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

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

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

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

Il corso si propone di fornire gli elementi indispensabili per completare le conoscenze di chimica inorganica già illustrate nel corso teorico. Esso si articolerà in una parte di presentazione delle esperienze di laboratorio (con la spiegazione dei passaggi chiave delle reazioni da eseguire e l’illustrazione di alcune tecniche che verranno impiegate) ed una parte più propriamente sperimentale. In quest’ultima verrà eseguita una serie di esperienze da tutti gli studenti a rotazione e divisi in piccoli gruppi di due o tre persone. In particolare verranno sintetizzati e purificati alcuni composti di coordinazione di cobalto e di nichel e composti metallo-organici come i derivati del ferrocene. Per alcuni di essi verrà effettuata la caratterizzazione spettroscopica (UV-visibile o NMR) e verrà studiata la reattività.

Le reazioni chimiche: classificazione, aspetti termodinamici e cinetici delle reazioni organiche. Addizione nucleofila al carbonile: formazione di cianoidrine, angolo di attacco di nucleofili su aldeidi e chetoni, addizione d’idruri, di reagenti organometallici e di acqua. . Delocalizzazione e coniugazione. Il sistema allilico, sistemi analoghi a quelli allilici, anione carbossilato, gruppo nitro gruppo ammidico. Reattività del gruppo ammidico. Reagenti Organometallici: come preparare i reagenti di Grignard e i reagenti Litio organici, reagenti organometallici dagli alchini e da anelli aromatici per ortolitiazione. Scambio metallo-alogeno, trans-metallazione. Impiego dei reagenti organometallici per preparare molecole organiche. Sostituzione nucleofila al gruppo carbonile: i derivati degli acidi carbossilici preparazione mediante reazione di sostituzione. Preparazione dei chetoni dagli esteri. Sostituzione nucleofila al carbonile con perdita dell’ossigeno carbonilico: formazione di emiacetali e acetali. Formazione di immine ed enammine. Le ammine da immine: amminazione riduttiva. Sostituzione del gruppo C=O con C=C : la reazione di Wittig. Formazione e reazione di enoli ed enolati: enolizzazione catalizzata da acidi e da basi. Enoli stabili conseguenze dell’enolizzazione. Enoli ed enolati reazioni all’ossigeno: preparazione di enoleteri. Reazioni di enoleteri. Sostituzione elettrofila aromatica. Orientazione dei sostituenti e Selettività nelle reazioni. Sostituzione nucleofila aromatica: il meccanismo di addizione-eliminazione. I composti di diazonio. Il meccanismo del benzino. Chemoselettività e gruppi protettori: selettività, agenti riducenti, riduzione del gruppo carbonile. Idrogenazione catalitica, riduzione con metallo dissolto. Selettività nelle reazioni di ossidazione. Utilizzo di gruppi protettori. Regio selettività: il controllo nelle reazioni di sostituzione elettrofila e nucleofila aromatica, nelle reazioni di eliminazione e nelle reazioni di addizione radicalica. Stereo selettività nella reazione di Wittig, riduzione z-selettiva di alchini, riduzione E-selettiva di alchini. Reazioni pericicliche: ciclo addizioni. La reazione di Diels-Alder: diene, dienofilo, prodotto. Regio chimica, stereochimica: La regola endo. Alchilazione di Enolati: litioenolati dei composti carbonilici, alchilazione di litioenolati, uso di enolequivalenti per alchilare aldeidi e chetoni. Alchilazione di composti beta-dicarbonilici. Problemi di regio selettività per gli enoni. Reazione di enolati con composti carbonilici: reazione aldolica e di Claisen. Utilizzo di enol-equivalenti specifici per controllare la reazione aldolica di esteri, aldeidi e chetoni. Reazione aldolica intramolecolare, preparazione di cheto esteri per reazione di Claisen. Addizione coniugata di Michael: condizioni di reazione, fattori strutturali, la natura del nucleofilo: Hard o soft. Addizione coniugata con reagenti organo-rame. Reagenti organometallici da metalli di transizione: utilizzo del palladio nella reazione di Heck e nella reazione di Suzuki. Sintesi e reazioni di carbeni: formazione di ciclopropani. Analisi retro sintetica: reattività naturale e umpolung, sintesi multistep.

