. Reattività. Carbocationi e carbanioni. Effetto induttivo ed effetto mesomero. Nucleofili ed elettrofili. Radicali e reazioni radicaliche. Acidi e basi di Bronsted e di Lewis. Misura quantitativa della forza di acidi e basi. Stabilizzazione della base coniugata. Struttura molecolare ed acidità. Posizione dell'equilibrio in reazioni acido-base. Reazione di alcani e alcheni. Meccanismi di reazione e profili di energia. Reazioni di addizione elettrofila. Ossidazione degli alcheni- formazione di glicoli. Riduzione degli alcheni. Reazioni che producono composti chirali. Alchini. Reazioni di addizione di alogeni, di idratazione e di idrogenazione. I composti organici alogenati. Le reazioni di sostituzione nucleofila alifatica. Fattori che influenzano le velocità delle reazioni SN1 e SN2. Analisi di varie reazioni di sostituzione nucleofila alifatica. Reazioni di eliminazione E1 ed E2. Competizione fra reazioni di sostituzione ed eliminazione. Alcoli, eteri e tioli. Proprietà fisiche. Preparazione e reattività degli alcoli. Ossidazione di alcoli. Reazioni degli eteri. Epossidi. Apertura d'anello degli epossidi catalizzata da acidi o da basi. I composti aromatici. Struttura del benzene. Concetto di aromaticità. Sostituzione elettrofila aromatica. Ossidazione in posizione benzilica. Disostituzione. Fenoli. Sostituzione nucleofila aromatica. Sali di arendiazonio e loro reattività. Aldeidi e chetoni. Struttura e reattività del gruppo carbonilico. Addizione di nucleofili con centro reattivo sul carbonio, sull'ossigeno, o sull'azoto. Meccanismi di reazione. Ossidazione. Riduzione. Tautomeria cheto-enolica. Alfa-sostituzione. Condensazione aldolica. Gli acidi carbossilici e i loro derivati. Struttura e acidità. Riduzione. Esterificazione. Conversione in alogenuri acilici. Reazione con ammine. Idrolisi dei derivati funzionali. Interconversione dei derivati funzionali. Nitrili. Decarbossilazione. Sintesi malonica. Ammine ed altri composti azotati. Struttura e basicità. Preparazione e reattività. Carboidrati. Monosaccaridi. La struttura ciclica dei monosaccaridi. Reazioni dei monosaccaridi. Disaccaridi ed oligosaccaridi. Polisaccaridi. Lipidi. Trigliceridi. Saponi e detergenti. Steroidi. Fosfolipidi. Amminoacidi, peptidi e proteine. Proprietà acido-base degli amminoacidi. Struttura primaria di polipeptidi e proteine. Forme tridimensionali di polipeptidi e proteine. Cenni sulla struttura di nucleotidi e di acidi nucleici. Il materiale didattico verrà descritto e illustrato per stimolare la capacità di apprendimento tramite l’integrazione dei libri di testo con materiale fornito dal docente.

La prima parte consentirà allo studente di acquisire le informazioni necessarie per lavorare in un laboratorio chimico seguendo le attuali norme di sicurezza: verranno dettagliatamente illustrati i rischi connessi all'uso di sostanze chimiche e la normativa vigente relativa all'utilizzo e allo smaltimento delle stesse. Si passerà quindi a chiarire i principi alla base delle tecniche di cristallizzazione, estrazione, distillazione (semplice, frazionata, a pressione ridotta, azeotropica, in corrente di vapore), sublimazione, determinazione del punto di fusione e di ebollizione di una sostanza pura: ad ogni lezione teorica seguirà un'esercitazione corrispondente in laboratorio. La parte analitica prevede lutilizzo dei i principali saggi di riconoscimento di gruppi funzionali quali il saggio di Lucas per gli alcoli, Tollens per le aldeidi, bromo in tetracloruro per i doppi legami, diazocopulazione e Hinsberg per le ammine, iodoformio per i metilchetoni. A conclusione di questa parte analitica verranno fornite allo studente sostanze incognite che egli dovrà identificare sulla base delle nozioni acquisite. Verranno eseguite anche delle semplici reazioni: esterificazione quali sintesi dell'aspirina (acido acetilsalicilico), dell'olio di gaulteria (salicilato di metile) e dell'essenza di banana (salicilato di isopentile): le reazioni di idrolisi degli esteri saranno seguite utilizzando la tecnica di cromatografia su strato sottile. Come esempi di estrazione e purificazione di sostanze naturali verranno allestite esperienze atte a isolare i carotenoidi e le clorofille A e B dagli spinaci, la caffeina da tè e caffè e l'aldeide cinnamica dalla cannella.

