Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base della spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR). Il corso si compone di un’introduzione sulla tecnica (basi teoriche e strumentazione) e sulle sue applicazioni ai complessi metallici. A questa prima parte seguiranno le esperienze di laboratorio che saranno, a rotazione: sintesi e caratterizzazione EPR di un complesso di vanadio; le applicazioni terapeutiche dell’ossido nitrico; estrazione e determinazione delle proprietà catalitiche del metalloenzima catalasi; sintesi e assorbimento di ossigeno da parte di un complesso di cobalto. Il corso comprenderà una parte di introduzione alle esperienze di laboratorio ed una parte più propriamente sperimentale in cui verranno estratti o sintetizzati e caratterizzati i complessi metallici.

In aula (1.5 CFU): -Richiamo dei concetti fondamentali della spettroscopia NMR multinucleare (spin nucleare, frequenza di precessione di Larmor, spostamento chimico, accoppiamento scalare, rilassamento nucleare, effetto Overhauser nucleare); -Esercitazioni di interpretazione di spettri 1D-NMR per la caratterizzazione strutturale di piccole molecole; -Introduzione alle tecniche NMR multidimensionali (sia di tipo omonucleare che eteronucleare), come COSY, TOCSY, NOESY, HSQC, HMQC, HMBC; -Esercitazioni di interpretazione di spettri 2D-NMR per l’assegnazione delle risonanze di biomolecole e per la risoluzione strutturale ; -Metodo di assegnazione sequenza-specifica per l’analisi di polipeptidi. In laboratorio NMR (2.5 CFU): -Descrizione dello spettrometro NMR ed aspetti pratici per l’acquisizione di spettri 1D/2D NMR, sia omonucleari che eteronucleari; -Preparazione dei campioni per l’analisi NMR; -Acquisizione e processamento di spettri NMR monodimensionali (1H, 13C, 31P, 19F) di biomolecole e farmaci (biotina, glutatione, desametasone-21-fosfato, composti a struttura incognita); -Acquisizione di spettri 2D-COSY, 2D-TOCSY, 2D-NOESY, 2D-HSQC, 2D-HMQC, 2D-HMBC delle molecole di cui sopra; -Acquisizione di spettri 2D-COSY, 2D-TOCSY e 2D-NOESY di polipeptidi per assegnazione-sequenza specifica. In laboratorio informatico (2 CFU): -Processamento degli spettri NMR acquisiti (FT, correzione di fase, peak picking, integrazione, calibrazione); -Assegnazione delle risonanze di protone e carbonio degli spettri precedentemente acquisiti sulle molecole menzionate; -Assegnazione sequenza specifica di peptidi (i cui spettri sono stati acquisiti in laboratorio NMR) tramite software CARA; -Discussione iniziale degli spettri 1D/2D NMR di un composto incognito. L’identificazione di tale composto (ed assegnazione degli spettri) sarà oggetto di relazione individuale, necessaria per l’ammissione alla prova finale.

La Replicazione del DNA. Gli acidi nucleici. Le DNA polimerasi. La topologia del DNA. Struttura e meccanismo d'azione. Il replisoma e i suoi componenti. Il meccanismo di correzione delle bozze. La topoisomerasi I e suo meccanismo d'azione. Il danno del DNA. Restauro del DNA. Meccanismi di reversione, escissione, “mismatch-repair” e per ricombinazione. La trasposizione del DNA. La cromatina, il nucleosoma e gli istoni. La trascrizione del DNA. Le RNA polimerasi procariore ed eucariote. L'unita' trascrizionale procariote ed eucariote. Regolazione dell’inizio della trascrizione negli eucarioti. Fattori di trascrizione generali e complesso d’inizio. Modificazioni post-trascrizionali. Introni e “splicing”. Splicing differenziale. RNA catalitico. RNA “editing”. Controllo genico negli eucarioti. Attivatori e repressori della trascrizione e meccanismi molecolari del controllo trascrizionale. RNA interference. I meccanismi della traduzione. Il DNA ribosomiale. Struttura del ribosoma. Il codice genetico. tRNA e sua struttura. AAtRNA sintetasi e suo meccanismo d'azione. Il riconoscimento codone-anticodone "Vacillamento". Formazione del complesso di inizio della traduzione. IF e loro regolazione. Allungamento della catena ed EF. Terminazione della sintesi proteica. Principali modificazioni post-traduzionali delle proteine. Laboratorio di Biologia Molecolare (principi teorici). Clonaggio di DNA ricombinante ed enzimi di restrizione. Vettori di clonaggio e di espressione. Costruzione e screening di genoteche. Tecniche di analisi degli acidi nucleici. Sequenziamento del DNA e tecniche di PCR (end-point e quantitativa). Esercitazioni in laboratorio. Preparazione di DNA plasmidico, taglio del DNA con enzimi di restrizione e analisi su gel di agarosio. PCR end-point e quantificazione del DNA mediante analisi spettrofotometrica.

La selettività in sintesi organica: chemoselettività; regioselettività; stereoselettività. Gruppi protettori: gruppi protettori di alcoli (fenoli), ammine, tioli, acidi carbossilici, aldeidi e chetoni. Principi di chimica supramolecolare e chimica dei macrocicli. Sintesi di macrocicli. Agenti chelanti bifunzionali. Ammino acidi, peptidi, proteine. Sintesi peptidica in fase solida (SPPS): supporti polimerici e linkers. Peptidi sintetici: usi e applicazioni. Reazioni pericicliche: Reazioni di cicloaddizione di Diels-Alder, anche con induzione asimmetrica. Reazioni elettrocicliche. Riarrangiamenti sigmatropici. Composti eterociclici e loro derivati (nomenclatura, principali composti eterociclici con uno e con due eteroatomi, pirrolo, furano, tiofene, diazoli, piridina, diazine, chinolina e isochinolina, indolo). Funzionalizzazione di piridine; sintesi di eterocicli all’azoto mediante cicloaddizioni e riarrangiamenti sigmatropici; sintesi e chimica degli azoli e altri eterocicli con due o più eteroatomi. Reazioni di “Click Chemistry” in bioconiugazione: cicloaddizione 1,3-dipolare di Huisgen, Staudinger Ligation, reazione di Diels-Alder invertita. Circa 2 CFU saranno dedicati ad esperienze di laboratorio per mettere in applicazione alcune reazioni viste a lezione (1. sintesi di una tetrazina funzionalizzata; 2. sintesi di un legante biciclico via reazione di Diels-Alder; 3. Sintesi di una nitro-diazepina funzionalizzata).

