Scienze e tecnologie chimiche

Approfondimento dei principali meccanismi di reazione di molecole organiche. Reattività avanzata di sistemi aromatici ed eteroaromatici. Reazioni di ciclizzazione. Conoscenze e capacità di comprensione sviluppate Al termine del corso lo studente conosce I principali strumenti teorico/pratici per affrontare lo studio meccanicistico delle reazioni in chimica organica La suddivisioni delle reazioni in chimica organica attraverso lo studio delle principali famiglie meccanicistiche L’ applicazione dei concetti appresi nel corso in un laboratorio avanzato di chimica organica. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Al termine del corso lo studente ha gli strumenti per affrontare lo studio delle principali reazioni organiche da un punto di vista meccanicistico, allo scopo ottenere reazioni regio e stereo selettive Al termine del corso lo studente è in grado di scegliere le migliori condizioni di reazioni per ottimizzare la regio e stereo selezione di una reazione Al termine del corso lo studente è in grado di operare in un laboratorio di chimica organica avanzata. Autonomia di giudizio Al termine del corso lo studente è in grado di valutare quale sia il modello meccanicistico migliore per affrontare lo studio di una reazione organica Abilità comunicative Saper descrivere il meccanismo di reazione organica utilizzando la terminologia corretta Saper descrivere in un quaderno di laboratorio una reazione organica effettuata in laboratorio utilizzando la terminologia corretta e fornendo le corrette informazioni Capacità di apprendere Applicare le conoscenze apprese durante il corso per interpretare in modo corretto qualunque articolo di chimica organica

Concetti meccanicistici di base: Controllo cinetico e termodinamico, Postulato di Hammond, Principio di Curtin-Hammet, Principio della reversibilità microscopica. Teoria Perturbativa e HSAB: Applicazioni della teoria perturbativa ( ciloaddizioni secondo Diels-Alder e 1,3 dipolari ) Applicazioni della teoria HSAB Catalisi acido base; Catalisi acida specifica, catalisi acida generale. Sostituzione Nucleofila: i casi limite Sn1 e Sn2, meccanismi borderline, Nucleofilicità ed effetto solvente, Effetto dei gruppi uscenti sulla reattività, Riarrangiamento dei carbocationi. Reazioni dei composti carbonilici; Idratazione ed addizione di alcoli ad aldeidi e chetoni, Addizione del carbonio nucleofilo ad aldeidi e chetoni, Idrolisi degli esteri, idrolisi delle ammidi. Reazioni di olefinazione. Aromaticità: Il concetto di aromaticità, gli annuleni, Omoaromaticità, Sistemi ad anelli fusi, Anelli eterociclici aromatici. Sostituzioni Aromatiche Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica, Relazioni struttura reattività, Reattività di composti policiclici ed eterociclici aromatici, Specifici meccanismi di sostituzione elettrofila aromatica. Reazioni Pericicliche: Reazioni Elettrocicliche, Riarrangiamenti Sigmatropici, Reazioni di cicloaddizione. elementi di chimica eteroaromatica. Eteroaromatica sistematica. Sintesi e reattività delle principali azine. Sintesi e reattività dei principlai azoli. Sistemi di e tri etero rappresentativi. Reazioni con il nome di utilità generale in chimica organica Nella parte riferita al laboratorio verranno presentate le norme di sicurezza e di comportamento da seguire in un laboratorio di chimica organica, le principali tecniche di analisi e purificazione di sostanze organiche (cristallizzazione, distillazione, tecniche cromatografiche, estrazione selettiva con solventi) e si condurranno reazioni di chimica organica di per la sintesi di due molecole principali ottenute a seguito di sintesi multistep.

Esame orale orientata a verificare: a) conoscenza dell' approccio chimico fisico organico dei principali meccanismi di reazione b) meccanismi delle principali reazioni organiche c) strategie di sintesi di semplici molecole polifunzionali Per la parte di laboratorio verrà valutata l'attività svolta, la compilazione del quaderno di laboratorio e lo svolgimento di due test relativi alle competenze acquisite da fare durante il corso sulla piattaforma e-learning. Il voto di laboratorio farà media con quello della parte frontale. Schema di valutazione: 18-19: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che, nel caso della prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, con una capacità di elaborazione critica limitata;20-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline.

F. A. Carey, R.J. Sundberg “Advanced Organic Chemistry“, Ed. Plenum Press, New York registrazione integrale delle lezioni. slides del corso annotate durante le lezioni

Modulo 1 - Chimica Quantistica Fornire agli studenti gli elementi teorici della chimica quantistica e introdurre i principali metodi per il calcolo di struttura e proprietà molecolari. Le informazioni dettagliate sono fornite nel Syllabus del Modulo 1 Modulo 2 - Meccanica Statistica Fornire agli studenti un’introduzione alla meccanica statistica e alle sue applicazioni in campo chimico.Le informazioni dettagliate sono fornite nel Syllabus del Modulo 2

Modulo 1: Richiami e approfondimenti sull’approccio ondulatorio della meccanica quantistica;Metodi della meccanica quantistica: calcolo variazionale e metodo perturbativo per la risoluzione dell'equazione di Schrödinger per sistemi polielettroniciSpin elettronico e antisimmetria.Atomi polielettronici.Struttura elettronica molecolare: approssimazione di Born-Oppenheimer; teoria degli orbitali molecolari. Approccio Hartree-Fock-Roothan a sistemi molecolari. Esempi di calcolo della struttura elettronica molecolare. Modulo 2:Rappresentazione lagrangiana dell’equazione del moto. Momenti generalizzati e equazione canonica del moto. Insiemi statistici e spazio delle fasi. Distribuzioni di densità degli stati.. Principio di eguale probabilità a priori. Teorema di Liouville. Condizioni di equilibrio statistico. Insiemi microcanonici, canonici e gran-canonici. La legge di distribuzione di Maxwell-Boltzmann in un insieme microcanonico. Il principio di equipartizione. Il teorema H di Boltzmann. Applicazioni della meccanica statistica: insiemi di particelle libere; insiemi di particelle confinate; particelle in un campo di forze armonico; insiemi di particelle dotate di spin. Applicazioni a sistemi termodinamici di rilievo chimico: il gas perfetto monoatomico; miscele perfette di gas; gas non ideali. Cenni alle distribuzioni quantistiche di Bose-Einstein e di Fermi-Dirac.

Esame orale. Il colloquio orale è volto a verificare il livello delle conoscenze acquisite, la comprensione dell’approccio concettuale nello sviluppo della teoria presentata durante il corso ed il corretto uso del linguaggio da parte dell'esaminando/a. Non sono previste prove intermedie. Lo studente può, a sua richiesta, sostenere prove separate sui due moduli. La graduazione dei voti sarà la seguente:< 18: votazione insufficiente; non raggiunto il livello minimo di preparazione;18-21: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, capacità di elaborazione critica limitata;22-24: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma limitata, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;25-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28-30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata. Il voto finale dell'insegnamento "Chimica Fisica Superiore" è la media dei voti acquisiti nei 2 moduli.

Modulo 1:Trasparenze illustrate dal docente a lezioneI.N. Levine, Quantum Chemistry, Prentice Hall. Modulo 2:Narducci, Dario, Introduzione alla meccanica statistica: un approccio assiomatico elementare, UnicaPress, Cagliari, 2020. Disponibile gratuitamente online.Reif, Frederick, Fundamentals of statistical and thermal physics, McGraw-Hill, 1965 e Waveland Press, 2009

L'obiettivo del corso è quello di illustrare proprietà, strutture, reattività, funzioni biologiche e metodi di caratterizzazione dei composti di rilevanza bioinorganica.