Numeri reali: richiami sulla struttura di campo, completezza e sue conseguenze. Numeri complessi: definizione di C, le operazioni in C, coniugato e modulo, forma trigonometrica e radici n-esime. Funzioni reali di variabile reale. Funzioni elementari e trasformazione di grafici. Funzioni composte. Funzioni invertibili. Concetto e definizione di limite. Proprietà dei limiti. Limiti notevoli. Calcolo di limiti. Funzioni continue e teoremi relativi. Definizione e significato geometrico di derivata. Calcolo e operazioni sulle derivate. Utilizzo delle derivate per determinare massimi, minimi e flessi. Studio del grafico di una funzione. Definizione di integrale definito, sua interpretazione geometrica e proprietà. Definizione di primitiva. Teorema fondamentale del calcolo integrale. Integrali indefiniti. Metodi di integrazione. Cenno all’integrazione delle funzioni razionali fratte.

Algebra lineare: spazi vettoriali in dimensione finita, basi, matrici e operazioni, determinanti, sistemi lineari, autovalori e autovettori; Teoria dei Grafi: definizioni di base. Analisi: funzioni di più variabili, derivate parziali, punti stazionari liberi e vincolati, equazioni differenziali.

Introduzione al corso. Unità di misura. Dimensioni delle grandezze fisiche. Richiami sull’algebra dei vettori. Grandezze scalari e vettoriali. Cinematica: moto in una o più dimensioni. I moti nel piano. Dinamica. Lavoro ed energia. Cinematica rotazionale. Dinamica rotazionale. Statica dei corpi solidi. Elasticità. Fenomeni ondulatori. Acustica. Fluidi ideali. Moto dei fluidi ideali. Fluidi reali. Fenomeni superficiali. Temperatura e Calore. Propagazione del calore. Teoria cinetica dei gas. Le leggi della termodinamica. Le macchine termiche. Le funzioni termodinamiche.

Carica elettrica - quantizzazione e conservazione della carica elettrica. Conduttori, isolanti, semiconduttori. Forza di Coulomb. Principio di sovrapposizione. Campo elettrico. Teorema di Gauss per il campo elettrico - applicazioni. Potenziale elettrico - applicazioni. Condensatori - capacità di un condensatore - energia elettrostatica di un condensatore. Corrente elettrica - legge di Ohm - conduttività e resistività elettrica. Energia e potenza elettrica. Circuiti elettrici - principi di Kirchhoff. Misure di tensioni, correnti e resistenze. Campo magnetico. Forza magnetica (di Lorentz). Legge di Biot-Savart - applicazioni. Teorema di Ampère - applicazioni. Teorema di Gauss per il campo magnetico. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Forza tra fili percorsi da corrente. Induzione elettromagnetica - legge di Faraday. Autoinduzione - Mutua induzione. Dielettrici. Materiali magnetici (paramagnetismo, diamagnetismo, ferromagnetismo). Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche - onde piane sinusoidali - spettro elettromagnetico - intensità di un'onda elettromagnetica. Polarizzazioni. Interazione con la materia. Diffrazione, Riflessione e basi dell'ottica geometrica. Interferometria. Brevi cenni ai circuiti con correnti variabili - circuiti RC, RL, RLC, LC.