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

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

Metodi di analisi strumentali (elettrochimici, cromatografici, spettrofotometrici) e classici (titrimetria).

Il corso si compone di una parte teorica ed una di laboratorio. Il corso tratta i seguenti argomenti. I metalli di transizione: proprietà, stati di ossidazione, diagrammi di Latimer, Frost e Pourbaix. Composti di coordinazione: reazioni acido-base secondo Lewis; principio HSAB di Pearson, complessi acquosi. Costanti di formazione. Effetto chelante e complessi interni. Stechiometria e geometria dei complessi. Teoria CF e teoria LF: Complessi a geometria ottaedrica, tetraedrica e planare quadrata; complessi ad alto e basso spin; proprietà magnetiche. Effetto Jahn-Teller; spettri elettronici e serie spettrochimica. Leganti s-donatori, leganti p-donatori e p-accettori. Regola EAN. Reattività dei complessi: Effetto della complessazione sui potenziali redox dei cationi metallici. Meccanismi elementari di sostituzione nei complessi. Distribuzione dei metalli in natura. Cenni di metallurgia. Il diagramma ferro-carbonio. Composti organometallici: composti metallo-carbonilici binari, leganti organici più comuni, metalloceni. Legame metallo-metallo e cluster metallici. Catalisi omogenea. Meccanismi elementari di un ciclo catalitico. Effetto elettronico e sterico. Idroformilazione (processo oxo) e sue variazioni. Introduzione alla chimica bioinorganica. Nucleogenesi ed abbondanza degli elementi. Bioselezione, omeostasi dei metalli. Terapia chelante. Ciclo del ferro e del rame. Metalli pesanti nell’ambiente e ruolo dei metalli pesanti nelle malattie neurodegenerative. Lantanidi: separazione, reattività e confronto con i metalli di transizione, leganti e geometrie per NC 8 e 9. Radiochimica: stabilità nucleare, emissioni nucleari, decadimento, bilanciamento delle reazioni nucleari, principali famiglie di radioisotopi naturali, rilevatori di particelle, applicazioni pacifiche della fissione nucleare, arricchimento in 235-U, scorie radioattive. La parte di laboratorio si propone di fornire gli elementi indispensabili per completare le conoscenze teoriche di chimica inorganica. Esso si articolerà in una parte di presentazione delle esperienze di laboratorio (con la spiegazione dei passaggi chiave delle reazioni da eseguire e l’illustrazione di alcune tecniche che verranno impiegate) ed una parte più propriamente sperimentale. In quest’ultima verranno sintetizzati e purificati alcuni composti di coordinazione di cobalto e di nichel e composti metallo-organici come i derivati del ferrocene. Per alcuni di essi verrà effettuata la caratterizzazione spettroscopica (UV-visibile o NMR) e verrà studiata la reattività.

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

Chimica dell’atmosfera. Stratificazione dell’atmosfera. Composizione chimica dell’atmosfera. Principi di cinetica chimica e fotochimica. Reazioni chimiche e fotochimiche nell’atmosfera. Lo strato di ozono ed il fenomeno del “buco” di ozono. Fonti e reazioni di inquinanti inorganici (monossido di carbonio, biossido di zolfo, NOx, ammoniaca, composti alogenati) ed organici (idrocarburi, CFC) nell’atmosfera. Effetto serra. Cicli biogeochimici di carbonio, azoto e zolfo. Fonti energetiche non rinnovabili ed inquinamento atmosferico. Lo smog fotochimico. Fonti energetiche rinnovabili. Economia dell’idrogeno. Chimica dell’idrosfera. Fondamenti di chimica acquatica: equilibri acido base ed il sistema biossido di carbonio/bicarbonato/carbonato, equilibri di solubilità, colloidi e sostanza organica disciolta, reazioni di ossidoriduzione, diagrammi pE/pH. Proprietà chimico fisiche del suolo e chimica dei microinquinanti inorganici nelle acque e nel suolo. Proprietà generali degli inquinanti ambientali: solubilità, biodegradabilità, bioconcentrazione, biongrandimento, speciazione, persistenza, caratteristiche tossicologiche. I metalli di transizione: proprietà, complessazione, stato redox, equilibri di solubilità, diagrammi pE/pH. Fonti, ciclo biogeochimico, distribuzione dei metalli e dei principali inquinati inorganici ed organometallici nell’ambiente. Tossicità dei metalli pesanti e patologie correlate, alterazione antropogenica della distribuzione dei metalli nell’ambiente. Inertizzazione, mobililizzazione, e speciazione degli inquinanti in ambiente acquoso. Valutazione della biodisponibilità degli inquinanti inorganici. Metodologie di estrazione ed analisi. Cenni di metodi chimici per il risanamento.