Introduzione. Gli elementi chimici della tavola periodica nei sistemi viventi Concetto di elemento essenziale Metallo enzimi, metallomica omeostasi/disomeistasi dei metalli Cicli biogeochimici dei principali elementi implicati nella chimica degli organismi viventi, ruolo delle metalloproteine nei processi cellulari, modulazione delle proprietà termodinamiche e cinetiche dei metalli da parte delle proteine. Proprietà dei composti inorganici di rilevanza biologica (cofattori, metallo-proteine, complessi tra metalli e acidi nucleici).Ruolo strutturale e catalitico degli ioni metallici nei sistemi viventi. Richiami di biochimica: struttura delle proteine, delle membrane e dei principali cofattori; Proteine di membrana e loro struttura Proprietà stereo elettroniche dei cofattori metallici Composti biomimetici Tecniche di studio nella chimica bioinorganica: cristallografia XRD e cryoEM, spettroscopie, ciclo-voltametria e approcci della chimica quantistica e computazionale Trasferimento elettronico nelle metallo proteine Teoria di Marcus e quantum tunneling Proteine per il trasferimento elettronico e caratterizzazione dei cofattori (cluster Fe-S, gruppi eme e centri Cu) andamento delle costanti di velocità di ET al variare della distanza tra i centri redox Trasporto degli elettroni: il caso del citocromo-c ossidasi (cco, complesso IV) Richiami di metabolismo cellulare: principali cammini negli organismi eucarioti, respirazione cellulare e catena di trasporto degli elettroni Struttura del complesso proteico cco e struttura dei cofattori metallici Meccanismo di riduzione dell’ossigeno e di traslocazione protonica Attivazione dell’ossigeno molecolare e detossificazione da ROS Introduzione del ciclo biogeologico dell’ossigeno e Great Oxidation Event ROS nei sistemi viventi Metallo enzimi coinvolti nei processi di detossificazione da ROS (SOD, SOR e catalasi e loro meccanismi di azione) Disomeostasi dei metalli di transizione: il caso del rame nella malattia di Alzheimer Introduzione alla malattia di Alzheimer (AD) Le ipotesi eziologiche in AD (cascata amiloidea, stress ossidativo, disomeostasi dei metalli) Interazione rame- peptide amiloide e catalisi della riduzione dell’ossigeno a radicali ossidrilici Propagazione dei radicali OH e stress ossidativo Attivazione delle piccole molecole (1) – protoni ed H₂ Le idrogenasi e loro classificazione (FeFe, NiFe e Fe-only H2ase) FeFe e NiFe idrogenasi: funzione, struttura e meccanismo catalitico Attivazione delle piccole molecole (2) – CO₂ Attivazione della CO2 a livello chimico e biologico Organismi acetogeni e pathway di Wood-Ljungdahl pathway Metallo enzimi coinvolti nell’attivazione della CO2 negli acetogeni: CODH, complesso CODH-ACS e FDH Attivazione delle piccole molecole (3) – CH₄ Introduzione agli archeobatteri - microorganismi metanogeni e matanotrofi Pathway metabolico di riduzione della CO₂ a CH₄ nei metanogeni Struttura e meccanismo della Metil Coenzima M reduttasi (MCR) Pathway metabolico ossidazione del CH₄ nei metanotrofi Struttura e meccanismo della metano monoossigenasi (MMO) Eme e non heme metallo proteine per l'attivazione di substrati recalcitranti Laccasi Lignine-perossidasi

L’esame finale consiste in un’unica prova orale, con valutazione espressa in trentesimi (18–30/30). 18–24 (Sufficiente–Discreto)Conoscenza di base degli argomenti, con comprensione parziale e limitata capacità di rielaborazione critica. Linguaggio generalmente corretto, ma con alcune imprecisioni. 25–27 (Buono)Buona conoscenza degli argomenti e solida comprensione dei concetti fondamentali. Discreta autonomia di rielaborazione e capacità di collegamento. Terminologia appropriata. 28–30 (Ottimo–Eccellente)Eccellente conoscenza degli argomenti e piena comprensione dei concetti. Forte capacità di rielaborazione critica e autonomia. Linguaggio chiaro e accurato, con piena padronanza della terminologia disciplinare.

I. Bertini, H.B. Gray, E.I. Stiefel, E.S. valentine "Biological Inorganic Chemistry: Structure and Reactivity" University Science Books, Sausalito, California Slides delle lezioni del corso Articoli scientifici selezionati inerenti le tematiche del corso

Obiettivo principale dell’insegnamento è fornire allo studente i fondamenti teorici e gli strumenti operativi delle principali tecniche chemiometriche, necessarie nella chimica moderna per il trattamento adeguato dell'informazione contenuta nei dati chimici sperimentali. L'obiettivo del corso è quindi quello di procurare allo studente gli elementi fondamentali dell’analisi multivariata per trattare sistemi complessi di interesse chimico, farmacologico e ambientale. La conoscenza dei principi e della condizioni operative delle principali tecniche chemiometriche verrà sviluppata insieme alla capacità di scegliere e di gestire gli approcci di indagine più adatti alle finalità dell’analisi. Lo studente saprà quindi valutare le caratteristiche degli approcci chemiometrici fondamentali, i campi di applicazione, i vantaggi e gli svantaggi delle singole tecniche e sarà quindi in grado di suggerire la scelta della tecnica chemiometrica ritenuta più idonea per uno specifico problema. In particolare, al termine del corso di Chemiometria, lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto i seguenti obiettivi formativi: Conoscenza e capacità di comprensione: o applicare i principali metodi chemiometrici presentati nel corso al fine di un utilizzo corretto o applicare i parametri fondamentali per la valutazione dei risultati o descrivere vantaggi e svantaggi dei diversi metodi studiati Capacità di applicare conoscenza e comprensione: o selezionare il metodo più adatto ad affrontare un problema di analisi dei dati o prevedere quale tipo di informazione sarà possibile enucleare dai dati in esame o valutare la possibilità di metodi chemiometrici alternativi per la soluzione del problema o applicare in concreto i metodi chemiometrici selezionati e calcolare i relativi parametri statistici informativi Autonomia di giudizio: o acquisire le conoscenze e competenze in grado di sviluppare una capacità di comprensione critica dei principali metodi chemiometrici o selezionare le tecniche ed i parametri statistici utili ad estrarre specifiche informazioni dai dati in esame o redarre e giustificare una discussione critica sui metodi utilizzati e le informazioni ottenute dall’analisi dei dati Capacità di apprendimento: o comprendere le diverse tecniche studiate e la loro collocazione metodologica al fine di un impiego corretto e mirato al problema da risolvere

Introduzione alla chemiometria: obiettivi, metodi e applicazioni della chemiometria per l’analisi di sistemi chimici complessi. La struttura dei dati multivariati. Elementi di calcolo matriciale. Parametri statistici elementari: indici di posizione e di dispersione, covarianza e correlazione. Le scalature ed il pretrattamento dei dati: pretrattamenti di riga, centratura, autoscalatura, scalatura di intervallo, scalatura sulla varianza. Analisi della struttura e l’esplorazione dei dati chimici connessi a sistemi complessi; l'analisi delle componenti principali (PCA): obiettivi della PCA, accenni all’algoritmo di diagonalizzazione, matrici degli scores e dei loadings; autovalori e definizione delle componenti significative (analisi di rango). Esempi di applicazione della PCA su dati chimici. Analisi della similarità e diversità in sistemi complessi: i concetti di analogia, similarità, dissimilarità e distanza. Misure di distanza e similarità per dati quantitativi e binari. Cluster Analysis: metodi gerarchici agglomerativi e metodi non gerarchici. Strategie per l'analisi di similarità. Esempi di applicazione della Cluster Analysis su dati chimici. Il concetto di bias e i metodi di validazione: stimatori statistici; bias e varianza. Modelli descrittivi e predittivi. Tecniche di validazione dei modelli statistici multivariati: cross-validation, bootstrap, leave-one-out, leave-many-out, y scrambling. Metodi di regressione multivariata: strategie di ricerca basate su modelli quantitativi e parametri di regressione. L'analisi di regressione multipla. I metodi di regressione biased: i metodi ridge, di selezione dei migliori sotto modelli, regressione in componenti principali, metodo Partial Least Square. Gli algoritmi per la selezione di variabili. Esempi di applicazione della regressione multivariata su dati chimici. Metodi di classificazione multivariata: strategie di classificazione e parametri di classificazione. I metodi di classificazione locale, i metodi di analisi discriminante lineare e quadratica. Metodi di classificazione ad albero (CART). Metodi di classificazione non lineari. Le reti neurali di Kohonen. Metodi di consensus e data fusion: introduzione alle strategie moderne per la concatenazione di differenti sorgenti di informazione chimica tramite approcci di consensus analysis e data fusion; definizione dei livelli di data fusion. Sono previste tre esperienze pratiche su dati reali per acquisire gli strumenti e le modalità di analisi sulle seguenti tematiche chemiometriche: analisi della struttura di dati chimici tramite Analisi delle Componenti Principali, realizzazione di modelli di regressione e classificazione multivariata. Le esperienze pratiche vengono eseguite in laboratorio informatico tramite il software MATLAB e specifici toobox grafici forniti dai docenti. Nelle esperienze è prevista una breve introduzione all’utilizzo del sofwtare MATLAB (import e gestione dei dati, integrazione con i toolbox statistici multivariati forniti dai docenti).