Programmazione dell’analisi. Strategie e metodologie di campionamento. Campionamento statistico. Metodi di pretrattamento del campione. Preconcentrazione. Inquinanti in acque, suoli, sedimenti. Loro origine, tossicità e impatto ambientale. Meccanismi di diffusione, trasformazione, degradazione e accumulo. Inquinanti a lunga persistenza nell’ambiente. Identificazione e determinazione di inquinanti in acque, suolo, sedimenti. Scelta della tecnica strumentale. Confronti tra tecniche. Trattamento dei dati. Metodi chemiometrici di analisi multivariata nell’analisi ambientale. Esempi di applicazione.

Membrana cellulare e organelli cellulari Trasporti di membrana Proprietà elettriche della membrana cellulare Sinapsi elettriche e chimiche Fisiologia del muscolo scheletrico, liscio e cardiaco Sistema muscolo-scheletrico Organizzazione del sistema nervoso centrale e periferico Sensibilità esterocettiva e recettori Sangue e coagulazione Apparato cardiocircolatorio Trasporto dei gas respiratori e meccanica respiratoria Apparato escretore Apparato tegumentario Apparato digerente Apparato endocrino Apparato riproduttore

Allineamento sull'equipaggiamento e la strumentazione del laboratorio, la sicurezza nel laboratorio chimico-biologico. Allestimento di un esperimento di proteomica, acquisizione di metodologie su: la preparazione di un campione biologico, tecniche di estrazione, cromatografia, dosaggi qualitativi e quantitativi di proteine, gel elettroforesi mono e bi-dimensionale, saggi di attività enzimatica. Tecniche di identificazione: immunoblotting, ELISA.

Il corso tratta i metodi che si possono utilizzare per estrarre informazione da dati complessi quali dati spettroscopici, dati ambientali, mappe elettroforetiche, dati industriali di processo, controllo qualità, ecc. I metodi studiati, che sono anche argomento di esercitazioni al computer su dataset reali riguardano: metodi di pretrattamento dei dati (scaling, trasformazioni non lineari delle variabili, trattamento dei dati mancanti, trattamento di dati spettroscopici), metodi di clustering (gerarchico, K-means, metody fuzzy), metodi di pattern recognition (PCA, MDS), metodi di regressione (teoria della calibrazione, MLR, PLS, PCR, Ridge e selezione delle variabili), metodi di classificazione (NMC, LDA, QDA, RDA, KNN, Ranking-PCA, PLS-DA e selezione delle variabili), reti neurali artificiali (Backward, auto associative di Kohonen, counter-propagation), algoritmo genetico. Esercitazioni al computer su software dedicati.

Il corso tratta due argomenti principali. Il primo modulo riguarda lo studio di come sia possibile rendere efficace l’attività sperimentale nella soluzione di problemi industriali quali: l’ottimizzazione di un processo industriale, di un prodotto, di un farmaco, di una formulazione, di un metodo analitico, ecc. Queste tecniche, adottate in tutto il mondo, consentono di ottenere i migliori risultati, col minor sforzo sperimentale possibile. In particolare vengono affrontati i seguenti argomenti: l’analisi del problema; la teoria statistica della pianificazione sperimentale; i piani sperimentali più utilizzati (fattoriali completi e frazionari, i piani centrali compositi, i pini a stella, i piani di Box-Behnken, i piani di Doehlert, i piani di miscele); i metodi di ottimizzazione più importanti (ricerca su griglia, simplex, simplex modificato, metodo delle curve di risposta, steepest ascent); i metodi per affrontare i problemi multicriterio (gestione dei vincoli, le funzioni desiderabilità ed utilità). Il secondo modulo riguarda invece l’analisi dei processi industriali mediante la tecnica delle carte di controllo (carte di Shewhart, carte CUSUM, T2 Hotelling), che permettono di stabilire se il processo è stabile e di identificarne eventuali difetti, proponendo di conseguenza gli interventi da adottare. In questo modulo vengono inoltre definite la capability di processo e quali siano i parametri adatti ad indicarne la qualità.

Le spettroscopie ottiche verranno affrontate da un punto di vista teorico e applicativo. Verranno approfondite le spettroscopie vibrazionali (IR e Raman), con particolare riferimento all’origine delle frequenze di gruppo, dei sovratoni, delle bande di combinazione e dei fenomeni di risonanza di Fermi. Verranno fornite le basi per la comprensione degli spettri vibrazionali di molecole poliatomiche, anche con una certa complessità strutturale. Verrà trattato l’adsorbimento di molecole sonda di diversa natura per lo studio spettroscopico di siti di superficie e la caratterizzazione delle proprietà acide, basiche o redox. Verranno mostrati esempi di studi spettroscopici di adsorbimento di molecole sonda in situ e in operando su sistemi microcristallini porosi e non porosi di interesse per la catalisi eterogenea.
Nell'ambito del corso verranno inoltre illustrati i principi delle tecniche spettroscopiche elettroniche di assorbimento (UV-Vis NIR) e emissione (fluorescenza e fosforescenza). Particolare attenzione verrà data alle tecniche in riflettanza diffusa e allo studio dei tempi di vita degli stati eccitati. Verranno inoltre trattate diverse classi di sistemi luminescenti sia organici sia inorganici.

Il corso si propone di illustrare i principali aspetti teorici e applicativi dell’elettrochimica moderna sfruttando i collegamenti suggeriti dal carattere interdisciplinare della materia. In particolare si propone di (a) studiare le proprietà delle soluzioni elettrolitiche e dell'interfase elettrodica in condizioni di equilibrio (comportamento dell'interfase e sua struttura; equilibri elettrochimici) e in condizioni di non equilibrio (fenomeni di polarizzazione e sovratensioni di trasporto di materia, di trasferimento di carica e di reazione chimica); (b) illustrare le più importanti tecniche elettrochimiche per lo studio dei processi elettrodici e la loro utilizzo in problematiche di interesse inorganico, industriale, ambientale e biologico. Parte teorica: Sistemi elettrochimici: definizioni e convenzioni. La regione interfasale: trasferimento elettronico all’interfase elettrodo-soluzione e sua cinetica; fenomeni di adsorbimento. Step successivi elettrochimici e chimici e loro combinazioni nei processi ossidativi e riduttivi. Trasferimento di massa e cinetica delle reazioni elettrochimiche sotto controllo di trasporto di materia. Tecniche elettrochimiche a corrente e a potenziale controllati: tecniche a rinnovo dello strato di diffusione (polarografia). Tecniche senza rinnovo periodico dello strato di diffusione (voltammetria). Altre tecniche: tecniche pulsate, tecniche idrodinamiche, stripping, elettrolisi esaustiva. La strumentazione elettrochimica. Esempi di applicazione delle tecniche studiate. Applicazioni: in questa parte sarà affrontato lo studio delle applicazioni dell'elettrochimica in campo inorganico, industriale, ambientale, e biologico. In particolare: Elettrochimica industriale. Celle elettrolitiche, Fattori influenzanti il processo elettrochimico, Electrorefining e electrowinning, Produzione cloro-soda, Processi alternativi per la produzione elettrochimica di soda ed ossidanti (ipoclorito, clorati, H2O2, O3, ecc.). Idrogeno e celle a combustibile. Processi elettrochimici organici: processo EHD-Monsanto Corrosione: corrosion cell e descrizione dei vari tipi di corrosione, Termodinamica e corrosione, Misura della corrosione, Metodi di protezione dalla corrosione. Electroremediation: Principi e celle, Electroremediation di metalli (Electrodialysis e electrowinning), Electroremediation di sostanze organiche, Electroremediation di suoli. Applicazioni bio/mediche delle tecniche elettrochimiche: Rivelatori elettrochimici in cromatografia, Elettrodi ionoselettivi (ISE), Elettrodi a membrana liquida, Elettrodi a gas, Sonda lambda, Misura del pH gastroesofageo, Determinazioni dei gas disciolti e degli elettroliti (dialisi), Biosensori, Determinazione del glucosio nel sangue (glicemia).