Modulo di Chimica Analitica: Calcolo dell’attività di specie ioniche in soluzione, Equilibri in soluzione (acido-base, precipitazione, complessazione, redox), Equilibri di ripartizione tra solventi, Celle elettrochimiche, Elettrodi, Metodi volumetrici di analisi, Generalità sui metodi di analisi elettrochimici, spettrofotometrici, spettroscopici, cromatografici. Modulo di Chemiometria: Le variabili aleatorie e gli indicatori statistici. Dipendenza ed indipendenza statistica e relative implicazioni. Le distribuzioni di probabilità (normale, t di Student, F di Fisher, Chi quadrato, Poisson, binomiale, uniforme) ed il loro utilizzo. Il test statistico (struttura, finalità, errori alfa e beta). Test parametrici e non parametrici (introduzione ai vari test ed esempi relativi al loro uso). Approcci sperimentali per valutare la significatività di effetti. Modulo Laboratorio: in questo corso sperimentale di base verranno presi in considerazione gli aspetti teorico-pratici di alcune delle più diffuse tecniche di separazione utilizzate nella chimica analitica. Il programma prevede: Separazione mediante precipitazione frazionata. Resa e fattore di separazione. Attacco e dissoluzione del campione. Analisi qualitativa sistematica. Gruppi analitici per la separazione di cationi. Ricerca degli anioni più comuni. Analisi qualitativa in presenza di interferenti. Tecniche cromatografiche di separazione. Cromatografia di adsorbimento e di ripartizione. Cromatografia su colonna, su carta, su strato sottile.

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

In questo corso sperimentale di base verranno presi in considerazione gli aspetti teorico-pratici di alcune delle più diffuse tecniche di separazione utilizzate nella chimica analitica. Il programma prevede: Separazione mediante precipitazione frazionata. Resa e fattore di separazione. Attacco e dissoluzione del campione. Analisi qualitativa sistematica. Gruppi analitici per la separazione di cationi. Ricerca degli anioni più comuni. Analisi qualitativa in presenza di interferenti. Tecniche cromatografiche di separazione. Cromatografia di adsorbimento e di ripartizione. Cromatografia su colonna, su carta, su strato sottile.