L'esame consiste in una prova orale in cui sono discussi gli argomenti presentati nelle lezioni. Nella prova orale viene anche discussa una relazione relativa ad un case study fornito dal docente e sviluppato dallo studente. Oltre all’apprendimento delle nozioni fondamentali esposte nel corso, vengono valutate anche le capacità e attitudini dello studente ad adattare i fondamenti teorici della chemiometria a particolari condizioni operative e pratiche; viene inoltre valutata la capacità espositiva e adeguatezza del linguaggio dello studente. L’esame può essere sostenuto a richiesta in lingua inglese. Per l'ammissione alla prova orale viene erogato un test a risposte multiple in aula informatica; ogni prova comprende 30 domande sugli argomenti esposti nelle lezioni del corso; gli studenti che ottengono esito positivo (almeno 18 risposte corrette) possono sostenere la prova orale. Il risultato del test a risposte multiple concorre a definrie il voto finale. Per l'ammissione all'esame è obbligatorio aver frequentato le esperienze di laboratorio. La prova orale è generalmente consecutiva al test in aula informatica, ma, su richiesta dello studente, può anche essere sostenuta in qualsiasi appello successivo alla prova scritta. Nel caso di non superamento della prova orale, non è previsto il salto d'appello e non è richiesta una nuova prova scritta. Concorrono alla definizione del voto il risultato della prova orale e del test a risposte multiple. Oltre all’apprendimento delle nozioni fondamentali esposte nel corso, concorrono alla definizione del voto finale i seguenti fattori: il livello delle conoscenze acquisite; l’autonomia di analisi e giudizio; le capacità espositive e adeguatezza del linguaggio dello studente.

Il libro di testo di riferimento del corso è il seguente: R.Todeschini, Introduzione alla Chemiometria (Edises, Napoli 1998). Il libro viene fornito anche in formato pdf sulla pagina e-learning del corso. Vengono fornite inoltre le slide delle lezioni sulla pagina e-learning del corso. Per ogni esperienza di laboratorio, tramite piattaforma e-learning, sono fornite le slide introduttive, i dati e i toolbox necessari per lo svolgimento delle esperienze tramite software MATLAB.

Obiettivo del corso è fornire un'adeguata conoscenza della proprietà, struttura, configurazione elettronica, reattività, ed applicazioni dei composti di coordinazione dei metalli di transizione e dei composti organometallici. Al termine del corso, studentesse e studenti avranno acquisito le conoscenze base della chimica di coordinazione e della chimica organometallica e manualità in merito alle principali tecniche di sintesi, isolamento e purificazione dei composti di coordinazione e organometallici. Conoscenza e capacità di comprensione. Studentesse e studenti completeranno e approfondiranno la conoscenza degli argomenti generali della chimica di coordinazione quali la teoria del campo cristallino; la teoria del campo dei leganti; la serie spettrochimica; i concetti di donazione σ e π, e retrodonazione σ* e π*; il conteggio elettronico e la configurazione dⁿ dello ione metallico; gli spettri UV-Vis e il magnetismo nei composti di coordinazione; la regola dei 18 elettroni, il modello ionico e modello ad atomi neutri; la classificazione dei composti di coordinazione secondo il numeri di coordinazione e la loro geometria; la classificazione dei leganti secondo l’atomo donatore, la descrittiva dei composti di coordinazione secondo la configurazione dⁿ dello ione metallico; l’isomeria nei composti di coordinazione; la reattività dei composti di coordinazione. Studentesse e studenti completeranno e approfondiranno la conoscenza degli argomenti generali della chimica organometallica quali la descrittiva delle diverse classi di composti organometallici e dei loro meccanismi di sintesi; la reattività dei composti organometallici; l’applicazione dei composti organometallici in catalisi omogenea. Nelle esperienze di laboratorio saranno apprese metodologie sperimentali per la sintesi e caratterizzazione di composti di coordinazione e organometallici. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Studentesse e studenti saranno in grado di utilizzare la nomenclatura IUPAC per individuare i composti di coordinazione e organometallici; interpretare correttamente le formule dei composti di coordinazione e organometallici in termini di geometria, tipologia di legante, tipologia di legame, nonché di prevedere la reattività dei composti di coordinazione e organometallici; sintetizzare composti di coordinazione e organometallici, maneggiando in sicurezza i reagenti chimici, e prevedendone il corretto smaltimento per prevenire rischi nei laboratori. Autonomia di giudizio. Studentesse e studenti sapranno prevedere la reattività dei composti di coordinazione e organometallici; redigere una relazione sulle attività sperimentali di laboratorio, descrivendo in sintesi l’esperienza e riportando informazioni ottenute dall’acquisizione e elaborazione di dati sperimentali, valutando criticamente i risultati ottenuti. Capacità di apprendimento. Studentesse e studenti saranno in grado comprendere i principi base della chimica di coordinazione e organometallica, applicandoli correttamente al problema da risolvere anche in contesti differenti rispetto a quelli presentati nel corso, approfondendo gli argomenti trattati anche con strumenti diversi rispetto a quelli forniti. Abilità comunicative. Studentesse e studenti sapranno descrivere in forma orale in modo chiaro e sintetico e con proprietà di linguaggio le conoscenze base della chimica di coordinazione e della chimica organometallica, nonché gli obiettivi e i procedimenti delle diverse esperienze di laboratorio, nonché svolgere il lavoro sperimentale di laboratorio in gruppi ristretti condividendo l’organizzazione del lavoro e la comunicazione di informazioni e risultati, comunicando i risultati scientifici redigendo report di laboratorio in forma scritta.

Parte I. Chimica di Coordinazione.Introduzione: Richiamo della teoria del campo cristallino in composti di coordinazione a geometria ottaedrica, tetraedrica e quadrato planare. Teoria del campo dei leganti. La serie spettrochimica. Donazione σ e π, retrodonazione σ* e π*. Conteggio elettronico e configurazione dⁿ dello ione metallico. Spettri UV-Vis e magnetismo nei composti di coordinazione. La regola dei 18 elettroni, modello ionico e modello ad atomi neutri.Descrittiva: Classificazione dei composti di coordinazione in base ai numeri di coordinazione e alla geometria. Classificazione dei leganti secondo l’atomo donatore. Descrittiva dei composti di coordinazione secondo la configurazione dⁿ dello ione metallico.Isomeria nei composti di coordinazione: Isomeria conformazionale, geometrica, ottica, di legame, di spin.Reattività dei composti di coordinazione:(a) Sostituzione in composti di coordinazione inerti e labili: (i) Meccanismo associativo, dissociativo, di interscambio. (ii) Sostituzione associativa nei composti di coordinazione a geometria quadrato-planare: effetto del legante in trans, del legante entrante (nucleofilicità), uscente, del solvente. (iii) Sostituzione dissociativa e di interscambio nei composti di coordinazione a geometria ottaedrica. (iv) Correlazioni lineari di energia libera. (v) Sostituzione catalizzata ed indotta.(b) Redox: (i) Meccanismo a sfera esterna, e legge di Marcus. (ii) Meccanismo a sfera interna, effetto del legante a ponte. (iii) Attacco adiacente e attacco remoto. (iv) Composti di coordinazione di intervalenza.(c) Isomerizzazione: (i) Isomerizzazione tetraedro-quadrato planare. (ii) Isomerizzazione geometrica, racemizzazione. (iii) Isomerizzazione di legame. Parte II. Chimica Organometallica.Descrittiva dei composti organometallici: Cenni storici.Classificazione dei composti organometallici secondo il legante:(a) Composti carbonilici: (i) Il legame Metallo-CO. (ii) Carbonili a ponte e terminali. (iii) Classificazione dei composti carbonilici. (iv) Sintesi dei composti carbonilici. (v) Reazioni dei composti carbonilici: sostituzione, attacco nucleofilo ed elettrofilo, migrazione, riduzione.(b) Reazione con leganti analoghi del CO: nitrosile, isonitrile, diazoto, fosfine sostituite.(c) Composti alchilici: (i) Sintesi dei composti alchilici. (ii) Reazioni degli alchili: beta-eliminazione.(d) Composti idrurici: (i) Sintesi dei composti idrurici. (ii) Metodi di caratterizzazione spettroscopica. (iii) Reazioni degli idruri. (iv) Idruri non-classici, e legame agostico.(e) Composti degli alcheni, e degli alchini.(f) Composti allilici, dei polieni, e dei leganti carbociclici.(g) Composti carbenici e carbinici.Reazioni specifiche dei composti organometallici: migrazione-inserzione, somma ossidativa, eliminazione riduttiva.Cicli in catalisi omogenea: (a) Reazione di idrogenazione: (i) di un alchene; (ii) asimmetrica. (b) Reazione di idroformilazione. (c) Reazione di carbonilazione degli alcool. (d) Reazione di ossidazione di un alchene, processo Wacker. (e) Processo Heck e processo Suzuki. (f) Reazioni di metatesi. Lezione di approfondimento: Gli elementi del blocco f. Laboratorio Didattico.Il Laboratorio didattico comprende una parte teorica di richiamo e approfondimento delle conoscenze di chimica di coordinazione e organometallica alla base delle esperienze condotte in laboratorio ed una parte pratica di esperienze di sintesi e reattività di composti di coordinazione e organometallici, dedicate anche all'apprendimento delle principali tecniche del laboratorio sperimentale.Le esperienze riguardano sintesi e caratterizzazione chimico-fisica dei composti di coordinazione e organometallici dei metalli di transizione. In particolare:(a) Sintesi e determinazione della suscettività magnetica dell'acetilacetonato di Mn(III).(b) Sintesi di un composto di coordinazione tetramerico di Cu(I) termoluminescente.(c) Sintesi e caratterizzazione di un composto di coordinazione penta-amminico di Co contenente il legante di-oxo.(d) Sintesi templata di un macrociclo: Ni(cyclam)(e) Funzionalizzazione e reattività redox del Ferrocene.(f) Sintesi e proprietà magnetiche di un polimero di coordinazione di Fe(II).

