Il corso tratta tecniche analitiche avanzate, tra cui spettroscopia Raman/SERS, spettrofotometria In riflettanza diffusa con fibre ottiche, spettrofluorimetria con fibre ottiche, spettrometria a fluorescenza di raggi X, tecniche superficiali, analisi isotopica; tecniche per la datazione, l’autenticazione, la conservazione, lo studio della provenienza e lo studio tecnologico di materiali antichi e moderni. Inoltre introduce le moderne tecniche analitiche ifenate alla spettrometria di massa e le strategie da adottare durante l’analisi di campioni particolarmente complessi. Durante il corso sono trattate: spettrometria di massa ambient, sorgenti a plasma freddo, DART, REIMS. Ionizzazione per desorbimento DESI, MALDI (interfacciamento con LC eimaging), Fast GC e Ultra Fast GC. GC multidimensionale. Viene spiegato l’effetto matrice in LC-MS: strategie per riconoscerlo, quantificarlo e minimizzarlo. Micro e nano LC. Nano electrospray. Chip-nano-LC. Per la parte di laboratorio: lezioni preliminari sui seguenti argomenti: (1) come risolvere un problema di chimica analitica; (2) metodi di ricerca bibliografica e dei dati; (3) metodi di pre-trattamento del campione; (4) manipolazione dei campioni e dei reagenti. Le esperienze di laboratorio sono divise in due moduli: (1) i principali metodi di pre-trattamento del campione: SPE, SPME, mineralizzazione con microonde, dry ashing, fusione alcalina; (2) le principali tecniche analitiche strumentali: ICP-OES, ICP-MS, HPLC-MS, GC-MS. Le esperienze potranno essere modulate in funzione delle proposte degli studenti.

Il corso tratta tecniche analitiche avanzate, tra cui spettroscopia Raman/SERS, spettrofotometria In riflettanza diffusa con fibre ottiche, spettrofluorimetria con fibre ottiche, spettrometria a fluorescenza di raggi X, tecniche superficiali, analisi isotopica; tecniche per la datazione, l’autenticazione, la conservazione, lo studio della provenienza e lo studio tecnologico di materiali antichi e moderni. Inoltre introduce le moderne tecniche analitiche ifenate alla spettrometria di massa e le strategie da adottare durante l’analisi di campioni particolarmente complessi. Durante il corso sono trattate: spettrometria di massa ambient, sorgenti a plasma freddo, DART, REIMS. Ionizzazione per desorbimento DESI, MALDI (interfacciamento con LC eimaging), Fast GC e Ultra Fast GC. GC multidimensionale. Viene spiegato l’effetto matrice in LC-MS: strategie per riconoscerlo, quantificarlo e minimizzarlo. Micro e nano LC. Nano electrospray. Chip-nano-LC. Per la parte di laboratorio: lezioni preliminari sui seguenti argomenti: (1) come risolvere un problema di chimica analitica; (2) metodi di ricerca bibliografica e dei dati; (3) metodi di pre-trattamento del campione; (4) manipolazione dei campioni e dei reagenti.

Per la parte di laboratorio il corso prevede lezioni preliminari sui seguenti argomenti: (1) come risolvere un problema di chimica analitica; (2) metodi di ricerca bibliografica e dei dati; (3) metodi di pre-trattamento del campione; (4) manipolazione dei campioni e dei reagenti. Le esperienze di laboratorio sono divise in due moduli: (1) i principali metodi di pre-trattamento del campione: SPE, SPME, mineralizzazione con microonde, dry ashing, fusione alcalina; (2) le principali tecniche analitiche strumentali: ICP-OES, ICP-MS, HPLC-MS, GC-MS. Le esperienze potranno essere modulate in funzione delle proposte degli studenti.

Metodi spettroscopici basati sulla Risonanza Magnetica per lo studio della struttura molecolare e dei processi dinamici. Ordine di uno spettro NMR. Cenni sui sistemi di spin di ordine superiore. Tempi di rilassamento: definizione, misura e meccanismi. Tecniche moderne: 1) doppia risonanza: disaccoppiamenti broadband (gated e off-resonance); 2) NOE: principi ed applicazioni; 3) sequenze INEPT e DEPT. 2D NMR: generalità ed esperimenti omo- and eteronucleari (COSY, EXSY, NOESY, HMQC, HMBC). NMR dinamico: generalità, line-shape analysis, parametri cinetici, applicazioni. NMR e la tavola periodica: applicazioni in chimica inorganica. NMR allo stato solido: generalità. NMR dei sistemi paramagnetici: ioni metallici, complessi e loro coniugati a macromolecole. Le tecniche rilassometriche e il fast-field cycling. Principi di MRI e uso di sistemi metallici quali agenti di contrasto. Applicazioni dei catalizzatori contenenti metalli del blocco d nella produzione industriale di prodotti chimici. Catalisi omogenea: metatesi degli alcheni e alchini, idrogenazione degli alcheni e produzione di ammoniaca da azoto molecolare. Catalisi eterogenea: cenni ed esempi illustrativi. Le terre rare: i principali depositi minerari, proprietà fisico-chimiche, processi di estrazione e lavorazione dei minerali. Complessi degli elementi f: aspetti termodinamici, cinetici, proprietà magnetiche ed ottiche. Applicazioni moderne. Chimica supramolecolare: introduzione alla chimica di coordinazione, comportamento in soluzione e applicazioni di eteri corona e criptandi, sintesi di macrocicli: effetto template e alta diluizione, leganti soft. Cenni di chimica supramolecolare della vita: cationi dei metalli alcalini nei sistemi biologici, macrocicli di porfirine e tetrapirroli, autoassemblaggio biochimico, biomineralizzazione.