I principi fondamentali su come organizzare attività di laboratorio per studenti delle scuole superiori saranno presentati durante la lezione frontale preliminare alle attività di laboratorio. Durante le attività di laboratorio gli studenti dovranno organizzare attività di laboratorio per studenti provando l’esperienza stessa individuandone i punti critici e le difficoltà.

Particolare attenzione verrà posta circa il mattone fondamentale: atomo/mole, numero di Avogadro nello sviluppo storico e in quello induttivo tratto dalla fisica atomica. Saranno trattati anche: il concetto di elemento e delle sue proprietà chimiche, la tavola periodica nel suo sviluppo storico e la sua rivisitazione alla luce della struttura elettronica degli atomi, trasformazioni fisiche, trasformazioni chimiche e trasformazioni nucleari, materia ed energia nelle trasformazioni chimiche. Particolare attenzione verrà posta su metodi efficaci per insegnare i suddetti argomenti e sull’importanza del linguaggio scientifico nell’insegnamento della chimica.

INTRODUZIONE E CONCETTI FONDAMENTALI: definizione e significato di chimica computazionale; confronto con l’approccio sperimentale; cenni alla simulazione multiscala; definizione di superficie di energia potenziale; ottimizzazione di geometria e calcolo delle frequenze vibrazionali; esplorazione dell’energia potenziale con metodi Metropolis Monte Carlo e simulating annealing. METODI DI CALCOLO IN MECCANICA CLASSICA: la meccanica molecolare (definizioni, campo di forza, esempio di campo di forza, usi, risultati); la dinamica molecolare con cenni alla metadinamica. METODI DI CALCOLO APPROSSIMATI IN MECCANICA QUANTISTICA: richiamo di meccanica quantistica (notazione bra-ket, postulati, stati stazionari, unità atomiche); principio variazionale e metodo variazionale lineare, metodo perturbativo per risolvere l’equazione di Schrödinger; discussione dell’Hamiltoniano multielettronico e principali approssimazioni introdotte (approssimazione di Born-Oppenheimer, approssimazione spin-orbitale); principio di antisimmetria; prodotto di Hartree e determinante di Slater; il metodo di Hartree-Fock: espressione dell’energia e equazioni; teorema di Koopman; equazioni di Roothaan e ciclo SCF; definizione di set base (forma, classificazione ed esempi di set base gaussiani; Effective Core Pseudopotential - ECP e BSSE); proprietà mono-elettroniche (densità di carica, potenziale elettrostatico, .); il problema della correlazione elettronica; panoramica dei metodi post-Hartree-Fock: variazionali (interazione di configurazioni, CI), perturbativi (metodo Møller-Plesset) e Coupled-Cluster (CC); introduzione alla teoria del funzionale della densità (DFT) e ai metodi derivati: teoremi di Hohenber-Kohn, formalismo e equazioni di Kohn-Sham, funzionale di scambio-correlazione e sue approssimazioni; cenni alla descrizione delle forze di dispersione di London; confronto e valutazione dei principali metodi di calcolo ab-initio attualmente disponibili. ESERCITAZIONI con codici computazionali come Gaussian e CRYSTAL: preparazione dell’input e discussione dell’output; uso di strumenti di grafica molecolare per l’analisi dell’output; risoluzione di problemi di interesse chimico (analisi conformazionale e calcolo di barriere di rotazione, individuazione dei punti stazionari sulla superficie di energia potenziale, analisi della struttura elettronica di molecole semplici, calcolo di energia di dimerizzazione o di interazione); confronto tra risultati ottenuti con diversi metodi di calcolo e dati sperimentali.

Introduzione alle tecniche di spettrometria di massa ambient. Sorgenti a plasma freddo, DART, REIMS, paper spray ionization e loro accoppiamenti con la cromatografia liquida. Ionizzazione per desorbimento DESI e interfacciamento LC-DESI. DESI-imaging. MALDI-imaging. Fast GC e Ultra Fast GC. GC multidimensionale (modalità arricchimento, heart-cutting e controflusso). GC comprehensive. Modulatori termici e modulatori a flusso. UHPLC, colonne sub-2 m e colonne core-shell: vantaggi degli impaccamenti core-shell a discapito delle colonne di silice parzialmente e totalmente porosa. Scelta della tecnica cromatografica più adatta (NP, RP, HILIC, SFC). Cromatografia a fluidi supercritici ad ultra elevate prestazioni (UHPSFC). Accoppiamento LC-LC: Off-line, heart-cutting, Stop and go. Cromatografia comprehensive LCxLC e differenze rispetto alla GCxGC. Accoppiamento della estrazione in fase solida online alla UHPLC e HPLC: esempi di applicazioni in campo ambientale, alimentare, forense e biomedico.  Effetto matrice in LC-MS: strategie per riconoscerlo, quantificarlo e minimizzarlo. Micro e nano LC. Nano electrospray. Chip-nano-LC. Evoluzione interfacciamento LC-EI. Ion mobility MS: drift-time IMS, trawelling-wave IMS, Field asymmetric IMS. Nel corso si forniranno le informazioni utili al fine di interpretare gli spettri di MS/MS per poter ipotizzare le strutture di composti incogniti derivanti da un precursore noto (prodotti di degradazione, trasformazione, metaboliti, .). Verranno discussi i due tipi di approcci che possono essere utilizzati durante l’acquisizione del dato (Data Dependent Acquisition e Data Independent Acquisition), evidenziandone le differenze, in modo particolare durante l’acquisizione del dato con gli analizzatori in alta risoluzione (QTOF, Orbitrap). Per quanto riguarda l’interpretazione dei dati acquisiti, verranno presi in considerazione alcuni software evidenziandone i vantaggi e gli svantaggi. Durante il corso verranno proposti diversi esempi di applicazione della tecnica LC-MS in campo alimentare, ambientale, farmaceutico e clinico. Parte del corso verterà su esercitazioni pratiche in laboratorio che riguarderanno lo sviluppo di metodi analitici per l’identificazione e/o la determinazione di composti target o non-target.