Lo studente consegue i CFU del corso attraverso il superamento di una prova scritta e di una prova orale. Non sono previste prove in itinere.La prova scritta consiste in sei relazioni di laboratorio sottoforma di elaborati che riportano per ogni esperienza una breve descrizione delle modalità di svolgimento delle prove sperimentali, i risultati ottenuti e osservazioni riguardanti l'attività sperimentale svolta e la rielaborazione dei dati di caratterizzazione. La valutazione delle relazioni di laboratorio riguarda le conoscenze della chimica di coordinazione e organometallica alla base delle esperienze, e la precisione e la correttezza nel riportare i risultati numerici, i grafici e le osservazioni sperimentali. La votazione varia da 0 a 5 per ogni esperienza per un totale di 30/30 del modulo di laboratorio. La valutazione positiva delle relazioni di laboratorio (minimo 18/30 corrispondente ad un punteggio medio di 3 per esperienza) e la frequenza del laboratorio (almeno 5 presenze su 6, 75% del corso di laboratorio didattico) consentono l'accesso alla prova orale.La prova orale con votazione in trentesimi consiste in un colloquio in cui la/lo studentessa/studente dovrà rispondere in modo chiaro e con proprietà di linguaggio a domande aperte relative agli aspetti generali della chimica di coordinazione e organometallica, nonché sulle esperienze svolte in laboratorio. Il voto finale terrà conto della valutazione delle due parti con la seguente graduazione:< 18: votazione insufficiente; non raggiunto il livello minimo di preparazione;18-21: preparazione su una parte limitata degli argomenti del programma del corso, con scarsa capacità di trattazione e analisi autonoma che, nella prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; capacità espositiva a tratti incerta, lessico non sempre chiaro e accurato, talvolta non corretto, con una capacità di elaborazione critica molto limitata;22-24 preparazione su un buon numero degli argomenti del programma del corso anche se non omogenea, con una sufficiente capacità di trattazione e analisi autonoma, talvolta sollecitate dalle domande del docente; capacità espositiva sufficientemente chiara, lessico generalmente corretto, anche se talvolta non accurato o chiaro, capacità di elaborazione critica limitata;25-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere con buona autonomia l’argomentazione e l’analisi critica e capacità di applicazione delle conoscenze a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28-30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti del programma d’esame, capacità di trattazione autonoma e di analisi critica degli argomenti, capacità di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti e discipline, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare, capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione.

Slide e registrazioni delle lezioni frontali del corso di Chimica di Coordinazione e Metallorganica (piattaforma e-learning del corso).Dispense, slide e registrazioni delle lezioni introduttive alle attività di laboratorio del corso di Chimica di Coordinazione e Metallorganica (piattaforma e-learning del corso). Testi consigliati:Mark Weller, Tina Overton, Jonathan Rourke, Fraser Armstrong, La chimica inorganica di Atkins, Zanichelli. Testi di consultazione:Geoffrey A. Lawrance, Introduction to Coordination Chemistry, John Wiley & Sons Ltd.Christoph Elschenbroich, Organometallics, Wiley-VCH.

Il corso fornisce le conoscenze e le basi metodologiche per conoscere e comprendere i principi che definiscono la chimica sostenibile e/o ‘verde’ in tutti gli aspetti legati a questo argomento. Il corso presenta i concetti di base, ovvero i 12 principi della chimica verde, e le loro manifestazioni nel mondo reale, sotto forma di processi e pratiche moderne nella ricerca e sviluppo, nonché nella produzione all'interno delle aree che si basano su o comprendono trasformazioni chimiche. L'impatto della sostenibilità sui processi chimici e sulla produzione viene discusso introducendo e applicando parametri di sostenibilità come l'economia atomica o l'impronta di carbonio. Conoscenza e capacitàAl termine del corso lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito una buona conoscenza:• I principali parametri da valutare per definire un processo a basso impatto ambientale.• Le corrette definizioni di chimica ‘verde’, i.e., green chemistry.• Le connessioni tra processi sostenibili e/o green e l'economia circolare.• Le sfide scientifiche connesse al passaggio da un'economia basata sul petrolio a una bioeconomia.• La differenza tra processi sostenibili, processi green e processi che sono sia sostenibili che green.• I fondamenti dell'analisi del ciclo di vita, compresi gli aspetti di sostenibilità. Conoscenza e capacità di comprensione applicateAl termine del corso lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:• applicare i concetti di chimica ‘green’ appresi nel corso che costituiscono la base dello sviluppo sostenibile.• giudicare se un processo si qualifica come ‘green’ e/o sostenibile.• descrivere i mezzi di lavorazione sostenibile.• comprendere l'impatto di concetti come lab-on-a-chip e organismi modello per la sostenibilità.• calcolare alcuni dei principali indicatori di sostenibilità nella chimica. Autonomia di giudizioAl termine del corso lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:• applicare le conoscenze acquisite in vari contesti.• trasferire i concetti e gli approcci introdotti in un determinato contesto in ambiti connessi.• elaborare i concetti di lavorazione sostenibile e green discussi nel corso.• analizzare le fasi della vita di un prodotto o di un processo.• valutare criticamente i risultati ottenuti dall'applicazione dei modelli.• individuare possibili interventi per ridurre gli impatti. Abilità comunicativeAl termine del corso lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:• analizzare un problema di chimica in modo chiaro e conciso.• spiegare oralmente con un linguaggio adeguato gli obiettivi, le modalità e i risultati delle elaborazioni effettuate. Capacità di apprendereAlla fine del corso lo studente dovrebbe essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere come gli argomenti inerenti alla sostenibilità sono trattati nella letteratura scientifica e affrontati nel mondo produttivo.

• Evoluzione della sostenibilità nelle sintesi industriali sulla base di esempi selezionati.• Evoluzione dei concetti di chimica 'verde' e chimica sostenibile.• Punti comuni e differenze tra chimica 'verde' e chimica sostenibile.• Descrizione delle principali risorse rinnovabili idonee a sostituire il petrolio come principale fonte di materia prima per l'industria chimica con particolare riferimento alla struttura dei materiali lignocellulosici.• Il concetto di bioraffineria con esempi e applicazioni in Italia e in Europa, anche alla luce della economia circolare.• Sintesi di prodotti chimici da fonti rinnovabili con processi sostenibili.• Concetti sostenibili e/o ‘verdi’ per l'esecuzione di reazioni chimiche, ad esempio la chimica a flusso.• Processi sostenibili nei campi correlati alla chimica: dispositivi point-of-care, organ-on-a-chip, organismi modello.• Sintesi e vantaggi di nanomateriali sostenibili e aspetti normativi associati.• Sintesi di nuovi materiali biodegradabili e non biodegradabili a partire da fonti rinnovabili con processi sostenibili.• Riciclo, downcycling e upcycling come strumenti per l'economia circolare.• L'integrazione dei processi sostenibili all'interno dell'economia circolare e la loro costruzione.• Descrizione delle sfide legate al riciclo e al riutilizzo di vari materiali, anche metalli preziosi; concetto di urban mining.• Attività minerarie sostenibili.• Distribuzione di elementi in vari ambienti utilizzando cicli (antro)biogeochimici.• Casi studio.