Centri pro-chirali e stereoselettività nelle reazioni di addizione ad alcheni e a carbonili. Modello di Felkin-Ahn e effetto chelato. Riserva chirale; ausiliari chirali; eccesso enantiomerico. Catalisi asimmetrica nelle reazioni di idrogenazione, epossidazione e diossidrilazione. Reagente CBS e BINAP. Formazione asimmetrica di legami carbonio-carbonio. Reazioni aldoliche asimmetriche. Enzimi come catalizzatori. Stereoselettività nelle molecole cicliche. Reazioni pericicliche: cicloaddizioni 1,3-dipolari, click chemistry, riarrangiamenti sigmatropici e reazioni elettrocicliche. Composti eterociclici e loro derivati (principali composti eterociclici con uno e con due eteroatomi, pirrolo, furano, tiofene, diazoli, piridina, diazine, triazine, 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 riarrangiamento: partecipazione del gruppo vicinale; riarrangiamenti di Payne, pinacolico e di Favorskii; migrazioni a eteroatomi: riarrangiamenti di Baeyer-Villiger e di Beckmann; frammentazioni ed espansioni d’anello; migrazioni a carbeni e nitreni. Reazioni radicaliche, analisi di esempi e applicazioni. Metodi si sintesi non convenzionali come l’utilizzo della sonochimica, meccanochimica, microonde e chimica a flusso. Esempi di applicazioni sintetiche e industriali.

In laboratorio verranno svolte le seguenti reazioni, seguite dalla purificazione e caratterizzazione dei prodotti: 1)Condensazione aldolica asimmetrica 2)Determinazione eccesso enantiomerico tramite derivatizzazione con acido di Mosher (NMR) 3)Reazione click azide-alchino 4)Riarrangiamenti di Bayer Villiger e di Beckmann dal ciclododecanone 5)Sintesi di un chelante bifunzionale (sintesi multistep) 6)Reazione di Diels-Alder seguita da riarrangiamento di Curtius Consultazione delle banche dati specializzate e approccio alla soluzione di un caso studio. Compilazione del quaderno di laboratorio.

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 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 fornite 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 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.

Generalità sul corso e convenzioni di lettura dei processi industriali. Processo di alchilazione del benzene. Processi industriali nella storia e problematiche. Carbone e suoi trattamenti: produzione di acetilene, distillazione del carbone. Gassificazione Carbone: termodinamica delle rezioni di gassificazione, separazione impurezze, efficienza energetica. Petrolio: storia e composizione. Processi petrolchimici. Sintesi della ammoniaca. Reforming e gas naturale. Calcoli sulla reazione di water shift. Water shift reaction per ottenere gas di sintesi e idrogeno. Reazione CPO (Catalytic Partial Oxidation) per ottenere gas di sintesi. Water shift reaction- Termodinamica con alimentazione a ossigeno e aria. Water shift reaction- Condizioni per processo autotermico. Sintesi del metanolo. Termodinamica, reattoristica e workflow. Biomasse. Reattori chimici. Conduzione delle reazioni.

Sintesi di polimeri via ARGET-ATRP in varie condizioni di sintesi. Caratterizzazione del peso molecolare, della stabilità termica e della temperatura di transizione vetrosa dei polimeri ottenuti. Sintesi di liquidi ionici in diverse condizioni. Valutazione della sostenibilità dei vari processi tramite metodi propri della chimica verde.

Il corso tratta tecniche analitiche avanzate, tra cui spettroscopia Raman/SERS, spettrofotometria In riflettanza diffusa con fibre ottiche, spettrofluorimetria con fibre ottiche, spettrometria a fluorescenza di raggi X, tecniche superficiali, analisi isotopica; tecniche per la datazione, l’autenticazione, la conservazione, lo studio della provenienza e lo studio tecnologico di materiali antichi e moderni. Inoltre introduce le moderne tecniche analitiche ifenate alla spettrometria di massa e le strategie da adottare durante l’analisi di campioni particolarmente complessi. Durante il corso sono trattate: spettrometria di massa ambient, sorgenti a plasma freddo, DART, REIMS. Ionizzazione per desorbimento DESI, MALDI (interfacciamento con LC eimaging), Fast GC e Ultra Fast GC. GC multidimensionale. Viene spiegato l’effetto matrice in LC-MS: strategie per riconoscerlo, quantificarlo e minimizzarlo. Micro e nano LC. Nano electrospray. Chip-nano-LC. Per la parte di laboratorio: lezioni preliminari sui seguenti argomenti: (1) come risolvere un problema di chimica analitica; (2) metodi di ricerca bibliografica e dei dati; (3) metodi di pre-trattamento del campione; (4) manipolazione dei campioni e dei reagenti.