Il corso tratta i seguenti argomenti: Chimica bioinorganica: 1. Chimica di coordinazione per biologi / 2. Biochimica per chimici / 3. Una breve panoramica della biologia molecolare / 4. Funzioni biologiche degli elementi inorganici / 5. Leganti biologici per ioni metallici (amminoacidi; proteine; macrocicli; nucleobasi) / 6. Assimilazione e percorsi dei metalli. Sodio e potassio (canali ionici; pompe ioniche; cotrasporto; omeostasi); Magnesio e calcio (assorbimento e omeostasi); Ferro (assimilazione; immagazzinamento; omeostasi); Rame (assimilazione; omeostasi); Zinco (assimilazione; omeostasi) / 7. Cobalamina e cobaltoproteine (introduzione; reattività; classi di enzimi) / 8. Metalli al centro della fotosintesi (magnesio) (introduzione; assorbimento della luce; trasporto dell'eccitone; perché Mg2 +?) / 9. La molecola di O2: assorbimento, trasporto e immagazzinamento di un prodotto naturale inorganico (storia della molecola di O2; emoglobina e mioglobina; trasporto di O2; una lezione dalla natura; rilascio; emoglobina, un marito "traditore"!; quando qualcosa va storto; come misurare O2 in vivo; il paradosso dell'ossigeno; altri sistemi contenenti eme e ferro) / 10. Proteine ​​contenenti rame: un'alternativa al ferro biologico (introduzione; proteine ​​del rame di tipo 1-3) / 11. La chimica bioinorganica dei metalli tossici per antonomasia (introduzione; alluminio; cromo; piombo; cadmio; mercurio; arsenico; brevi storie con protagonisti metalli tossici) / 12. Chelazione dei metalli in medicina (introduzione; leganti e loro proprietà; trattamenti per le intossicazioni da metalli pesanti; malattie del ferro; malattia del rame; una storia di chelazione dei metalli) / 13. Biomineralizzazione (introduzione; nucleazione e crescita dei cristalli; formazione ossea; regolazione ossea; denti; recettori sensibili alla gravità o all'inerzia). Metalli in medicina: introduzione alla chimica inorganica medica, cenni di farmacocinetica e farmacodinamica, generalità sui tumori e sulla strategia chemioterapica. Si approfondiscono gli agenti alchilanti ed in particolare i complessi metallici quali agenti alchilanti (elettrofili): meccanismo d’azione, tossicità, complessi di Pt usati in clinica, regole SAR e progettazione di nuovi farmaci. Complessi organometallici: titanocene e rutenio-arene dicloruro (RAPTA). Chemioresistenza. I complessi attivabili nell’ambiente tumorale per acidità e/o riduzione (profarmaci). I derivati di Pt(IV). Applicazione dei concetti di “drug targeting and delivery” a composti del platino. Targeting attivo e passivo. Effetto EPR. Liposomi e lipoplatino. Complessi intercalanti del DNA. L’ossigeno tripletto/ singoletto ed i ROS (reactive oxygen species): complessi operanti per stress ossidativo al DNA (bleomicina attivata da cationi ferro) e complessi fotosensibilizzanti per terapia fotodinamica (metallo-porfirine). Complessi fotoattivabili Pt(IV)-azide. Complessi metallici per terapie diverse: complessi dell’Au(I) come anti-reumatici; complessi del Bi(III) come anti-ulcera, complessi a rapido rilascio di ossido di azoto (NO) p.e. sodio nitroprussiato, quali anti-ipertensivi nelle emergenze. Composti di Vanadile quale insulino-mimetici per il trattamento del diabete. Malaria e ferrochina; composti metallici per le malattie tropicali. Richiami di radiochimica. Medicina nucleare: radiofarmaci e radiodiagnostici. SPECT e Tecnezio 99-m. Generazione, riduzione e speciazione del Tecnezio. Radioisotopi dello Iodio e tiroide. PET e fluoroglucosio. BNCT e borani. Richiami di MRI.

Il corso si propone di illustrare i principali aspetti teorici e applicativi dell’elettrochimica moderna sfruttando i collegamenti suggeriti dal carattere interdisciplinare della materia. In particolare si propone di (a) studiare le proprietà delle soluzioni elettrolitiche e dell'interfase elettrodica in condizioni di equilibrio (comportamento dell'interfase e sua struttura; equilibri elettrochimici) e in condizioni di non equilibrio (fenomeni di polarizzazione e sovratensioni di trasporto di materia, di trasferimento di carica e di reazione chimica); (b) illustrare le più importanti tecniche elettrochimiche per lo studio dei processi elettrodici e la loro utilizzo in problematiche di interesse inorganico, industriale, ambientale e biologico. Parte teorica: Sistemi elettrochimici: definizioni e convenzioni. La regione interfasale: trasferimento elettronico all’interfase elettrodo-soluzione e sua cinetica; fenomeni di adsorbimento. Step successivi elettrochimici e chimici e loro combinazioni nei processi ossidativi e riduttivi. Trasferimento di massa e cinetica delle reazioni elettrochimiche sotto controllo di trasporto di materia. Tecniche elettrochimiche a corrente e a potenziale controllati: tecniche a rinnovo dello strato di diffusione (polarografia). Tecniche senza rinnovo periodico dello strato di diffusione (voltammetria). Altre tecniche: tecniche pulsate, tecniche idrodinamiche, stripping, elettrolisi esaustiva. La strumentazione elettrochimica. Esempi di applicazione delle tecniche studiate. Applicazioni: in questa parte sarà affrontato lo studio delle applicazioni dell'elettrochimica in campo inorganico, industriale, ambientale, e biologico. In particolare: Elettrochimica industriale. Celle elettrolitiche, Fattori influenzanti il processo elettrochimico, Electrorefining e electrowinning, Produzione cloro-soda, Processi alternativi per la produzione elettrochimica di soda ed ossidanti (ipoclorito, clorati, H2O2, O3, ecc.). Idrogeno e celle a combustibile. Processi elettrochimici organici: processo EHD-Monsanto Corrosione: corrosion cell e descrizione dei vari tipi di corrosione, Termodinamica e corrosione, Misura della corrosione, Metodi di protezione dalla corrosione. Electroremediation: Principi e celle, Electroremediation di metalli (Electrodialysis e electrowinning), Electroremediation di sostanze organiche, Electroremediation di suoli. Applicazioni bio/mediche delle tecniche elettrochimiche: Rivelatori elettrochimici in cromatografia, Elettrodi ionoselettivi (ISE), Elettrodi a membrana liquida, Elettrodi a gas, Sonda lambda, Misura del pH gastroesofageo, Determinazioni dei gas disciolti e degli elettroliti (dialisi), Biosensori, Determinazione del glucosio nel sangue (glicemia).