Modulo Chimica Organica II. Le reazioni chimiche: classificazione, aspetti termodinamici e cinetici delle reazioni organiche. Addizione nucleofila al carbonile: formazione di cianoidrine, angolo di attacco di nucleofili su aldeidi e chetoni, addizione d’idruri, di reagenti organometallici e di acqua. . Delocalizzazione e coniugazione. Il sistema allilico, sistemi analoghi a quelli allilici, anione carbossilato, gruppo nitro gruppo ammidico. Reattività del gruppo ammidico. Reagenti Organometallici: come preparare i reagenti di Grignard e i reagenti Litio organici, reagenti organometallici dagli alchini e da anelli aromatici per ortolitiazione. Scambio metallo-alogeno, trans-metallazione. Impiego dei reagenti organometallici per preparare molecole organiche. Sostituzione nucleofila al gruppo carbonile: i derivati degli acidi carbossilici preparazione mediante reazione di sostituzione. Preparazione dei chetoni dagli esteri. Sostituzione nucleofila al carbonile con perdita dell’ossigeno carbonilico: formazione di emiacetali e acetali. Formazione di immine ed enammine. Le ammine da immine: amminazione riduttiva. Sostituzione del gruppo C=O con C=C : la reazione di Wittig. Formazione e reazione di enoli ed enolati: enolizzazione catalizzata da acidi e da basi. Enoli stabili conseguenze dell’enolizzazione. Enoli ed enolati reazioni all’ossigeno: preparazione di enoleteri. Reazioni di enoleteri. Sostituzione elettrofila aromatica. Orientazione dei sostituenti e Selettività nelle reazioni. Sostituzione nucleofila aromatica: il meccanismo di addizione-eliminazione. I composti di diazonio. Il meccanismo del benzino. Chemoselettività e gruppi protettori: selettività, agenti riducenti, riduzione del gruppo carbonile. Idrogenazione catalitica, riduzione con metallo dissolto. Selettività nelle reazioni di ossidazione. Utilizzo di gruppi protettori. Regio selettività: il controllo nelle reazioni di sostituzione elettrofila e nucleofila aromatica, nelle reazioni di eliminazione e nelle reazioni di addizione radicalica. Stereo selettività nella reazione di Wittig, riduzione z-selettiva di alchini, riduzione E-selettiva di alchini. Reazioni pericicliche: ciclo addizioni. La reazione di Diels-Alder: diene, dienofilo, prodotto. Regio chimica, stereochimica: La regola endo. Alchilazione di Enolati: litioenolati dei composti carbonilici, alchilazione di litioenolati, uso di enolequivalenti per alchilare aldeidi e chetoni. Alchilazione di composti beta-dicarbonilici. Problemi di regio selettività per gli enoni. Reazione di enolati con composti carbonilici: reazione aldolica e di Claisen. Utilizzo di enol-equivalenti specifici per controllare la reazione aldolica di esteri, aldeidi e chetoni. Reazione aldolica intramolecolare, preparazione di cheto esteri per reazione di Claisen. Addizione coniugata di Michael: condizioni di reazione, fattori strutturali, la natura del nucleofilo: Hard o soft. Addizione coniugata con reagenti organo-rame. Reagenti organometallici da metalli di transizione: utilizzo del palladio nella reazione di Heck e nella reazione di Suzuki. Sintesi e reazioni di carbeni: formazione di ciclopropani. Analisi retro sintetica: reattività naturale e umpolung, sintesi multistep. Modulo Laboratorio. Condensazione aldolica: studio dell’autocondensazione di un metilchetone, in condizioni acide o basiche; condensazione incrociata tra un chetone ed un’aldeide non enolizzabile, in condizioni basiche. Addizioni al carbonile: preparazione di un reattivo di Grignard e sua addizione ad un chetone; preparazione di un sale di fosfonio, formazione dell’ilide corrispondente, e sua addizione ad una aldeide (reaz. di Wittig). Sostituzione elettrofila aromatica: sintesi del crategone. Reazioni di eliminazione (E1): formazione di un’alchene a partire da un alcol terziario.