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

Metodi spettroscopici basati sulla Risonanza Magnetica per lo studio della struttura molecolare e dei processi dinamici. Ordine di uno spettro NMR. Cenni sui sistemi di spin di ordine superiore. Tempi di rilassamento: definizione, misura e meccanismi. Tecniche moderne: 1) doppia risonanza: disaccoppiamenti broadband (gated e off-resonance); 2) NOE: principi ed applicazioni; 3) sequenze INEPT e DEPT. 2D NMR: generalità ed esperimenti omo- and eteronucleari (COSY, EXSY, NOESY, HMQC, HMBC). NMR dinamico: generalità, line-shape analysis, parametri cinetici, applicazioni. NMR e la tavola periodica: applicazioni in chimica inorganica. NMR allo stato solido: generalità. NMR dei sistemi paramagnetici: ioni metallici, complessi e loro coniugati a macromolecole. Le tecniche rilassometriche e il fast-field cycling. Principi di MRI e uso di sistemi metallici quali agenti di contrasto. Applicazioni dei catalizzatori contenenti metalli del blocco d nella produzione industriale di prodotti chimici. Catalisi omogenea: metatesi degli alcheni e alchini, idrogenazione degli alcheni e produzione di ammoniaca da azoto molecolare. Catalisi eterogenea: cenni ed esempi illustrativi. Le terre rare: i principali depositi minerari, proprietà fisico-chimiche, processi di estrazione e lavorazione dei minerali. Complessi degli elementi f: aspetti termodinamici, cinetici, proprietà magnetiche ed ottiche. Applicazioni moderne. Chimica supramolecolare: introduzione alla chimica di coordinazione, comportamento in soluzione e applicazioni di eteri corona e criptandi, sintesi di macrocicli: effetto template e alta diluizione, leganti soft. Cenni di chimica supramolecolare della vita: cationi dei metalli alcalini nei sistemi biologici, macrocicli di porfirine e tetrapirroli, autoassemblaggio biochimico, biomineralizzazione.

Il corso si propone di fornire alle/agli studentesse/studenti le conoscenze di base della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e paramagnetica elettronica (EPR). Il corso si compone di un’introduzione sulle tecniche (basi teoriche e strumentazione) e sulle sue applicazioni ai complessi metallici. A questa prima parte seguiranno le esperienze di laboratorio che potranno essere, a rotazione: sintesi di complessi Cu(II)-aminoacido, caratterizzazione mediante spettroscopia UV-visibile ed EPR, e determinazione delle costanti di stabilità: sintesi del complesso bis(acetilacetonato)oxovanadio(IV) e caratterizzazione mediante rilassometria e spettroscopia UV-visibile ed EPR; sintesi e caratterizzazione mediante XRD e SEM di un MOF a base Cu(II): sintesi del complesso [Co(en)3]3+ e risoluzione NMR delle specie enantiomeriche.

Centri pro-chirali e stereoselettività nelle reazioni di addizione ad alcheni e a carbonili. Modello di Felkin-Ahn e effetto chelato. Riserva chirale; ausiliari chirali; eccesso enantiomerico. Catalisi asimmetrica nelle reazioni di idrogenazione, epossidazione e diossidrilazione. Reagente CBS e BINAP. Formazione asimmetrica di legami carbonio-carbonio. Reazioni aldoliche asimmetriche. Enzimi come catalizzatori. Stereoselettività nelle molecole cicliche. Reazioni pericicliche: cicloaddizioni 1,3-dipolari, click chemistry, riarrangiamenti sigmatropici e reazioni elettrocicliche. Composti eterociclici e loro derivati (principali composti eterociclici con uno e con due eteroatomi, pirrolo, furano, tiofene, diazoli, piridina, diazine, triazine, 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 riarrangiamento: partecipazione del gruppo vicinale; riarrangiamenti di Payne, pinacolico e di Favorskii; migrazioni a eteroatomi: riarrangiamenti di Baeyer-Villiger e di Beckmann; frammentazioni ed espansioni d’anello; migrazioni a carbeni e nitreni. Reazioni radicaliche, analisi di esempi e applicazioni. Metodi si sintesi non convenzionali come l’utilizzo della sonochimica, meccanochimica, microonde e chimica a flusso. Esempi di applicazioni sintetiche e industriali.

Nell’ambito del corso teorico 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.Il corso di laboratorio, 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.

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 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 fornite 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 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.

Generalità sul corso e convenzioni di lettura dei processi industriali. Processo di alchilazione del benzene. Processi industriali nella storia e problematiche. Carbone e suoi trattamenti: produzione di acetilene, distillazione del carbone. Gassificazione Carbone: termodinamica delle rezioni di gassificazione, separazione impurezze, efficienza energetica. Petrolio: storia e composizione. Processi petrolchimici. Sintesi della ammoniaca. Reforming e gas naturale. Calcoli sulla reazione di water shift. Water shift reaction per ottenere gas di sintesi e idrogeno. Reazione CPO (Catalytic Partial Oxidation) per ottenere gas di sintesi. Water shift reaction- Termodinamica con alimentazione a ossigeno e aria. Water shift reaction- Condizioni per processo autotermico. Sintesi del metanolo. Termodinamica, reattoristica e workflow. Biomasse. Reattori chimici. Conduzione delle reazioni.

Sintesi di polimeri via ARGET-ATRP in varie condizioni di sintesi. Caratterizzazione del peso molecolare, della stabilità termica e della temperatura di transizione vetrosa dei polimeri ottenuti. Sintesi di liquidi ionici in diverse condizioni. Valutazione della sostenibilità dei vari processi tramite metodi propri della chimica verde.