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. Principi base della tecnica; nuclei in un campo magnetico; risonanza; popolazione dei livelli di spin nucleare; esperimento ad onda continua. Metodo NMR ad impulsi: generalità, angolo di impulso, sistema di coordinate rotanti, equazioni di Bloch, rilassamento, trasformata di Fourier. Parametri NMR: chemical shift (contributi diamagnetico, paramagnetico e locale) e costanti di accoppiamento (geminali, vicinali, long-range, omo- ed eteronucleari). Aspetti teorici ed applicazioni nell’analisi strutturale. Omotopia ed enantiotopia. Equivalenza chimica e magnetica di nuclei. 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. La chimica di coordinazione degli elementi f. Il modulo di Laboratorio di Chimica Inorganica superiore si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base della spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR). Il corso si compone di un’introduzione sulla tecnica (basi teoriche e strumentazione) e sulle sue applicazioni ai complessi metallici. A questa prima parte seguiranno le esperienze di laboratorio che saranno, a rotazione: sintesi e caratterizzazione EPR di un complesso di vanadio; le applicazioni terapeutiche dell’ossido nitrico; estrazione e determinazione delle proprietà catalitiche del metalloenzima catalasi; sintesi e assorbimento di ossigeno da parte di un complesso di cobalto. Il corso comprenderà una parte di introduzione alle esperienze di laboratorio ed una parte più propriamente sperimentale in cui verranno estratti o sintetizzati e caratterizzati i complessi metallici.

Metodi spettroscopici basati sulla Risonanza Magnetica per lo studio della struttura molecolare e dei processi dinamici. Principi base della tecnica; nuclei in un campo magnetico; risonanza; popolazione dei livelli di spin nucleare; esperimento ad onda continua. Metodo NMR ad impulsi: generalità, angolo di impulso, sistema di coordinate rotanti, equazioni di Bloch, rilassamento, trasformata di Fourier. Parametri NMR: chemical shift (contributi diamagnetico, paramagnetico e locale) e costanti di accoppiamento (geminali, vicinali, long-range, omo- ed eteronucleari). Aspetti teorici ed applicazioni nell’analisi strutturale. Omotopia ed enantiotopia. Equivalenza chimica e magnetica di nuclei. 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. La chimica di coordinazione degli elementi f.

Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base della spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR). Il corso si compone di un’introduzione sulla tecnica (basi teoriche e strumentazione) e sulle sue applicazioni ai complessi metallici. A questa prima parte seguiranno le esperienze di laboratorio che saranno, a rotazione: sintesi e caratterizzazione EPR di un complesso di vanadio; le applicazioni terapeutiche dell’ossido nitrico; estrazione e determinazione delle proprietà catalitiche del metalloenzima catalasi; sintesi e assorbimento di ossigeno da parte di un complesso di cobalto. Il corso comprenderà una parte di introduzione alle esperienze di laboratorio ed una parte più propriamente sperimentale in cui verranno estratti o sintetizzati e caratterizzati i complessi metallici.

Policondensazioni, polimerizzazioni radicaliche, copolimerizzazioni e polimerizzazioni radicaliche controllate, cenni teorici. Esperienza: copolimerizzazione radicalica di stirene e metilacrilato, sintesi, caratterizzazione dei materiali ottenuti e determinazione dei rapporti di reattività. Esperienza: polimerizzazione radicalica controllata dello stirene mediante ATRP, sintesi, caratterizzazione dei materiali ottenuti e determinazione della cinetica di reazione. Esperienza: polimerizzazione in emulsione del butil acrilato e caratterizzazione dei materiali ottenuti. Pesi molecolari e determinazione dei pesi molecolari. Analisi termica di materiali polimerici mediante tecniche DSC e TGA. Determinazione della transizione vetrosa. Esperienza: determinazione del peso molecolare di campioni di polistirene. Esperienza: determinazione delle proprietà termiche di campioni di PET commerciali.

In aula (1.5 CFU): -Richiamo dei concetti fondamentali della spettroscopia NMR multinucleare (spin nucleare, frequenza di precessione di Larmor, spostamento chimico, accoppiamento scalare, rilassamento nucleare, effetto Overhauser nucleare); -Esercitazioni di interpretazione di spettri 1D-NMR per la caratterizzazione strutturale di piccole molecole; -Introduzione alle tecniche NMR multidimensionali (sia di tipo omonucleare che eteronucleare), come COSY, TOCSY, NOESY, HSQC, HMQC, HMBC; -Esercitazioni di interpretazione di spettri 2D-NMR per l’assegnazione delle risonanze di biomolecole e per la risoluzione strutturale ; -Metodo di assegnazione sequenza-specifica per l’analisi di polipeptidi. In laboratorio NMR (2.5 CFU): -Descrizione dello spettrometro NMR ed aspetti pratici per l’acquisizione di spettri 1D/2D NMR, sia omonucleari che eteronucleari; -Preparazione dei campioni per l’analisi NMR; -Acquisizione e processamento di spettri NMR monodimensionali (1H, 13C, 31P, 19F) di biomolecole e farmaci (biotina, glutatione, desametasone-21-fosfato, composti a struttura incognita); -Acquisizione di spettri 2D-COSY, 2D-TOCSY, 2D-NOESY, 2D-HSQC, 2D-HMQC, 2D-HMBC delle molecole di cui sopra; -Acquisizione di spettri 2D-COSY, 2D-TOCSY e 2D-NOESY di polipeptidi per assegnazione-sequenza specifica. In laboratorio informatico (2 CFU): -Processamento degli spettri NMR acquisiti (FT, correzione di fase, peak picking, integrazione, calibrazione); -Assegnazione delle risonanze di protone e carbonio degli spettri precedentemente acquisiti sulle molecole menzionate; -Assegnazione sequenza specifica di peptidi (i cui spettri sono stati acquisiti in laboratorio NMR) tramite software CARA; -Discussione iniziale degli spettri 1D/2D NMR di un composto incognito. L’identificazione di tale composto (ed assegnazione degli spettri) sarà oggetto di relazione individuale, necessaria per l’ammissione alla prova finale.