Enzimologia: proprieta` generali. Cinetica enzimatica, derivazione dell'equazione di Michaelis-Menten, significato di Km, Vmax, Kcat ed efficienza catalitica. Effetto del pH e T. Inibizione enzimatica., metodi grafici per la caratterizzazione dell'inibizione competitiva, incompetitiva, e non competitiva. Spettrofotometria uv/vis ( la legge di Lambert Beer). Metodi per lo separazione e caratterizzazione delle proteine. Bioenergetica: energia libera, entropia, equilibrio chimico. Variazioni dell'equilibrio chimico. ATP ed altri composti ad alta energia: le basi strutturali. Reazioni chimiche accoppiate: ossidazioni e riduzioni, il ruolo dei coenzimi trasportatori. Metabolismo degli esosi. Trasporto del glucosio. La glicolisi: tappe di reazione, regolazione e bilancio energetico. La fosforilazione a livello del substrato. Destino del piruvato in condizioni anaerobiche: fermentazioni alcolica e lattica. La degradazione del glicogeno. Regolazione della glicogeno fosforilasi. Trasduzione dei segnali extracellulari: proteine G e secondi messaggeri. Ruolo dell'AMPc e della proteina chinasi A nella regolazione del metabolismo del glicogeno. Il ciclo di Cori. Il ciclo dei pentosi fosfati. Struttura e funzione dei mitocondri. Il ciclo dell'acido citrico: la Piruvato deidrogenasi. Meccanismo del ciclo dell'acido citrico, significato metabolico e tappe di regolazione. Il ciclo del gliossilato. La catena di trasporto degli elettroni. Generazione e utilizzazione del gradiente protonico transmembrana. L'ATP sintasi. Fosforilazione ossidativa. La teoria chemiosmotica. Regolazione. Bilancio energetico complessivo dell' ossidazione del glucosio. Catabolismo lipidico. Trasporto ed ossidazione mitocondriale. Catabolismo delle proteine e degli amminoacidi. Forme di escrezione dell'azoto. Il ciclo glucosio-alanina. Il trasporto del gruppo amminico nel fegato: deamminazione ossidativa. Escrezione dell'azoto e ciclo dell'urea. Collegamento con il ciclo dell'acido citrico. Bilancio energetico. La cellula come unità strutturale di tutti gli organismi viventi, compartimentazione delle funzioni biochimiche, cenni di evoluzione biologica. La biochimica e le molecole biologiche: gli elementi chimici di importanza biologica, le macromolecole e le loro unità monomeriche costitutive, i legami chimici tra le unità monomeriche e i complessi macromolecolari. L'acqua nei sistemi biologici: struttura e proprietà fisicochimiche, interazioni deboli in ambiente acquoso, sistemi tampone. Amminoacidi e Proteine: stereochimica, classificazione e proprietà degli amminoacidi; livelli di organizzazione strutturale delle proteine (struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria); funzione delle proteine (proteine strutturali e proteine globulari). Carboidrati: stereochimica; monosaccaridi (struttura e proprietà); derivati dei monosaccaridi; disaccaridi; polisaccaridi (strutturali e di riserva); glicoproteine. Lipidi e Membrane Biologiche: struttura e proprietà degli acidi grassi, cere, triacilgliceroli, fosfolipidi, glicolipidi, steroli; struttura e proprietà delle membrane, il modello a mosaico fluido, trasporto attraverso le membrane. Acidi nucleici e il trasferimento dell'informazione genetica: organizzazione strutturale degli acidi nucleici (basi azotate, nucleosidi, nucleotidi e polinucleotidi); DNA e RNA (struttura primaria e secondaria degli acidi nucleici); la replicazione del DNA; processo di trascrizione; processo di traduzione e sintesi proteica.

Enzimologia: proprieta` generali. Cinetica enzimatica, derivazione dell'equazione di Michaelis-Menten, significato di Km, Vmax, Kcat ed efficienza catalitica. Effetto del pH e T. Inibizione enzimatica., metodi grafici per la caratterizzazione dell'inibizione competitiva, incompetitiva, e non competitiva. Spettrofotometria uv/vis ( la legge di Lambert Beer). Metodi per lo separazione e caratterizzazione delle proteine. Bioenergetica: energia libera, entropia, equilibrio chimico. Variazioni dell'equilibrio chimico. ATP ed altri composti ad alta energia: le basi strutturali. Reazioni chimiche accoppiate: ossidazioni e riduzioni, il ruolo dei coenzimi trasportatori. Metabolismo degli esosi. Trasporto del glucosio. La glicolisi: tappe di reazione, regolazione e bilancio energetico. La fosforilazione a livello del substrato. Destino del piruvato in condizioni anaerobiche: fermentazioni alcolica e lattica. La degradazione del glicogeno. Regolazione della glicogeno fosforilasi. Trasduzione dei segnali extracellulari: proteine G e secondi messaggeri. Ruolo dell'AMPc e della proteina chinasi A nella regolazione del metabolismo del glicogeno. Il ciclo di Cori. Il ciclo dei pentosi fosfati. Struttura e funzione dei mitocondri. Il ciclo dell'acido citrico: la Piruvato deidrogenasi. Meccanismo del ciclo dell'acido citrico, significato metabolico e tappe di regolazione. Il ciclo del gliossilato. La catena di trasporto degli elettroni. Generazione e utilizzazione del gradiente protonico transmembrana. L'ATP sintasi. Fosforilazione ossidativa. La teoria chemiosmotica. Regolazione. Bilancio energetico complessivo dell' ossidazione del glucosio. Catabolismo lipidico. Trasporto ed ossidazione mitocondriale. Catabolismo delle proteine e degli amminoacidi. Forme di escrezione dell'azoto. Il ciclo glucosio-alanina. Il trasporto del gruppo amminico nel fegato: deamminazione ossidativa. Escrezione dell'azoto e ciclo dell'urea. Collegamento con il ciclo dell'acido citrico. Bilancio energetico. La cellula come unità strutturale di tutti gli organismi viventi, compartimentazione delle funzioni biochimiche, cenni di evoluzione biologica. La biochimica e le molecole biologiche: gli elementi chimici di importanza biologica, le macromolecole e le loro unità monomeriche costitutive, i legami chimici tra le unità monomeriche e i complessi macromolecolari. L'acqua nei sistemi biologici: struttura e proprietà fisicochimiche, interazioni deboli in ambiente acquoso, sistemi tampone. Amminoacidi e Proteine: stereochimica, classificazione e proprietà degli amminoacidi; livelli di organizzazione strutturale delle proteine (struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria); funzione delle proteine (proteine strutturali e proteine globulari). Carboidrati: stereochimica; monosaccaridi (struttura e proprietà); derivati dei monosaccaridi; disaccaridi; polisaccaridi (strutturali e di riserva); glicoproteine. Lipidi e Membrane Biologiche: struttura e proprietà degli acidi grassi, cere, triacilgliceroli, fosfolipidi, glicolipidi, steroli; struttura e proprietà delle membrane, il modello a mosaico fluido, trasporto attraverso le membrane. Acidi nucleici e il trasferimento dell'informazione genetica: organizzazione strutturale degli acidi nucleici (basi azotate, nucleosidi, nucleotidi e polinucleotidi); DNA e RNA (struttura primaria e secondaria degli acidi nucleici); la replicazione del DNA; processo di trascrizione; processo di traduzione e sintesi proteica.