Il corso tratta tecniche analitiche avanzate, tra cui spettroscopia Raman/SERS, spettrofotometria In riflettanza diffusa con fibre ottiche, spettrofluorimetria con fibre ottiche, spettrometria a fluorescenza di raggi X, tecniche superficiali, analisi isotopica; tecniche per la datazione, l’autenticazione, la conservazione, lo studio della provenienza e lo studio tecnologico di materiali antichi e moderni. Inoltre introduce le moderne tecniche analitiche ifenate alla spettrometria di massa e le strategie da adottare durante l’analisi di campioni particolarmente complessi. Durante il corso sono trattate: spettrometria di massa ambient, sorgenti a plasma freddo, DART, REIMS. Ionizzazione per desorbimento DESI, MALDI (interfacciamento con LC eimaging), Fast GC e Ultra Fast GC. GC multidimensionale. Viene spiegato l’effetto matrice in LC-MS: strategie per riconoscerlo, quantificarlo e minimizzarlo. Micro e nano LC. Nano electrospray. Chip-nano-LC. Per la parte di laboratorio: lezioni preliminari sui seguenti argomenti: (1) come risolvere un problema di chimica analitica; (2) metodi di ricerca bibliografica e dei dati; (3) metodi di pre-trattamento del campione; (4) manipolazione dei campioni e dei reagenti. Le esperienze di laboratorio sono divise in due moduli: (1) i principali metodi di pre-trattamento del campione: SPE, SPME, mineralizzazione con microonde, dry ashing, fusione alcalina; (2) le principali tecniche analitiche strumentali: ICP-OES, ICP-MS, HPLC-MS, GC-MS. Le esperienze potranno essere modulate in funzione delle proposte degli studenti.

Il corso tratta tecniche analitiche avanzate, tra cui spettroscopia Raman/SERS, spettrofotometria In riflettanza diffusa con fibre ottiche, spettrofluorimetria con fibre ottiche, spettrometria a fluorescenza di raggi X, tecniche superficiali, analisi isotopica; tecniche per la datazione, l’autenticazione, la conservazione, lo studio della provenienza e lo studio tecnologico di materiali antichi e moderni. Inoltre introduce le moderne tecniche analitiche ifenate alla spettrometria di massa e le strategie da adottare durante l’analisi di campioni particolarmente complessi. Durante il corso sono trattate: spettrometria di massa ambient, sorgenti a plasma freddo, DART, REIMS. Ionizzazione per desorbimento DESI, MALDI (interfacciamento con LC eimaging), Fast GC e Ultra Fast GC. GC multidimensionale. Viene spiegato l’effetto matrice in LC-MS: strategie per riconoscerlo, quantificarlo e minimizzarlo. Micro e nano LC. Nano electrospray. Chip-nano-LC. Per la parte di laboratorio: lezioni preliminari sui seguenti argomenti: (1) come risolvere un problema di chimica analitica; (2) metodi di ricerca bibliografica e dei dati; (3) metodi di pre-trattamento del campione; (4) manipolazione dei campioni e dei reagenti.

Per la parte di laboratorio il corso prevede lezioni preliminari sui seguenti argomenti: (1) come risolvere un problema di chimica analitica; (2) metodi di ricerca bibliografica e dei dati; (3) metodi di pre-trattamento del campione; (4) manipolazione dei campioni e dei reagenti. Le esperienze di laboratorio sono divise in due moduli: (1) i principali metodi di pre-trattamento del campione: SPE, SPME, mineralizzazione con microonde, dry ashing, fusione alcalina; (2) le principali tecniche analitiche strumentali: ICP-OES, ICP-MS, HPLC-MS, GC-MS. Le esperienze potranno essere modulate in funzione delle proposte degli studenti.

Generalità sul corso e convenzioni di lettura dei processi industriali. Processo di alchilazione del benzene. Processi industriali nella storia e problematiche. Carbone e suoi trattamenti: produzione di acetilene, distillazione del carbone. Gassificazione Carbone: termodinamica delle rezioni di gassificazione, separazione impurezze, efficienza energetica. Petrolio: storia e composizione. Processi petrolchimici. Sintesi della ammoniaca. Reforming e gas naturale. Calcoli sulla reazione di water shift. Water shift reaction per ottenere gas di sintesi e idrogeno. Reazione CPO (Catalytic Partial Oxidation) per ottenere gas di sintesi. Water shift reaction- Termodinamica con alimentazione a ossigeno e aria. Water shift reaction- Condizioni per processo autotermico. Sintesi del metanolo. Termodinamica, reattoristica e workflow. Biomasse. Reattori chimici. Conduzione delle reazioni.

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

Metodi spettroscopici basati sulla Risonanza Magnetica per lo studio della struttura molecolare e dei processi dinamici. Ordine di uno spettro NMR. Cenni sui sistemi di spin di ordine superiore. Tempi di rilassamento: definizione, misura e meccanismi. Tecniche moderne: 1) doppia risonanza: disaccoppiamenti broadband (gated e off-resonance); 2) NOE: principi ed applicazioni; 3) sequenze INEPT e DEPT. 2D NMR: generalità ed esperimenti omo- and eteronucleari (COSY, EXSY, NOESY, HMQC, HMBC). NMR dinamico: generalità, line-shape analysis, parametri cinetici, applicazioni. NMR e la tavola periodica: applicazioni in chimica inorganica. NMR allo stato solido: generalità. NMR dei sistemi paramagnetici: ioni metallici, complessi e loro coniugati a macromolecole. Le tecniche rilassometriche e il fast-field cycling. Principi di MRI e uso di sistemi metallici quali agenti di contrasto. Applicazioni dei catalizzatori contenenti metalli del blocco d nella produzione industriale di prodotti chimici. Catalisi omogenea: metatesi degli alcheni e alchini, idrogenazione degli alcheni e produzione di ammoniaca da azoto molecolare. Catalisi eterogenea: cenni ed esempi illustrativi. Le terre rare: i principali depositi minerari, proprietà fisico-chimiche, processi di estrazione e lavorazione dei minerali. Complessi degli elementi f: aspetti termodinamici, cinetici, proprietà magnetiche ed ottiche. Applicazioni moderne. Chimica supramolecolare: introduzione alla chimica di coordinazione, comportamento in soluzione e applicazioni di eteri corona e criptandi, sintesi di macrocicli: effetto template e alta diluizione, leganti soft. Cenni di chimica supramolecolare della vita: cationi dei metalli alcalini nei sistemi biologici, macrocicli di porfirine e tetrapirroli, autoassemblaggio biochimico, biomineralizzazione.