Allineamento sull'equipaggiamento e la strumentazione del laboratorio, la sicurezza nel laboratorio chimico-biologico. Allestimento di un esperimento di proteomica, acquisizione di metodologie su: la preparazione di un campione biologico, tecniche di estrazione, cromatografia, dosaggi qualitativi e quantitativi di proteine, gel elettroforesi mono e bi-dimensionale, saggi di attività enzimatica. Tecniche di identificazione: immunoblotting, ELISA.

La Replicazione del DNA. Gli acidi nucleici. Le DNA polimerasi. La topologia del DNA. Struttura e meccanismo d'azione. Il replisoma e i suoi componenti. Il meccanismo di correzione delle bozze. La topoisomerasi I e suo meccanismo d'azione. Il danno del DNA. Restauro del DNA. Meccanismi di reversione, escissione, “mismatch-repair” e per ricombinazione. La trasposizione del DNA. La cromatina, il nucleosoma e gli istoni. La trascrizione del DNA. Le RNA polimerasi procariore ed eucariote. L'unita' trascrizionale procariote ed eucariote. Regolazione dell’inizio della trascrizione negli eucarioti. Fattori di trascrizione generali e complesso d’inizio. Modificazioni post-trascrizionali. Introni e “splicing”. Splicing differenziale. RNA catalitico. RNA “editing”. Controllo genico negli eucarioti. Attivatori e repressori della trascrizione e meccanismi molecolari del controllo trascrizionale. RNA interference. I meccanismi della traduzione. Il DNA ribosomiale. Struttura del ribosoma. Il codice genetico. tRNA e sua struttura. AAtRNA sintetasi e suo meccanismo d'azione. Il riconoscimento codone-anticodone "Vacillamento". Formazione del complesso di inizio della traduzione. IF e loro regolazione. Allungamento della catena ed EF. Terminazione della sintesi proteica. Principali modificazioni post-traduzionali delle proteine. Laboratorio di Biologia Molecolare (principi teorici). Clonaggio di DNA ricombinante ed enzimi di restrizione. Vettori di clonaggio e di espressione. Costruzione e screening di genoteche. Tecniche di analisi degli acidi nucleici. Sequenziamento del DNA e tecniche di PCR (end-point e quantitativa). Esercitazioni in laboratorio. Preparazione di DNA plasmidico, taglio del DNA con enzimi di restrizione e analisi su gel di agarosio. PCR end-point e quantificazione del DNA mediante analisi spettrofotometrica.

Membrana cellulare e organelli cellulari Trasporti di membrana Proprietà elettriche della membrana cellulare Sinapsi elettriche e chimiche Fisiologia del muscolo scheletrico, liscio e cardiaco Sistema muscolo-scheletrico Organizzazione del sistema nervoso centrale e periferico Sensibilità esterocettiva e recettori Sangue e coagulazione Apparato cardiocircolatorio Trasporto dei gas respiratori e meccanica respiratoria Apparato escretore Apparato tegumentario Apparato digerente Apparato endocrino Apparato riproduttore

Le spettroscopie ottiche verranno affrontate da un punto di vista teorico e applicativo. Verranno approfondite le spettroscopie vibrazionali (IR e Raman), con particolare riferimento all’origine delle frequenze di gruppo, dei sovratoni, delle bande di combinazione e dei fenomeni di risonanza di Fermi. Verranno fornite le basi per la comprensione degli spettri vibrazionali di molecole poliatomiche, anche con una certa complessità strutturale. Verrà trattato l’adsorbimento di molecole sonda di diversa natura per lo studio spettroscopico di siti di superficie e la caratterizzazione delle proprietà acide, basiche o redox. Verranno mostrati esempi di studi spettroscopici di adsorbimento di molecole sonda in situ e in operando su sistemi microcristallini porosi e non porosi di interesse per la catalisi eterogenea.
Nell'ambito del corso verranno inoltre illustrati i principi delle tecniche spettroscopiche elettroniche di assorbimento (UV-Vis NIR) e emissione (fluorescenza e fosforescenza). Particolare attenzione verrà data alle tecniche in riflettanza diffusa e allo studio dei tempi di vita degli stati eccitati. Verranno inoltre trattate diverse classi di sistemi luminescenti sia organici sia inorganici.

Programmazione dell’analisi. Strategie e metodologie di campionamento. Campionamento statistico. Metodi di pretrattamento del campione. Preconcentrazione. Inquinanti in acque, suoli, sedimenti. Loro origine, tossicità e impatto ambientale. Meccanismi di diffusione, trasformazione, degradazione e accumulo. Inquinanti a lunga persistenza nell’ambiente. Identificazione e determinazione di inquinanti in acque, suolo, sedimenti. Scelta della tecnica strumentale. Confronti tra tecniche. Trattamento dei dati. Metodi chemiometrici di analisi multivariata nell’analisi ambientale. Esempi di applicazione.

Modulo A) Tecniche spettroscopiche impiegate nel settore dei beni culturali. I principali materiali d’interesse in campo artistico-archeologico. Applicazioni della chimica analitica per i beni culturali: autenticazione, datazione, conservazione e restauro, studi di provenienza, studi tecnologici. Casi studio. Esercitazioni di analisi SEM-EDX, Raman, FORS e XRF su campioni reali. Modulo B) Progettazione e messa in opera di un’esperienza pratica di chimica analitica. Gli argomenti sono i seguenti: Come risolvere un problema di chimica analitica. Analisi qualitativa e quantitativa. Schema di progetto. Inquadramento del problema. Le principali tecniche analitiche. Considerazioni preliminari sulla scelta della tecnica analitica. Tecniche cromatografiche, spettroscopiche ed elettrochimiche. Pretrattamento del campione. Ricerca bibliografica. Impostazione del progetto, esecuzione, discussione dei risultati.

Tecniche spettroscopiche impiegate nel settore dei beni culturali. I principali materiali d’interesse in campo artistico-archeologico. Applicazioni della chimica analitica per i beni culturali: autenticazione, datazione, conservazione e restauro, studi di provenienza, studi tecnologici. Casi studio. Esercitazioni di analisi SEM-EDX, Raman, FORS e XRF su campioni reali.

Progettazione e messa in opera di un’esperienza pratica di chimica analitica. Gli argomenti sono i seguenti: Come risolvere un problema di chimica analitica. Analisi qualitativa e quantitativa. Schema di progetto. Inquadramento del problema. Le principali tecniche analitiche. Considerazioni preliminari sulla scelta della tecnica analitica. Tecniche cromatografiche, spettroscopiche ed elettrochimiche. Pretrattamento del campione. Ricerca bibliografica. Impostazione del progetto, esecuzione, discussione dei risultati.