L'esame finale consiste in una prova orale alla fine del corso, con votazione tra 18-30/30 e lode, che consiste nella discussione di vari argomenti discussi durante le lezioni, collegando i concetti ad un processo industriale o ad un nuovo processo di bioraffineria o green chemistry presentato in una revista scientifica, per arrivare ad una critica valutazione del processo presentato dal punto di vista della sostenibilita' complessiva.La discussione dell'esame si base su una breve presentazione powerpoint di durata 10 minuti che deve essere preparata dallo studente per l'esame; l'articolo e/o la documentazione del processo da valutare sara' inviato allo studente una settimana prima dell'esame. Il punteggio finale sarà compreso tra 18/30 e 30/30 e lode, sulla base della valutazione complessiva, tenendo conto dei seguenti criteri:conoscenza concettuale e capacità di comprensionecapacità di applicare conoscenza e comprensionecapacità comunicative e argomentativecapacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione Votazione < 18Conoscenza e Comprensione: Lo studente identifica solo parzialmente le caratteristiche dei concetti. Le connessioni tra i concetti risultano frammentarie e scarsamente supportate da conoscenze teoriche.Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente individua solo alcuni elementi rilevanti in un fenomeno, senza riuscire a integrarli in un’analisi organica.Capacità comunicative e argomentative: Nella prova orale lo studente elabora un’argomentazione essenziale, priva di articolazione logica e caratterizzata da numerose imprecisioni espositive.Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione: Lo studente riesce a ricostruire solo alcuni aspetti del proprio percorso di apprendimento e sviluppo professionale. Votazione 18-22Conoscenza e Comprensione: Lo studente riconosce e restituisce la maggior parte delle caratteristiche concettuali e riesce a fornirne una spiegazione relativamente coerente, sebbene con qualche imprecisione. I riferimenti teorici sono presenti ma non sempre in modo rigoroso.Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente è in grado di riconoscere un numero significativo di elementi e di fornire una spiegazione parziale, pur evidenziando alcune lacune nell’analisi.Capacità comunicative e argomentative: Nella prova orale lo studente costruisce un’argomentazione di base, dotata di una struttura minima ma con alcune imprecisioni.Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione: Lo studente dimostra una consapevolezza di base del proprio percorso di apprendimento, riuscendo a tracciare collegamenti essenziali tra le esperienze formative, sebbene con alcune imprecisioni. Votazione 23-27Conoscenza e Comprensione: Lo studente dimostra una comprensione approfondita delle caratteristiche concettuali. Nella prova orale le spiegazioni risultano ben articolate e supportate da un uso adeguato dei riferimenti teorici.Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente individua con precisione gli elementi essenziali di un fenomeno. L’applicazione delle conoscenze avviene con un rigore metodologico non sempre solido.Capacità comunicative e argomentative: Nella prova orale lo studente sviluppa un’argomentazione coerente e ben organizzata, dimostrando una buona padronanza del linguaggio e una struttura logico-argomentativa solida. La comunicazione risulta chiara ed efficace.Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione: Lo studente analizza il proprio percorso di apprendimento in modo chiaro e strutturato, mettendo in evidenza relazioni significative tra le diverse tappe evolutive e dimostrando una buona capacità di riflessione critica. Votazione 28-30Conoscenza e Comprensione: Lo studente evidenzia una padronanza completa dei concetti, articolando connessioni complesse e fornendo spiegazioni esaustive. I riferimenti teorici sono utilizzati con pertinenza e rigore.Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente evidenzia una capacità avanzata di analisi di un fenomeno, individuando e interpretando in modo esaustivo tutti gli elementi salienti. L’applicazione delle conoscenze avviene con rigore metodologico, supportato da un’argomentazione solida e articolata.Capacità comunicative e argomentative: Nella prova orale lo studente elabora un’argomentazione solida e articolata, con un impianto logico rigoroso e un elevato livello di coerenza testuale. Il discorso è fluido e ben strutturato.Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione: Lo studente evidenzia una capacità avanzata di autoriflessione, elaborando un’analisi articolata e approfondita del proprio percorso di apprendimento e sviluppo professionale. Le connessioni tra esperienze formative e concetti teorici risultano chiare, coerenti e rigorose.

• M. Aresta, A. Dibenedetto, F. DumeignilBiorefineries – An introductionDe Gruyter• P.T. AnastasGreen Chemistry - Theory and PracticeOxfod University Press• copia delle slide• appunti mostrati durante le lezioni e materiale aggiuntivo su argomenti selezionati, ovvero articoli scientifici, resi disponibili sul sito e-learning del corso.

Presentare i fondamenti teorici dei metodi di calcolo quantomeccanici e classici al fine del calcolo di proprietà molecolari e della modellizzazione di processi a livello molecolare, fornendo gli strumenti operativi per il loro utilizzo mediante esercitazioni al calcolatore svolte in laboratori informatici. Conoscenze e capacità di comprensione Al termine del corso lo studente conosce: - i metodi quantomeccanici basati sulla funzione d’onda (MO ab initio) e quelli basati sul metodo della teoria del funzionale densità; - i metodi per il calcolo delle proprietà molecolari; - i metodi di simulazione molecolare basati su una descrizione classica dei sistemi molecolari; - la superficie di energia potenziale e i metodi per l’individuazione e la caratterizzazione dei punti stazionari su di essa. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Al termine del corso lo studente è in grado di: - calcolare proprietà stereo-elettroniche (geometrie, densità elettroniche, momenti di dipolo) e spettroscopiche (spettri infrarosso) dei sistemi molecolari; - campionare la superficie di energia potenziale (conformazionale e reattiva) sia mediante metodi globali (simulazioni di dinamica molecolare, tecniche di ricerca sistematica) sia mediante metodi locali; Autonomia di giudizio Al termine del corso lo studente è in grado di: - scegliere il metodo di calcolo più appropriato per lo studio del sistema di interesse; - individuare e calcolare le grandezze più appropriate dato il problema da affrontare. Abilità comunicative* Saper descrivere in una relazione tecnica in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente con proprietà di linguaggio gli obiettivi, il procedimento ed i risultati delle elaborazioni effettuate. Capacità di apprendere Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere gli argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardante gli aspetti modellistici di chimica computazionale.

Equazione di Schrödinger per sistemi molecolari e sue approssimazioni fondamentali. Richiami dei metodi MO ab initio e del metodo Hartree-Fock. Il metodo dell’interazione di configurazioni e forme approssimate; il metodo perturbativo Møller-Plesset (MPn). Introduzione ai metodi basati sulla teoria del funzionale densità. La funzione densità elettronica e le proprietà derivate: proprietà elettroniche interne e di risposta. Studio della superficie di energia potenziale (PES): definizione della PES; analisi conformazionale. Metodi di ricerca punti stazionari. Analisi vibrazionale. Analisi termochimica. Il metodo della Meccanica Molecolare. Metodi di simulazione molecolare. Metodo Monte Carlo e metodo della Dinamica Molecolare. Analisi delle traiettorie. Esercitazioni in laboratorio informatico relative a: calcolo energie elettroniche e proprietà molecolari; calcolo superficie energia potenziale (PES) conformazionale con metodi quantomeccanici (a livello Hartree Fock, HF, e con metodi che includano la correlazione elettronica) e classici; calcolo PES reattiva con metodi quantomeccanici; analisi di traiettorie di dinamica molecolare classica su PES conformazionali; studio di proprietà di sistemi in soluzione acquosa mediante simulazioni di DM.

L'esame consiste nella presentazione di una relazione tecnica di gruppo relativa alle esperienze di laboratorio, e in un colloquio orale.La relazione viene valutata in termini di completezza, accuratezza e chiarezza espositiva e il voto è attribuito sulla base dei seguenti criteri:18-22: valutazione sufficiente ma con carenze significative in termini di completezza, accuratezza e chiarezza espositiva;23-25: valutazione discreta con descrizioni complete ma non approfondite e accuratezza, con possibili carenze espositive;26-27: valutazione distinta con descrizioni complete e accurate, esposte in modo corretto;28-30/30L; valutazione ottima con descrizioni complete, accurate e con significativi contributi personali di carattere interpretativo dei risultati, esposte in modo chiaro ed esaustivo; Il colloquio orale individuale riguarda i contenuti della relazione tecnica ed è volto a verificare: il livello delle conoscenze acquisite; l’autonomia di analisi e giudizio; le capacità espositive dello studente. Il voto del colloquio è attribuito sulla base dei seguenti criteri: 18-22: preparazione su un numero ridotto di argomenti, con capacità di trattazione e analisi limitate che sono sviluppate solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, con una capacità di elaborazione critica limitata; 23-25: preparazione su una parte degli argomenti affrontati nella relazione, capacità di analisi autonoma non sempre adeguata, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta; 26-27: preparazione adeguata su un ampio spettro di tematiche, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione. Il voto finale, espresso in trentesimi con eventuale lode, è dato dalla media delle due prove. Su richiesta dello studente, l'esame potrà essere svolto in lingua inglese.

Dispensa fornite dai docenti: U. Cosentino, G. Moro, C. Greco, D. Pitea Molecular Modelling Videoregistrazioni delle lezioni sulla pagina e-learning dell’insegnamento. Libri suggeriti: F. Jensen “Introduction to computational chemistry“, 2a edizione, Ed. John Wiley & Sons Ltd, 2006. A.R. Leach: “Molecular Modelling: Principles and Applications”, Ed. Prentice-Hall, 2001.