Il corso si propone di fornire alle/agli studentesse/studenti le conoscenze di base della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e paramagnetica elettronica (EPR). Il corso si compone di un’introduzione sulle tecniche (basi teoriche e strumentazione) e sulle sue applicazioni ai complessi metallici. A questa prima parte seguiranno le esperienze di laboratorio che potranno essere, a rotazione: sintesi di complessi Cu(II)-aminoacido, caratterizzazione mediante spettroscopia UV-visibile ed EPR, e determinazione delle costanti di stabilità: sintesi del complesso bis(acetilacetonato)oxovanadio(IV) e caratterizzazione mediante rilassometria e spettroscopia UV-visibile ed EPR; sintesi e caratterizzazione mediante XRD e SEM di un MOF a base Cu(II): sintesi del complesso [Co(en)3]3+ e risoluzione NMR delle specie enantiomeriche.

Centri pro-chirali e stereoselettività nelle reazioni di addizione ad alcheni e a carbonili. Modello di Felkin-Ahn e effetto chelato. Riserva chirale; ausiliari chirali; eccesso enantiomerico. Catalisi asimmetrica nelle reazioni di idrogenazione, epossidazione e diossidrilazione. Reagente CBS e BINAP. Formazione asimmetrica di legami carbonio-carbonio. Reazioni aldoliche asimmetriche. Enzimi come catalizzatori. Stereoselettività nelle molecole cicliche. Reazioni pericicliche: cicloaddizioni 1,3-dipolari, click chemistry, riarrangiamenti sigmatropici e reazioni elettrocicliche. Composti eterociclici e loro derivati (principali composti eterociclici con uno e con due eteroatomi, pirrolo, furano, tiofene, diazoli, piridina, diazine, triazine, 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 riarrangiamento: partecipazione del gruppo vicinale; riarrangiamenti di Payne, pinacolico e di Favorskii; migrazioni a eteroatomi: riarrangiamenti di Baeyer-Villiger e di Beckmann; frammentazioni ed espansioni d’anello; migrazioni a carbeni e nitreni. Reazioni radicaliche, analisi di esempi e applicazioni. Metodi si sintesi non convenzionali come l’utilizzo della sonochimica, meccanochimica, microonde e chimica a flusso. Esempi di applicazioni sintetiche e industriali.

In laboratorio verranno svolte le seguenti reazioni, seguite dalla purificazione e caratterizzazione dei prodotti: 1)Condensazione aldolica asimmetrica 2)Determinazione eccesso enantiomerico tramite derivatizzazione con acido di Mosher (NMR) 3)Reazione click azide-alchino 4)Riarrangiamenti di Bayer Villiger e di Beckmann dal ciclododecanone 5)Sintesi di un chelante bifunzionale (sintesi multistep) 6)Reazione di Diels-Alder seguita da riarrangiamento di Curtius Consultazione delle banche dati specializzate e approccio alla soluzione di un caso studio. Compilazione del quaderno di laboratorio.

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 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 fornite 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 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.

Durante il corso verranno illustrati i seguenti argomenti, alcuni approfonditi con esercitazioni pratiche in laboratorio che prevedono la stesura di un quaderno di laboratorio e una relazione finale individuale: 1. Allineamento sull'equipaggiamento e la strumentazione del laboratorio, la sicurezza nel laboratorio chimico-biologico. Misure quantitative in Biochimica. Il quaderno di laboratorio e l’allestimento di un esperimento. 2. Preparazione e manipolazione di un campione biologico: Uso e preparazione di soluzioni tampone; lisi cellulare; centrifugazione: centrifughe, rotori, centrifugazione differenziale e su gradiente di densità, tecniche di estrazione. Le colture cellulari: colture primarie, secondarie, linee. Metodiche colturali. 3. Biologia Molecolare e tecniche di analisi (struttura degli acidi nucleici, Geni e Genoma, Funzione degli acidi nucleici, Manipolazione degli acidi nucleici, strumenti di base e tecniche di analisi, isolamento e separazione di acidi nucleici, la reazione a catena polimerasica (PCR), analisi della sequenza dei nucleotidi, analisi e manipolazione dell’ espressione genica (DNA ricombinante e trasfezioni), analisi dell’intero genoma umano. 4. Tecniche di purificazione e analisi delle proteine: struttura, procedure di purificazione, caratterizzazione e di analisi delle funzioni, analisi delle proprietà ioniche degli amino acidi e delle proteine. Tecniche cromatografiche, tecniche elettroforetiche e dosaggio delle proteine (metodi spettrofotometrici). 5. Le tecniche immunochimiche. Nozioni su antigene e anticorpo, anticorpi monoclonali e loro preparazione. Immunoblotting e i saggi immunologici, Sistemi di dosaggio immunologico basati sulla immunoprecipitazione e sulla marcatura di antigeni od anticorpi con enzimi (ELISA) e (RIA). 6.Immunofluorescenza, immunocitochimica, microscopia, cito-fluorimetria e principali applicazioni. 7. Scienze omiche e biologia di sistema. Principi di base della spettrometria di massa: cenni di proteomica e metabolomica e applicazioni. Bioenergetica.