Nell’ambito del corso verranno trattati argomenti di chimica-fisica applicati allo stato solido. Verranno descritte le principali classi di materiali e metodologie per la loro preparazione (con particolare riferimento alle metodologie sol-gel e solvotermali). Verranno inoltre forniti elementi di cristallografia per la descrizione di sistemi cristallini a diversa dimensionalità attraverso le operazioni di simmetria e l’appartenenza ai diversi gruppi spaziali. Inoltre, saranno trattati i principi di diffrazione di raggi X con particolare riferimento alla legge di Bragg e alla trattazione dei reticolo reciproco. Saranno date informazioni relative ai processi di adsorbimento su sistemi solidi. Oltre alle tipologie di interazioni che si possono avere, saranno trattati i principali meccanismi di adsorbimento. Verranno discussi i principali modelli di adsorbimento di gas per la determinazione delle proprietà tessiturali dei solidi. Verrà organizzata una lezione in aula per poter applicare alcuni modelli per la determinazione dell’area superficiale dei solidi (Modello di Langmuir e BET) partendo da isoterme sperimentali. Verranno forniti agli studenti anche richiami di spettroscopia IR e UV-Vis applicate allo stato solido. Nell’ambito del corso verranno trattati argomenti chimico-fisici utili alla descrizione del comportamento di specie chimiche di importanza ambientale. Particolare attenzione verrà data alla trattazione dei processi fotochimici e di adsorbimento gas-solido, oltre che alla trattazione di processi termodinamici di interesse ambientale. Verranno forniti agli studenti nozioni riguardanti i costituenti chimici e la struttura fisica dell'atmosfera. Inoltre verranno trattati argomenti riguardanti la chimica della stratosfera e il problema dell'ozono, il riscaldamento globale e la chimica della troposfera con particolare riferimento alle piogge acide, smog fotochimico e particolato atmosferico. Sarà analizzato l’impatto dei grandi impianti per la produzione di energia sull’ambiente con particolare attenzione ai processi che portano alla formazione di inquinanti pericolosi (diossine) e loro inibizione. Saranno infine introdotti i concetti alla base della diffusione degli inquinanti nell’atmosfera e nell’idrosfera. Sarà richiesto di approfondire un argomento a scelta. A tale scopo, verranno anche fornite informazioni per poter effettuare una ricerca bibliografica in ambito scientifico e per poter organizzare una presentazione in power point sull’argomento di interesse.

Nell’ambito del presente corso, che ha uno spiccato carattere applicativo, saranno approfondite le metodologie di indagine di base che possono essere utilizzate per lo studio di materiali solidi di interesse ambientale, come ad esempio catalizzatori eterogenei per reazioni a basso impatto ambientale. Dopo alcune lezioni frontali, che saranno dedicate principalmente all’introduzione dei sistemi solidi di interesse ambientale e alla verifica/introduzione della conoscenza dei principi di base delle tecniche sperimentali che possono essere utilizzate per lo studio degli stessi (diffrazione di raggi X, spettroscopia IR e DR-UV-Vis, fisisorbimento di gas, microscopia elettronica, analisi termica), verranno organizzate diverse esperienze pratiche in laboratorio che permetteranno di acquisire informazioni sulle proprietà chimico-fisiche dei sistemi solidi analizzati.

Il corso tratta i metodi che si possono utilizzare per estrarre informazione da dati complessi quali dati spettroscopici, dati ambientali, mappe elettroforetiche, dati industriali di processo, controllo qualità, ecc. I metodi studiati, che sono anche argomento di esercitazioni al computer su dataset reali riguardano: metodi di pretrattamento dei dati (scaling, trasformazioni non lineari delle variabili, trattamento dei dati mancanti, trattamento di dati spettroscopici), metodi di clustering (gerarchico, K-means, metody fuzzy), metodi di pattern recognition (PCA, MDS), metodi di regressione (teoria della calibrazione, MLR, PLS, PCR, Ridge e selezione delle variabili), metodi di classificazione (NMC, LDA, QDA, RDA, KNN, Ranking-PCA, PLS-DA e selezione delle variabili), reti neurali artificiali (Backward, auto associative di Kohonen, counter-propagation), algoritmo genetico. Esercitazioni al computer su software dedicati.

Il corso tratta due argomenti principali. Il primo modulo riguarda lo studio di come sia possibile rendere efficace l’attività sperimentale nella soluzione di problemi industriali quali: l’ottimizzazione di un processo industriale, di un prodotto, di un farmaco, di una formulazione, di un metodo analitico, ecc. Queste tecniche, adottate in tutto il mondo, consentono di ottenere i migliori risultati, col minor sforzo sperimentale possibile. In particolare vengono affrontati i seguenti argomenti: l’analisi del problema; la teoria statistica della pianificazione sperimentale; i piani sperimentali più utilizzati (fattoriali completi e frazionari, i piani centrali compositi, i pini a stella, i piani di Box-Behnken, i piani di Doehlert, i piani di miscele); i metodi di ottimizzazione più importanti (ricerca su griglia, simplex, simplex modificato, metodo delle curve di risposta, steepest ascent); i metodi per affrontare i problemi multicriterio (gestione dei vincoli, le funzioni desiderabilità ed utilità). Il secondo modulo riguarda invece l’analisi dei processi industriali mediante la tecnica delle carte di controllo (carte di Shewhart, carte CUSUM, T2 Hotelling), che permettono di stabilire se il processo è stabile e di identificarne eventuali difetti, proponendo di conseguenza gli interventi da adottare. In questo modulo vengono inoltre definite la capability di processo e quali siano i parametri adatti ad indicarne la qualità.

La selettività in sintesi organica: chemoselettività; regioselettività; stereoselettività. Gruppi protettori: gruppi protettori di alcoli (fenoli), ammine, tioli, acidi carbossilici, aldeidi e chetoni. Principi di chimica supramolecolare e chimica dei macrocicli. Sintesi di macrocicli. Agenti chelanti bifunzionali. Ammino acidi, peptidi, proteine. Sintesi peptidica in fase solida (SPPS): supporti polimerici e linkers. Peptidi sintetici: usi e applicazioni. Reazioni pericicliche: Reazioni di cicloaddizione di Diels-Alder, anche con induzione asimmetrica. Reazioni elettrocicliche. Riarrangiamenti sigmatropici. Composti eterociclici e loro derivati (nomenclatura, principali composti eterociclici con uno e con due eteroatomi, pirrolo, furano, tiofene, diazoli, piridina, diazine, chinolina e isochinolina, indolo). Funzionalizzazione di piridine; sintesi di eterocicli all’azoto mediante cicloaddizioni e riarrangiamenti sigmatropici; sintesi e chimica degli azoli e altri eterocicli con due o più eteroatomi. Reazioni di “Click Chemistry” in bioconiugazione: cicloaddizione 1,3-dipolare di Huisgen, Staudinger Ligation, reazione di Diels-Alder invertita. Circa 2 CFU saranno dedicati ad esperienze di laboratorio per mettere in applicazione alcune reazioni viste a lezione (1. sintesi di una tetrazina funzionalizzata; 2. sintesi di un legante biciclico via reazione di Diels-Alder; 3. Sintesi di una nitro-diazepina funzionalizzata).