L'obiettivo del corso è di fornire agli studenti un quadro concettuale moderno della termodinamica dei sistemi fuori equilibrio, con esempi di applicazioni notevoli. Conoscenze e capacità di comprensione acquisite Impiego di adeguati modelli teorici nella analisi di sistemi non all'equilibrio Procedure per il calcolo delle grandezze termodinamiche non all'equilibrio Criteri per la valutazione della stabilità di sistemi termodinamici non all'equilibrio Conoscenze e capacità di comprensione applicative acquisite Scrittura delle equazioni evolutive di sistemi termodinamici fuori equilibrio Analisi delle connessioni tra termodinamica e meccanica statistica fuori equilibrio Strumenti per l'analisi dei sistemi di conversione dell'energia anche in rapporto alla loro sostenibilità Autonomia di giudizio acquisita Sviluppo di capacità critiche nell'impiego dei potenziali termodinamici non all'equilibrio Capacità di analisi critica delle teorie termodinamiche Abilità comunicative Uso rigoroso del linguaggio naturale in ambito scientifico Capacità di apprendere Attivazione di competenze critiche nell'analisi di modelli scientifici

Termodinamica di equilibrio da un punto di vista superioreAmbito e definizioni; le leggi fondamentali; equazione di Gibbs; relazioni fondamentali ed equazioni di stato; relazione di Eulero; relazione di Gibbs-Duhem; trasformazioni di Legendre e potenziali termodinamici; principi estremali; stabilità degli stati di equilibrio; termodinamica chimica di equilibrio. Termodinamica vicino all’equilibrioConcetti di base; ipotesi di equilibrio locale; bilancio entropico; equazioni di evoluzione; stati stazionari; applicazioni alla conduzione del calore e al trasporto di massa; limiti della termodinamica classica dei processi irreversibili. Fenomeni di trasporto accoppiati: conduzione elettrica; effetti termoelettrici; termodiffusione; diffusione attraverso una membrana. Macchine termiche non all’equilibrioTermodinamica su tempi limitati: ciclo di Carnot e modello di Curzon-Ahlborn; motori termici eso- ed endo-reversibili. La sostenibilità dal punto di vista termodinamico. Termodinamica lontano dall’equilibrioAmbito della termodinamica irreversibile estesa; leggi del calore di Fourier e di Cattaneo; entropia estesa; applicazione al trasporto di calore a nanosistemi in condizioni stazionarie. La formula di Einstein e il secondo momento delle fluttuazioni all’equilibrio; derivazione delle relazioni di reciprocità di Onsager-Casimir; Teorema di fluttuazione-dissipazione. Sistemi dinamiciReazioni chimiche e macchine molecolari: reazioni chimiche singole e accoppiate; reazioni chimiche cicliche e relazioni di reciprocità di Onsager; efficienza del trasferimento di energia; reazioni chimiche, trasporto di massa e macchine molecolari; reazioni autocatalitiche e diffusione; morfogenesi. Instabilità e formazione di strutture: teorie lineari e non lineari di stabilità; instabilità chimiche; morfogenesi spazio-temporale in sistemi eterogenei; strutture di Turing.

Esame orale sulla materia presentata a lezione. Il colloquio orale è volto a verificare il livello delle conoscenze acquisite, la comprensione dei principali snodi concettuali nello sviluppo delle teorie presentate durante il corso ed il corretto uso del linguaggio da parte dell'esaminando/a. La graduazione dei voti sarà la seguente:< 18: votazione insufficiente; non raggiunto il livello minimo di preparazione;18-21: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, capacità di elaborazione critica limitata;22-24: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma limitata, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;25-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28-30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata.

Georgy Lebon, David Jou, José Casas Vàzquez, Understanding Non-equilibrium Thermodynamics: Foundations, Applications, Frontiers, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008, http://login.proxy.unimib.it/login?url=http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-74252-4Appunti del docente

Obiettivo principale del corso è quello di fornire una panoramica generale del ruolo della chimica bio-organica nella creazione di strumenti molecolari efficaci nello studio e nel monitoraggio di processi biochimici, fisio-patologici e produttivi. Questa conoscenza è fondamentale in ambito chimico-diagnostico e chimico-biotecnologico ed è complementare al vasto settore della chimica farmaceutica, nutraceutica e alimentare. Conoscenze e capacità di comprensione Al termine del corso lo studente conoscerà le strategie generali di sintesi e caratterizzazione di bio-coniugati, con particolare riferimento: alle strategie sintetiche e all’uso dei gruppi protettivi; alle metodiche di analisi e purificazione (ove necessario) di queste classi di molecole; ai contesti applicativi e di ricerca in cui sintetizzare e utilizzare tali composti come strumenti molecolari. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Al termine del corso lo studente sarà in grado di leggere e comprendere un articolo scientifico in cui vengono progettati, sintetizzati e impiegati bio-coniugati, oligosaccaridi, oligonucleotidi e derivati, peptidi e derivati. Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di elaborare quanto appreso e saper riconoscere le problematiche tecniche e sperimentali in cui le metodologie chimiche apprese possano essere applicate in modo innovativo. Abilità comunicative. Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione. Saprà inoltre descrivere in una relazione tecnica in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente gli obiettivi, il procedimento ed i risultati delle elaborazioni di un articolo scientifico. Capacità di apprendimento Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e saprà analizzare, applicare, integrare e collegare le conoscenze acquisite con quanto avrà appreso in insegnamenti correlati all’applicazione della chimica bio-organica alla sintesi e analisi di composti di interesse per l’industria diagnostica, farmaceutica, nutraceutica.

Verranno discusse le principali metodiche per: la funzionalizzazione chimica di peptidi e proteine; la funzionalizzazione chimica di zuccheri, oligosaccaridi e glicoconiugati; la funzionalizzazione chimica di acidi nucleici e oligosaccaridi, descrivendo le più importati reazioni di bioconiugazione e i principi della “chemoselective ligation” e dell’uso di strategie e reagenti bioortogonali. Particolare enfasi verrà data alle applicazioni degli strumenti molecolari così ottenuti in ambito diagnostico, per la preparazione di vaccini e per la bioconiugazione di anticorpi.

Modalità d'Esame e ValutazioneL'esame finale consiste in una prova orale unica al termine del corso, con una votazione espressa in trentesimi (da 18/30 a 30/30 con lode). Il colloquio non si limiterà alla semplice verifica delle nozioni, ma valuterà la capacità di collegare concetti e applicazioni differenti. Criteri di ValutazioneIl voto finale scaturisce da un bilancio complessivo basato su quattro pilastri fondamentali: Conoscenza teorica e livello di comprensione dei concetti. Capacità di applicare praticamente le conoscenze acquisite. Competenze comunicative e argomentative durante l'esposizione. Capacità di apprendimento autonomo, autovalutazione e autoregolazione. Fasce di Giudizio 18–21 (Sufficiente)Lo studente mostra una conoscenza essenziale e talvolta superficiale dei temi del corso. La comprensione dei concetti chiave è prevalentemente mnemonica, con una limitata capacità di rielaborazione autonoma o di collegamento tra gli argomenti. Il linguaggio scientifico e la terminologia specifica sono utilizzati in modo accettabile, sebbene si riscontrino imprecisioni o incertezze concettuali. 22–24 (Discreto)La conoscenza dei contenuti è adeguata e la comprensione dei concetti di base è consolidata. Lo studente è in grado di esporre la materia in modo corretto e accenna a legami logici tra i diversi processi, pur necessitando di una guida per l'integrazione critica delle informazioni. La terminologia specifica è utilizzata con discreta precisione e accuratezza. 25–27 (Buono)Lo studente dimostra una buona padronanza del programma e una solida comprensione delle logiche sottostanti. Dimostra capacità nel saper applicare le nozioni teoriche a contesti pratici e riesce a stabilire collegamenti fluidi e coerenti tra i vari macro-temi del corso. Il linguaggio scientifico è appropriato, preciso e ben padroneggiato. 28–30 e Lode (Ottimo–Eccellente)La conoscenza della materia è completa, approfondita e supportata da una spiccata attitudine alla riflessione critica e alla sintesi personale. L'esposizione è fluida, rigorosa e strutturata in modo impeccabile, con un uso magistrale e naturale della terminologia scientifica. Il punteggio massimo (30/30 con eventuale lode) certifica l'eccellenza assoluta in termini di visione d'insieme, proprietà di linguaggio e abilità argomentative.

Slides. A disposizione sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento. Dispense. A disposizione sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento. Testi consigliati Bioconjugate Techniques, Book • 3rd Edition • 2013, https://www.sciencedirect.com/book/9780123822390/bioconjugate-techniques David Van Vranken and Gregory A. Weiss. Introduction to bioorganic chemistry and chemical biology.