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 è suddiviso in tre principali argomenti. Beni culturali: sono descritte le caratteristiche delle principali classi di materiali antichi e moderni (materiali lapidei, materiali vetrosi, materiali ceramici, materiali metallici, materiali pittorici, materiali organici); strategie e metodologie di campionamento; metodi di pretrattamento del campione. Ambiente: 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; esempi di applicazioni. Alimenti: tipi di matrici alimentari e classi di analiti di interesse per ciascuna matrice; interazione tra analiti e matrice; tecniche analitiche per analisi routinarie e per caratterizzazione high-throughput; metodi di pretrattamento del campione; scelta del pretrattamento e della tecnica analitica più adatte ad un certo scopo; tracciabilità e autenticazione; trattamento dei dati; esempi ed applicazioni.

Il corso tratta i seguenti argomenti: “Metalli nei sistemi biologici”: 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, carenza) / 8. Metalli al centro della fotosintesi (magnesio) (introduzione; assorbimento della luce; trasporto dell'eccitone; perché Mg2+?; magnesio al centro della PCR) / 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; gadolinio; 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; malattie 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-artritici; 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. Durante lo svolgimento delle lezioni, quando se ne incontrerà l'opportunità, si focalizzerà l'attenzione sulle tematiche di genere. In particolare, gli argomenti di medicina nucleare offriranno uno spunto di riflessione sulla figura di Marie Curie e il ruolo delle donne nella chimica/scienza.

Parte A (Chimica Fisica dei Materiali). Classificazione dei materiali e loro proprietà. Tipi di legami nei materiali. Lo stato solido: proprietà e classificazione dei solidi. Tecniche di caratterizzazione strutturale dei materiali: XRD e microscopie elettroniche (SEM e HRTEM con microsonda EDS). Proprietà meccaniche, elettriche, magnetiche e ottiche dei materiali. La superficie dei materiali e tecniche di caratterizzazione di superfici (spettroscopia Auger, XPS, UPS, fluorescenza a raggi X). Cambiamento delle proprietà dei materiali in funzione delle dimensioni: i nano-materiali e nano-materiali porosi. Verranno esaminati alcuni tipi di materiali porosi e materiali ibridi organico-inorganici con cenni alle procedure di sintesi e alle loro applicazioni in diversi campi di interesse tecnologico (catalisi eterogenea, rilascio controllato di farmaci e imaging ottico). Parte B (Catalisi). Catalisi eterogenea: Meccanismi di reazioni in fase gas in catalisi eterogenea. Aspetti energetici nella catalisi eterogenea. I solidi per la catalisi eterogenea: metodi di preparazione di materiali microporosi e mesoporosi e catalizzatori metallici supportati, metodi per lo studio delle proprietà e reattività di superficie di catalizzatori eterogenei. Esempi di processi catalitici in fase eterogenea. Saranno inoltre forniti agli studenti gli elementi per poter predisporre un graphical abstract relativo alla progettazione di un materiale per una particolare applicazione (catalisi, drug delivery, imaging ottico, ecc...)

La Replicazione del DNA. Gli acidi nucleici. La topologia del DNA. Le DNA polimerasi: 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. Meccanismi di reversione, escissione, “mismatch-repair” e per ricombinazione. La cromatina, il nucleosoma e gli istoni. La trascrizione del DNA. Le RNA polimerasi procariote 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 dell'espressione genica negli eucarioti. Attivatori e repressori della trascrizione e meccanismi molecolari del controllo trascrizionale. L'interferenza ad RNA. I meccanismi della traduzione. L'RNA ribosomiale e la 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. La rivoluzione CRISPR. Le scienze omiche: genomica, transcrittomica e proteomica. 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 e delle proteine. 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 corsa elettroforetica su gel.

DFT - ottimizzazioni di geometria - simulazione di spettri vibrazionali - simulazione di spettri ottici (tramite tecniche Time-Dependent) Post-Hartree-Fock - calcolo di struuture elettroniche multireference - simulazioni di spettri ottici con CASSCF Metodi classici - ottimizzazione di campi di forza - dimaniche molecolari - calcolo di energie libere (con integrazione termodinamica) - simulazione di adsorbimenti con tecniche Monte Carlo Sistemi complessi - simulazione di solventi continui, effetto su eneegie, geometrie, spettri di assorbimento - metodi QMMM per simulazione effetto solvente e macromolecole - fotochimica e fotofisica in presenza di solventi e proteine

La chimica nella scuola. Cenni di epistemologia. Cenni a modelli di apprendimento. Didattica per competenze. Metodologie didattiche passive: lezione. Metodologie didattiche attive: case studies, simulazioni, flipped classroom, laboratori, problem-solving, ecc. Importanza e uso delle nuove tecnologie: blended learning, uso di video, strumenti per brainstorming, ecc. Applicazione di questi metodi ad argomenti di chimica generale (materia e moli, tavol periodica, reazioni redox, acidi e basi) e a tematiche di attualità (green chemistry, sviluppo sostenible, inquinamento, ecc). Prima di entrare in laboratorio saranno esposti i principi fondamentali su come organizzare attività di laboratorio per studenti delle scuole superiori. Durante le attività di laboratorio gli studenti dovranno organizzare attività di laboratorio per giovani studenti provando l’esperienza stessa e individuandone i punti critici e le difficoltà. Durante lo svolgimento delle lezioni, quando se ne incontrerà l'opportunità, si focalizzerà l'attenzione sulle tematiche di genere.