Gli elementi, composti chimici, formule. La costante di Avogadro e il concetto di mole. Elementi di stechiometria. Nucleo, isotopi e radioattività. La teoria atomica: gli spettri atomici, l’atomo di Bohr, gli atomi multielettronici. Il sistema periodico e le proprietà periodiche degli elementi. Concetti fondamentali sul legame chimico: teoria di Lewis e geometria delle molecole mediante il modello VSEPR. Teorie del legame covalente. Legame ionico e metallico. Le forze intermolecolari, gli stati della materia e le loro proprietà principali. Le soluzioni e le loro proprietà: solubilità, tensione di vapore, pressione osmotica. Le reazioni chimiche e l’equazione chimica: bilanciamento di una reazione. I fondamenti della termodinamica chimica: entalpia, entropia ed energia libera. I principi dell’equilibrio chimico; la costante di equilibrio e il suo significato; spostamento dell’equilibrio. Gli equilibri acido-base e gli equilibri eterogenei. La cinetica chimica: velocità e ordine di una reazione; energia di attivazione; meccanismi di reazione; catalisi. Elettrochimica: le reazioni redox e gli stati di ossidazione; i potenziali normali e l’equilibrio delle reazioni redox. Nel modulo di “Esercitazioni di Stechiometria”, che si svolge in contemporanea, verranno proposti in esercizi numerici di base relativi ad alcuni degli argomenti sopra riportati. Si tratterà in particolare: il bilanciamento delle reazioni, le soluzioni e le loro proprietà, l'equilibrio chimico in fase gassosa ed in soluzione (acido-base, calcolo del pH, soluzioni tampone, idrolisi, equilibri di precipitazione), elettrochimica. Nel terzo modulo, “Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica”, vengono approfonditi alcuni argomenti della Chimica Generale attraverso esercitazioni individuali, descritte le principali tecniche sperimentali utilizzate in laboratorio e fornite le nozioni di base relative alle norme di sicurezza in laboratorio. Le attività pratiche di laboratorio prevedono esercitazioni individuali comprendenti tecniche di base (pesata, filtrazione, cristallizzazione, distillazione, preparazioni di soluzioni a titolo noto, ecc.), lo studio degli equilibri acido-base e la misura del pH con indicatori, le proprietà di idrossidi metallici, lo studio dei potenziali di riduzione di diversi elementi ed alcune semplici sintesi inorganiche.

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

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