Fornire una panoramica su sistemi a base organica e ibrida per la produzione, conversione e stoccaggio dell’energia utilizzando fonti di energia rinnovabili. O1 – Conoscenza e capacità di comprensione Allo studente si richiede di mostrare una sufficiente conoscenza, una adeguata comprensione e padronanza della chimica e di quella organica nel: 1) comprendere quali siano i sistemi organici o legami nei quali è possibile stoccare energia 2) comprendere le tipologie di energia che è possibile immagazzinare 3) comprendere le strutture chimiche in grado di interagire con la radiazione elettromagnetica di origine solare e utili nella produzione di combustibili rispettosi dell'ambienti e/o rinnovabili 4) comprendere in quali sistemi organici è possibile stoccare idrogeno o energia. 5) comprendere i principali processi fotofisici e fotochimici coinvolti nell’assorbimento di radiazione elettromagnetica (luce UV-Vis) e utili nello stoccaggio di energia e nella produzione di combustibili rinnovabili O2 – Capacità di applicare conoscenza e capacità di comprensione (applying knowledge and understanding) Allo studente, durante la modalità di verifica dell’apprendimento, si richiede di dimostrare una adeguata capacità nell’applicare la conoscenza e la comprensione dei concetti acquisiti nel: 1) individuare sistemi organici o legami nei quali è possibile stoccare energia 2) individuare le tipologie di energia che puo' essere immagazzinata 3) Individuare sistemi in grado di utilizzare la radiazione elettromagnetica di origine solare per la produzione di combustibili rispettosi dell'ambienti e/o rinnovabili 4) Individuare sistemi a base organica per lo stoccaggio di idrogeno o energia. 5) applicare principali processi fotofisici e fotochimici coinvolti nell’assorbimento di radiazione elettromagnetica (luce UV-Vis) allo stoccaggio di energia e alla produzione di combustibili rinnovabili O3 – Autonomia di giudizio Saper condurre una ragionata analisi dei sistemi organici potenzialmente utili nelle problematiche energetiche e ambientali. O4 – Abilità comunicative Saper illustrare e identificare i sistemi organici di interesse per l'energetica sostenibile, illustrare con proprietà di linguaggio i sistemi più significativi illustarndone anche i protocolli utili alla loro preparazione. O5 –Abilità Capacità di apprendere Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite nel campo dell'energetica sostenibile.

Panoramica sui sistemi di produzione, conversione e stoccaggio di energia. Concetto di energia chimica e sua applicazione nella progettazione di sistemi organici per l’immagazzinamento dell’energia. Richiamo di design molecolare e principali interazioni supramolecolari in materiali organici per applicazioni energetiche. Richiami di fotochimica (interazione luce materia e processi fotoattivati). Polimeri conduttori e applicazioni nel campo del trasporto e dello stoccaggio di energia. Sistemi per applicazioni fotovoltaiche (dye-sensitized solar cells, fotovoltaico organico-polimerico, celle a perovskiti, celle tandem). Sistemi per la produzione di idrogeno per foto-dissociazione dell’acqua e riduzione fotocatalitica, sistemi per la produzione di idrocarburi (metano o C2+) da anidride carbonica. Sistemi organici e organometallici nella realizzazione di sistemi di fotosintesi artificiale di combustibili impiegando l’energia solare (solar fuels). Materiali organici per lo stoccaggio di energia e differenti possibili sistemi redox per la produzione di batterie organiche alternative a quelle a Li/Li+. Batterie redox a flusso. Cenni di sistemi organici per lo stoccaggio di idrogeno. Cenni di sistemi organici per la fissazione dell'azoto.

La verifica dell'acquisizione degli argomenti e dei concetti trattati durante il corso sarà condotta mediante un esame orale nel quale agli studenti saranno poste domande inerenti tutti gli aspetti trattati. Al termine della verifica sarà proposto allo studente una valutazione in trentesimi. L'esame è superato con un voto di 18/30. Dall'A, A. 2016/2017, gli esami sono stati superati con un voto medio di 27,9; voto minimo di 24 e massimo di 30 e lode. Su richiesta dello studente, l’esame potrà essere sostenuto in lingua inglese Viene applicato il seguente grado di giudizio in relazione ai seguenti parametri: Conoscenza concettuale e capacità di comprensione Capacità di applicare conoscenza e comprensione Capacità comunicative e argomentative Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione Votazione < 183Conoscenza e Comprensione Lo studente identifica solo parzialmente le caratteristiche dei concetti. Le connessioni tra i concetti risultano frammentarie e scarsamente supportate da conoscenze teoriche. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente individua solo alcuni elementi rilevanti in un fenomeno, senza riuscire a integrarli in un’analisi organica. Capacità comunicative e argomentative Nella prova orale lo studente elabora un’argomentazione essenziale, priva di articolazione logica e caratterizzata da numerose imprecisioni espositive. Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione Lo studente riesce a ricostruire solo alcuni aspetti del proprio percorso di apprendimento e sviluppo professionale. Votazione 18-22 Conoscenza e Comprensione Lo studente riconosce e restituisce la maggior parte delle caratteristiche concettuali e riesce a fornirne una spiegazione relativamente coerente, sebbene con qualche imprecisione. I riferimenti teorici sono presenti ma non sempre in modo rigoroso. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente è in grado di riconoscere un numero significativo di elementi e di fornire una spiegazione parziale, pur evidenziando alcune lacune nell’analisi. Capacità comunicative e argomentative Nella prova orale lo studente costruisce un’argomentazione di base, dotata di una struttura minima ma con alcune imprecisioni. Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione Lo studente dimostra una consapevolezza di base del proprio percorso di apprendimento, riuscendo a tracciare collegamenti essenziali tra le esperienze formative, sebbene con alcune imprecisioni. Votazione 23-27 Conoscenza e Comprensione Lo studente dimostra una comprensione approfondita delle caratteristiche concettuali. Nella prova orale le spiegazioni risultano ben articolate e supportate da un uso adeguato dei riferimenti teorici. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente individua con precisione gli elementi essenziali di un fenomeno. L’applicazione delle conoscenze avviene con un rigore metodologico non sempre solido. Capacità comunicative e argomentative Nella prova orale lo studente sviluppa un’argomentazione coerente e ben organizzata, dimostrando una buona padronanza del linguaggio e una struttura logico-argomentativa solida. La comunicazione risulta chiara ed efficace. Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione Lo studente analizza il proprio percorso di apprendimento in modo chiaro e strutturato, mettendo in evidenza relazioni significative tra le diverse tappe evolutive e dimostrando una buona capacità di riflessione critica. Votazione 28-30 Conoscenza e Comprensione Lo studente evidenzia una padronanza completa dei concetti, articolando connessioni complesse e fornendo spiegazioni esaustive. I riferimenti teorici sono utilizzati con pertinenza e rigore. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente evidenzia una capacità avanzata di analisi di un fenomeno, individuando e interpretando in modo esaustivo tutti gli elementi salienti. L’applicazione delle conoscenze avviene con rigore metodologico, supportato da un’argomentazione solida e articolata. Capacità comunicative e argomentative Nella prova orale lo studente elabora un’argomentazione solida e articolata, con un impianto logico rigoroso e un elevato livello di coerenza testuale. Il discorso è fluido e ben strutturato. Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione Lo studente evidenzia una capacità avanzata di autoriflessione, elaborando un’analisi articolata e approfondita del proprio percorso di apprendimento e sviluppo professionale. Le connessioni tra esperienze formative e concetti teorici risultano chiare, coerenti e rigorose.

H. Tian, G. Boschloo, A. Hagfeldt, Molecular Devices for Solar Energy Conversion and Storage, Springer, 2018 (https://doi.org/10.1007/978-981-10-5924-7)Appunti, articoli o/e dispensa fornita dai docenti

Obiettivi generali Presentare i concetti base della chimica (con richiami relativi alla chimica fisica delle interfacce e interfasi) delle formulazioni, le classi di composti organici e polimerici impiegate nell’ambito e le principali applicazioni industriali e di ricerca scientifica e tecnologica. Conoscenze e capacità di comprensione Al termine del corso lo studente: Sa distinguere la tipologia di formulazione in esame sulla base dei suoi componenti (soluzione micellare, emulsione, dispersione, microemulsione, schiuma, formulazione solida) Sa individuare chiaramente componenti attivi e additivi compatibilizzanti in una formulazione Conosce gli strumenti descrittivi principali di interfacce e interfasi complesse costituenti le formulazioni Conosce i metodi di caratterizzazione principale delle dispersioni colloidali Conoscenza e capacità di comprensione applicate. Sa proporre metodi di preparazione di una data formulazione in funzione della sua natura Sa proporre linee di sviluppo ulteriori di formulazioni esistenti, controllando in particolare: stabilità, proprietà reologiche, aspetto, disponibilità del principio attivo Conosce gli ambiti principali di applicazione della chimica delle formulazioni E' in grado di sviluppare formulazioni originali, prevalentemente basate su acqua come mezzo disperdente Autonomia di giudizio. Sa contestualizzare problemi classici della chimica delle formulazioni quali la dispersione in un ambiente liofobo, la veicolazione selettiva e il dosaggio nel tempo di un principio attivo. Sa proporre formulazioni originali per gestire i succitati problemi in ambiti quali: la detergenza, il drug delivery, le vernici, gli adesivi, le formulazioni agroalimentari, i cosmetici e le formulazioni speciali reattive Abilità comunicative. Conosce la terminologia specifica della chimica delle formulazioni ed è in grado di utilizzarla sia in forma scritta sia in forma orale, allo scopo di riassumere in modo completo e coinciso le caratteristiche e le possibili soluzioni di problemi formulativi. Capacità di apprendere. E' in grado di estendere quanto appreso a casistiche non trattate durante il corso. E' in particolar modo in grado di gestire autonomamente l'ampia letteratura tecnica dedicata alle Formulazioni. Conosce gli strumenti di ricerca della letteratura dedicata, inclusi i brevetti.