CHIMICA GENERALE. Gli elementi, composti chimici, formule. La costante di Avogadro e il concetto di mole. Elementi di stechiometria. Nucleo, isotopi e radioattività. La teoria atomica: gli spettri atomici, l’atomo di Bohr, gli atomi multielettronici. Il sistema periodico e le proprietà periodiche degli elementi. Concetti fondamentali sul legame chimico: teoria di Lewis e geometria delle molecole mediante il modello VSEPR. Teorie del legame covalente. Legame ionico e metallico. Le forze intermolecolari, gli stati della materia e le loro proprietà principali. Le soluzioni e le loro proprietà: solubilità, tensione di vapore, pressione osmotica. Le reazioni chimiche e l’equazione chimica: bilanciamento di una reazione. I fondamenti della termodinamica chimica: entalpia, entropia ed energia libera. I principi dell’equilibrio chimico; la costante di equilibrio e il suo significato; spostamento dell’equilibrio. Gli equilibri acido-base. Equilibri eterogenei. Elettrochimica: le reazioni redox e gli stati di ossidazione; i potenziali standard e l’equilibrio delle reazioni redox; celle galvaniche ed elettrolitiche La cinetica chimica: velocità e ordine di una reazione; energia di attivazione; meccanismi di reazione; catalisi. STECHIOMETRIA: Il modulo di Esercitazioni di Stechiometria si svolge nell’ambito dei corsi di Chimica Generale e Inorganica e consiste pertanto in esercizi numerici di base relativi ad argomenti toccati nel corso teorico. Si tratterà in particolare: il bilanciamento delle reazioni, le soluzioni e le loro proprietà, l'equilibrio chimico in fase gassosa ed in soluzione (acido-base, calcolo del pH, soluzioni tampone, idrolisi, equilibri di precipitazione), elettrochimica. LABORATORIO. Una parte del corso, di tipo teorico (1 CFU), prevede: i) nozioni delle titolazioni degli indicatori acido-base; ii) descrizione delle principali tecniche sperimentali utilizzate in laboratorio; iii) nozioni di base relative alle norme di sicurezza in laboratorio, procedure di primo soccorso e illustrazione delle schede dei prodotti chimici. Le attività pratiche di laboratorio (5 CFU) prevedono esercitazioni individuali comprendenti tecniche di base: pesata, filtrazione, cristallizzazione, distillazione, preparazioni di soluzioni a titolo noto, sintesi di composti inorganici semplici. Le applicazioni di tali operazioni riguarderanno le seguenti esercitazioni: preparazione di soluzioni a concentrazione stabilita e misura del pH con indicatori. Equilibri di idrolisi. Preparazione di soluzioni tampone. Proprietà anfotere di idrossidi metallici. Studio dei potenziali di riduzione di diversi elementi. Determinazione del grado di purezza di un sale impuro (NaCl). Sintesi dell’allume di cromo con calcolo della resa della preparazione. Equilibri eterogenei. Influenza del pH sulla solubilità. Elettrolisi di una soluzione di KI; elettrolisi dell’acqua. Sintesi di CuCl. Verranno forniti elementi su come stilare efficaci relazioni di laboratorio e su come utilizzare un corretto lessico.

Una parte del corso, di tipo teorico (1 CFU), prevede: i) nozioni delle titolazioni degli indicatori acido-base; ii) descrizione delle principali tecniche sperimentali utilizzate in laboratorio; iii) nozioni di base relative alle norme di sicurezza in laboratorio, procedure di primo soccorso e illustrazione delle schede dei prodotti chimici. Le attività pratiche di laboratorio (5 CFU) prevedono esercitazioni individuali comprendenti tecniche di base: pesata, filtrazione, cristallizzazione, distillazione, preparazioni di soluzioni a titolo noto, sintesi di composti inorganici semplici. Le applicazioni di tali operazioni riguarderanno le seguenti esercitazioni: preparazione di soluzioni a concentrazione stabilita e misura del pH con indicatori. Equilibri di idrolisi. Preparazione di soluzioni tampone. Proprietà anfotere di idrossidi metallici. Studio dei potenziali di riduzione di diversi elementi. Determinazione del grado di purezza di un sale impuro (NaCl). Sintesi dell’allume di cromo con calcolo della resa della preparazione. Equilibri eterogenei. Influenza del pH sulla solubilità. Elettrolisi di una soluzione di KI; elettrolisi dell’acqua. Sintesi di CuCl. Verranno forniti elementi su come stilare efficaci relazioni di laboratorio e su come utilizzare un corretto lessico.

Gli elementi, composti chimici, formule. La costante di Avogadro e il concetto di mole. Elementi di stechiometria. Nucleo, isotopi e radioattività. La teoria atomica: gli spettri atomici, l’atomo di Bohr, gli atomi multielettronici. Il sistema periodico e le proprietà periodiche degli elementi. Concetti fondamentali sul legame chimico: teoria di Lewis e geometria delle molecole mediante il modello VSEPR. Teorie del legame covalente. Legame ionico e metallico. Le forze intermolecolari, gli stati della materia e le loro proprietà principali. Le soluzioni e le loro proprietà: solubilità, tensione di vapore, pressione osmotica. Le reazioni chimiche e l’equazione chimica: bilanciamento di una reazione. I fondamenti della termodinamica chimica: entalpia, entropia ed energia libera. I principi dell’equilibrio chimico; la costante di equilibrio e il suo significato; spostamento dell’equilibrio. Gli equilibri acido-base. Equilibri eterogenei. Elettrochimica: le reazioni redox e gli stati di ossidazione; i potenziali standard e l’equilibrio delle reazioni redox; celle galvaniche ed elettrolitiche La cinetica chimica: velocità e ordine di una reazione; energia di attivazione; meccanismi di reazione; catalisi.

Il modulo di Esercitazioni di Stechiometria si svolge nell’ambito dei corsi di Chimica Generale e Inorganica e consiste pertanto in esercizi numerici di base relativi ad argomenti toccati nel corso teorico. Si tratterà in particolare: il bilanciamento delle reazioni, le soluzioni e le loro proprietà, l'equilibrio chimico in fase gassosa ed in soluzione (acido-base, calcolo del pH, soluzioni tampone, idrolisi, equilibri di precipitazione), elettrochimica.