I principi fondamentali su come organizzare attività di laboratorio per studenti delle scuole superiori saranno presentati durante la lezione frontale preliminare alle attività di laboratorio. Durante le attività di laboratorio gli studenti dovranno organizzare attività di laboratorio per studenti provando l’esperienza stessa individuandone i punti critici e le difficoltà.

Particolare attenzione verrà posta circa il mattone fondamentale: atomo/mole, numero di Avogadro nello sviluppo storico e in quello induttivo tratto dalla fisica atomica. Saranno trattati anche: il concetto di elemento e delle sue proprietà chimiche, la tavola periodica nel suo sviluppo storico e la sua rivisitazione alla luce della struttura elettronica degli atomi, trasformazioni fisiche, trasformazioni chimiche e trasformazioni nucleari, materia ed energia nelle trasformazioni chimiche. Particolare attenzione verrà posta su metodi efficaci per insegnare i suddetti argomenti e sull’importanza del linguaggio scientifico nell’insegnamento della chimica.

INTRODUZIONE E CONCETTI FONDAMENTALI: definizione e significato di chimica computazionale; confronto con l’approccio sperimentale; cenni alla simulazione multiscala; definizione di superficie di energia potenziale; ottimizzazione di geometria e calcolo delle frequenze vibrazionali; esplorazione dell’energia potenziale con metodi Metropolis Monte Carlo e simulating annealing. METODI DI CALCOLO IN MECCANICA CLASSICA: la meccanica molecolare (definizioni, campo di forza, esempio di campo di forza, usi, risultati); la dinamica molecolare con cenni alla metadinamica. METODI DI CALCOLO APPROSSIMATI IN MECCANICA QUANTISTICA: richiamo di meccanica quantistica (notazione bra-ket, postulati, stati stazionari, unità atomiche); principio variazionale e metodo variazionale lineare, metodo perturbativo per risolvere l’equazione di Schrödinger; discussione dell’Hamiltoniano multielettronico e principali approssimazioni introdotte (approssimazione di Born-Oppenheimer, approssimazione spin-orbitale); principio di antisimmetria; prodotto di Hartree e determinante di Slater; il metodo di Hartree-Fock: espressione dell’energia e equazioni; teorema di Koopman; equazioni di Roothaan e ciclo SCF; definizione di set base (forma, classificazione ed esempi di set base gaussiani; Effective Core Pseudopotential - ECP e BSSE); proprietà mono-elettroniche (densità di carica, potenziale elettrostatico, .); il problema della correlazione elettronica; panoramica dei metodi post-Hartree-Fock: variazionali (interazione di configurazioni, CI), perturbativi (metodo Møller-Plesset) e Coupled-Cluster (CC); introduzione alla teoria del funzionale della densità (DFT) e ai metodi derivati: teoremi di Hohenber-Kohn, formalismo e equazioni di Kohn-Sham, funzionale di scambio-correlazione e sue approssimazioni; cenni alla descrizione delle forze di dispersione di London; confronto e valutazione dei principali metodi di calcolo ab-initio attualmente disponibili. ESERCITAZIONI con codici computazionali come Gaussian e CRYSTAL: preparazione dell’input e discussione dell’output; uso di strumenti di grafica molecolare per l’analisi dell’output; risoluzione di problemi di interesse chimico (analisi conformazionale e calcolo di barriere di rotazione, individuazione dei punti stazionari sulla superficie di energia potenziale, analisi della struttura elettronica di molecole semplici, calcolo di energia di dimerizzazione o di interazione); confronto tra risultati ottenuti con diversi metodi di calcolo e dati sperimentali.

Introduzione alle tecniche di spettrometria di massa ambient. Sorgenti a plasma freddo, DART, REIMS, paper spray ionization e loro accoppiamenti con la cromatografia liquida. Ionizzazione per desorbimento DESI e interfacciamento LC-DESI. DESI-imaging. MALDI-imaging. Fast GC e Ultra Fast GC. GC multidimensionale (modalità arricchimento, heart-cutting e controflusso). GC comprehensive. Modulatori termici e modulatori a flusso. UHPLC, colonne sub-2 m e colonne core-shell: vantaggi degli impaccamenti core-shell a discapito delle colonne di silice parzialmente e totalmente porosa. Scelta della tecnica cromatografica più adatta (NP, RP, HILIC, SFC). Cromatografia a fluidi supercritici ad ultra elevate prestazioni (UHPSFC). Accoppiamento LC-LC: Off-line, heart-cutting, Stop and go. Cromatografia comprehensive LCxLC e differenze rispetto alla GCxGC. Accoppiamento della estrazione in fase solida online alla UHPLC e HPLC: esempi di applicazioni in campo ambientale, alimentare, forense e biomedico.  Effetto matrice in LC-MS: strategie per riconoscerlo, quantificarlo e minimizzarlo. Micro e nano LC. Nano electrospray. Chip-nano-LC. Evoluzione interfacciamento LC-EI. Ion mobility MS: drift-time IMS, trawelling-wave IMS, Field asymmetric IMS. Nel corso si forniranno le informazioni utili al fine di interpretare gli spettri di MS/MS per poter ipotizzare le strutture di composti incogniti derivanti da un precursore noto (prodotti di degradazione, trasformazione, metaboliti, .). Verranno discussi i due tipi di approcci che possono essere utilizzati durante l’acquisizione del dato (Data Dependent Acquisition e Data Independent Acquisition), evidenziandone le differenze, in modo particolare durante l’acquisizione del dato con gli analizzatori in alta risoluzione (QTOF, Orbitrap). Per quanto riguarda l’interpretazione dei dati acquisiti, verranno presi in considerazione alcuni software evidenziandone i vantaggi e gli svantaggi. Durante il corso verranno proposti diversi esempi di applicazione della tecnica LC-MS in campo alimentare, ambientale, farmaceutico e clinico. Parte del corso verterà su esercitazioni pratiche in laboratorio che riguarderanno lo sviluppo di metodi analitici per l’identificazione e/o la determinazione di composti target o non-target.