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

La chimica nella scuola. Cenni di epistemologia. Cenni a modelli di apprendimento. Didattica per competenze. Metodologie didattiche passive: lezione. Metodologie didattiche attive: case studies, simulazioni, flipped classroom, laboratori, problem-solving, ecc. Importanza e uso delle nuove tecnologie: blended learning, uso di video, strumenti per brainstorming, ecc. Applicazione di questi metodi ad argomenti di chimica generale (materia e moli, tavola periodica, reazioni redox, acidi e basi) e di attualità (chimica verde, sviluppo sostenibile, inquinamento, ecc). Durante lo svolgimento delle lezioni, quando se ne incontrerà l'opportunità, si focalizzerà l'attenzione sulle tematiche di genere.

Principi generali • Definizione di Fisiologia. • Caratteristiche degli esseri viventi. • Composizione chimica della materia vivente. • Omeostasi e adattamento. Cellula • Membrana cellulare. Diffusione, osmosi. Trasporto di membrana. • Comunicazione cellulare. Molecole segnale, recettori. Vie di trasduzione del segnale. • Potenziali di equilibrio e di diffusione. Equilibrio di Donnan, modello pump and leak, RVD, RVI. • Correnti di membrana e misure EF. Potenziale di azione. • Segnali del calcio. Omeostasi del calcio. • Sinapsi. Sistemi • Sistema nervoso centrale. Cervello, mesencefalo, cervelletto. Sistemi effettori. • Sistema sensoriale, recettori cutanei. Occhio, retina recettoriale, retina neurale. Udito. Apparato vestibolare, gusto, olfatto. • Sistema endocrino, asse ipotalamo-ipofisi, epifisi, tiroide. Paratiroidi, bilancio calcio, surrenali. Metabolismo glicogeno. Gonadi endocrine. • Apparato muscolare, fibra muscolare striata, meccanica della contrazione. Tipi di contrazione, tipi di fibre muscolari. • Liquidi corporei, composizione sangue. Emostasi, sistema linfatico. • Sistema cardiovascolare, attività elettrica, contrazione. Ciclo cardiaco. Vasi, flusso, pressione, capillari. Vene, regolazione pressione. • Apparato respiratorio, dinamica respiratoria. Volumi polmonari, scambio gas, trasporto ossigeno. Controllo respirazione, trasporto CO2, rapporto ventilazione/perfusione. • Rene, filtrazione assorbimento. Concentrazione urine, bilancio idrico-salino. Regolazione acido/base, alcalosi, acidosi. • Apparato digerente, ghiandole salivari, stomaco. Fegato, pancreas. Motilità intestinale, assorbimento. Durante lo svolgimento delle lezioni, quando se ne incontrerà l'opportunità, si focalizzerà l'atternzione sulle tematiche di genere, e in particolare verrà proposta una lezione sul ruolo delle donne nella scienza dagli albori ad oggi.

Il corso si propone di fornire alle/agli studentesse/studenti le conoscenze di base della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e paramagnetica elettronica (EPR). Il corso si compone di un’introduzione sulle tecniche (basi teoriche e strumentazione) e sulle sue applicazioni ai complessi metallici. A questa prima parte seguiranno le esperienze di laboratorio che potranno essere, a rotazione: sintesi di complessi Cu(II)-aminoacido, caratterizzazione mediante spettroscopia UV-visibile ed EPR, e determinazione delle costanti di stabilità: sintesi del complesso bis(acetilacetonato)oxovanadio(IV) e caratterizzazione mediante rilassometria e spettroscopia UV-visibile ed EPR; sintesi e caratterizzazione mediante XRD e SEM di un MOF a base Cu(II): sintesi del complesso [Co(en)3]3+ e risoluzione NMR delle specie enantiomeriche.

In laboratorio verranno svolte le seguenti reazioni, seguite dalla purificazione e caratterizzazione dei prodotti: 1)Condensazione aldolica asimmetrica 2)Determinazione eccesso enantiomerico tramite derivatizzazione con acido di Mosher (NMR) 3)Reazione click azide-alchino 4)Riarrangiamenti di Bayer Villiger e di Beckmann dal ciclododecanone 5)Sintesi di un chelante bifunzionale (sintesi multistep) 6)Reazione di Diels-Alder seguita da riarrangiamento di Curtius Consultazione delle banche dati specializzate e approccio alla soluzione di un caso studio. Compilazione del quaderno di laboratorio.

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 multinucleari 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 l'elucidazione strutturale; -L' assegnazione sequenza-specifica per l’analisi di polipeptidi. In laboratorio NMR (2 CFU): -Descrizione dello spettrometro NMR ed aspetti pratici per l’acquisizione di spettri 1D/2D NMR (sintonia della sonda, lock, shim, impostazione dei parametri di acquisizione); -Preparazione dei campioni per l’analisi NMR; -Acquisizione ed 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, 2DHMQC, 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 (2.5 CFU): -Processamento degli spettri NMR acquisiti (FT, correzione di fase, peak picking, integrazione, calibrazione) tramite software dedicato; -Assegnazione delle risonanze 1H e 13C NMR degli spettri acquisiti in laboratorio NMR; -Assegnazione sequenza specifica di peptidi tramite software CARA; -Identificazione di composti incogniti da spettri 1D/2D NMR.

-Modello della catena ideale; -dimensioni dei polimeri allo stato solido; - transizione vetrosa - polimeri cristallini - proprietà meccaniche dei polimeri ed esperimenti di creep, stress-relaxation e dinamico meccanici; - teoria delle gomme -proprietà dei polimeri allo stato fuso - soluzioni polimeriche

Per la parte di laboratorio il corso prevede lezioni preliminari sui seguenti argomenti: (1) come risolvere un problema di chimica analitica; (2) metodi di ricerca bibliografica e dei dati; (3) metodi di pre-trattamento del campione; (4) manipolazione dei campioni e dei reagenti. Le esperienze di laboratorio sono divise in due moduli: (1) i principali metodi di pre-trattamento del campione: SPE, SPME, mineralizzazione con microonde, dry ashing, fusione alcalina; (2) le principali tecniche analitiche strumentali: ICP-OES, ICP-MS, HPLC-MS, GC-MS. Le esperienze potranno essere modulate in funzione delle proposte degli studenti.

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.

Sintesi di polimeri via ARGET-ATRP in varie condizioni di sintesi. Caratterizzazione del peso molecolare, della stabilità termica e della temperatura di transizione vetrosa dei polimeri ottenuti. Sintesi di liquidi ionici in diverse condizioni. Valutazione della sostenibilità dei vari processi tramite metodi propri della chimica verde.

Fondamenti dell'interazione luce-materia: elettrodinamica classica ed equazione delle onde, trattazione quantistica della materia, trattazione semiclassica dell'hamiltoniana di interazione luce-materia ed approssimazione dipolare. Teoria perturbativa e regola d'oro di Fermi. Forma di riga. Spettroscopie vibrazionali: trattazione classica e quantistica delle spettroscopie infrarossa e Raman. Classificazione delle bande fondamentali, di overtone e risonanze di Fermi. Interpretazione di spettri molecolari. Spettroscopie elettroniche di assorbimento (UV-Vis) e emissione (fluorescenza e fosforescenza): stati elettronici molecolari, simboli di termine, regole di selezione, diagrammi di Jablonski, internal conversion and intersystem crossing. Accoppiamenti vibronici e termini non adiabatici. Quencing di fluorescenza Fenomeni di trasferimento di energia per risonanza: definizione di eccitone molecolare e modello eccitonico, gli accopiamenti elettronici, teorie di Foster e Dexter, esempi su complessi pigmento-proteina e dimeri molecolari. Effetti di amplificazione di segnali da nanoparticelle metalliche e introduzione ai plasmoni da nanoparticelle metalliche. Spettroscopie chirali: polarizzazione del campo, indice di rifrazione complesso e relazioni di dispersione, birifrangenza e legge di Malus. La legge di Biot. Spettroscopie di rotazione ottica e dispersione ottica rotatoria. Dicroismo cirlcolare: approccio sperimentale e dimostrazione dell'equazione di Rosenfeld. Introduzione alle spettroscopie risolte nel tempo: evoluzione storica, cenni sulle tecniche impulsate. Spettroscopia di assorbimento transiente.

Introduzione al corso. Indici di prestazione di un metodo analitico (LOD, LOQ, esattezza e precisione, accuratezza, ripetibilità, riproducibilità, recupero, range dinamico e lineare, robustezza etc.). Principi di base della strumentazione per cromatografia liquida e gas. Introduzione alle tecniche omiche. Utilizzo di tecniche cromatografiche (HPLC e GC) e il loro accoppiamento con la spettrometria di massa nelle scienze omiche. LC e GC bidimensionali accoppiati alla spettrometria di massa. Approccio targeted e untargeted. Introduzione ai concetti di system biology, foodomics e scienze omiche al servizio delle analisi biomediche e agroalimentari. Programmazione e pianificazione di esperimenti in campo omico. Approfondimenti sulla spettrometria di massa e sulle tecniche cromatografiche (GC e LC) utilizzate per le scienze omiche. Lipidomica e metabolomica e loro applicazioni, proteomica e sue applicazioni. Applicazioni a diversi settori: proteomica clinica, beni culturali, food science, allergeni negli alimenti, casi studio. Il concetto di biomarcatore e la validazione dei biomarcatori. Esperienze di laboratorio: estrazione di metaboliti e lipidi, solid phase extraction (SPE), desalting, filtri cut-off, estrazione di esosomi, food proteomics, preparazione di campioni di matrice biologica/alimentare; iniezione di campioni LC-MS, processamento dei dati e uso di database, analisi di campioni in GCxGCMS e processamento dei dati. Laboratorio di bioinformatica (data management di dati complessi, pathway analysis, GO, Metaboanalyst). Casi studio: proposta di articoli scientifici, loro analisi e discussione in gruppo; come eseguire una ricerca bilbliografica per la soluzione di un caso studio.