Rilevanza della chimica delle formulazioni, con esempi relativi a prodotti commercialmente disponibili e nuove applicazioni tecnologiche. Definizione di tensioattivo e relazioni proprietà struttura. Richiami sui processi di autoassemblaggio in soluzione. Aspetti termodinamici della formazione di strutture colloidali. Principali classi di surfattanti organici e polimerici: preparazione, proprietà ambiti di applicazione. Concentrazione critica micellare: definizione, metodi di misura e dipendenza dalle caratteristiche della formulazione. Diagrammi di fase di sistemi anfifilici. Liposomi: formazione, caratteristiche e applicazioni. Dispersioni e teoria DLVO. Emulsioni e microemulsioni. Descrittori qualitativi e quantitativi delle caratteristiche chimico fisiche dei componenti una emulsione. Caratteristiche di una microemulsione. Il sistema HLB, principi e applicazioni. Schiume. Formulazioni solide. Principi base, componenti ed esempi di formulazioni per: detergenza, adesivi, veicolazione di farmaci, vernici, formulazioni di interesse agroalimentare, formulazioni per tintura. Formulazioni reattive. Proprietà reologiche di fluidi non newtoniani.Principali strumentazioni di interesse per la produzione e la caratterizzazione di formulazioni.

Colloquio orale mirante a verificare la capacità di riconoscere la funzione specifica svolta da ciascun elemento introdotto in una formulazione complessa. Saper distinguere la natura di una formulazione in base ai suoi componenti. Saper selezionare, almeno per classi generali, i componenti di una formulazione in base alla natura del principio attivo e alla applicazione finale.Conoscere i principali campi di applicazione della chimica delle formulazioni. Saper correttamente classificare i tensioattivi sia dal punto di vista delle loro applicazioni sai dal punto di vista delle loro caratteristiche strutturali.Saper proporre strategie per sviluppare formulazioni innovative, una volta noti i vincoli relativi alla particolare applicazione di riferimento. Schema di valutazione: Votazione < 18Votazione insufficiente; non raggiunto il livello minimo di preparazione. Votazione 18-21Preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, capacità di elaborazione critica limitata. Votazione 22-24Preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma limitata, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta. Votazione 25-27Preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare. Votazione 28-30LPreparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata.

Libri di testo: Introduction to applied colloid and surface chemistry. G. M. Kontogeorgis, M. Georgios 2016 John Wiley & Sons Formulation Science and Technology (vol.1-2). T. F. Tadros, 2018 Walter de Gruyter GmbH Formulation Technology: Emulsions, Suspensions, Solid Forms. H. Mollet, A. Grubenmann 2001 WILEY‐VCH Verlag GmbH Jonathan W. Steed, David R. Turner, Karl J. Wallace, Core Concepts in Supramolecular Chemistry and Nanochemistry, John Wiley&Son SlidesRegistrazione delle lezioni

D1 - CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: 1 Conoscere i principi base della termodinamica delle interfasi e delle interfacce 2 Descrivere i processi cinetici e termodinamici che portano alla formazione di sistemi complessi stabili 3 Comprendere i concetti di doppio strato elettrico. D2 - CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: 1 Prevedere il livello di stabilità di una fase sulla base di considerazioni termodinamiche e cinetiche 2 Ottenere informazioni chimico-fisiche dalle tecniche di viscosimetria e scattering di luce 3 Ottenere informazioni dinamiche e strutturali dalle tecniche spettroscopiche D3 - AUTONOMIA DI GIUDIZIO Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: 1 Scegliere le tecniche più utili per l'analisi strutturale di una fase in sospensione 2 Selezionare le tecniche ed i parametri sperimentali utili ad ottenere specifiche informazioni dinamiche e strutturali 3 Affrontare una discussione critica sulle relazioni tra struttura e proprietà funzionali in un sistema complesso D4- ABILITA' COMUNICATIVE Saper descrivere in forma scritta in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente con proprietà di linguaggio gli obiettivi, il procedimento ed i risultati delle elaborazioni effettuate. D5 - CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO Risultati attesi: 1 Raccogliere e comprendere le nuove informazioni utili per razionalizzare le proprietà di sospensioni. 2 Raccogliere e comprendere le informazioni circa l'evoluzione tecnologica di alcune tecniche spettroscopiche.

Richiami di termodinamica di superfici e interfacce. Stabilità cinetica e termodinamica delle dispersioni colloidali. Il concetto di doppio strato elettrico. La carica superficiale nei sistemi colloidali. Diffusione e trasporto. I processi irreversibili: l’approccio di Onsager Analisi quantitativa delle soluzioni acquose: la teoria Derjaguin-Landau-Vervey- Overbeek (DLVO). Metodologie di caratterizzazione di sospensioni colloidali e di solidi da esse isolati: · Diffusione statica e dinamica di radiazione (Static (SDS) and Dynamic Light Scattering, DLS)) · Determinazione del potenziale zeta · Viscosimetria e reologia · Turbidimetria Caratterizzazione strutturale, morfologica e superficiale di sistemi complessi. Verranno discussi in particolare SEM/TEM, TGA/DSC, NMR.

Non sono presenti prove in itinere; La verifica dell'apprendimento dei risultati previsti dai descrittori D1-D5 viene effettuata mediante un colloquio, durante il quale vengono poste allo studente almeno due domande su diverse parti del programma (conduttimetria, elettrochimica). Il colloquio, oltre ad accertare l'acquisizione di conoscenze e competenze disciplinari, tenderà a verificare le capacità di analisi critica, l’autonomia di giudizio e le capacità espositive dello studente; La votazione finale, che si riferisce al solo colloquio, viene graduata secondo il criterio seguente:18-20: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, capacità di elaborazione critica limitata;21-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28 – 30: preparazione completa sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, capacità di pensiero critico e autonomo, padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione e riflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline;30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline.

Dispense del docente.

Gli obiettivi sono descritti secondo gli indicatori di Dublino D1-5 D1 - CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di leggere un articolo scientifico che tratti della sintesi e caratterizzazione di sistemi supramolecolari (chimica host-guests, sensori, sistemi autoassemblanti e biomimetici, macchine molecolari). Per raggiungere questo scopo durante il corso vengono analizzati una serie di articoli molto recenti che spiegano ed esemplificano gli argomenti trattati. Il corso fornisce allo studente conoscenze specifiche nei seguenti ambiti: 1 Metodi spettroscopici (NMR, UV, IR, microcalorimetria, Surface Plasmon Resonance, Massa) per la determinazione delle interazioni molecolari 2 Metodi di sintesi dei principali sistemi host (cavitandi, sferandi, macrocicli) 3 Principali applicazioni della chimica host-guest, uso delle interazioni non-covalenti per la costruzione di sistemi supramolecolari D2 - CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: 1 Disegnare una molecola host dato un guest 2 Immaginare sistemi host-guest in diversi ambiti applicativi 3 Immaginare la tecnica analitica più indicata a studiare un sistema host-guest D3 - AUTONOMIA DI GIUDIZIO Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di leggere criticamente un articolo scientifico, analizzarne i contenuti, giudicare eventuali debolezze e punti di forza dell’articolo, prevedere possibili limitazioni sperimentali ed applicative, immaginare in modo creativo ulteriori sviluppi della tecnica presentata dall’articolo. Il docente stimola la discussione critica degli articoli presentati in classe in modo da abituare lo studente a questo tipo di analisi della letteratura scientifica. D4-CAPACITA' COMUNICATIVE Alcuni studenti potranno presentare approfondimenti di argomenti specifici che sono poi discussi insieme in classe. La preparazione delle presentazioni implica l'apprendimento di come comunicare contenuti scientifici e come impostare una presentazione scientifica. D5 - CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO Risultati attesi: 1 Raccogliere e comprendere le nuove informazioni utili per razionalizzare le proprietà di nuovi sistemi host-guest pubblicati nella letteratura scientifica 2 Raccogliere e comprendere le informazioni circa l'evoluzione dei sistemi supramolecolari e delle loro proprietà

introduzione alla chimica supramolecolare e la chimica host/guest le interazioni non covalenti tra molecole: il legame ad idrogeno, i polimeri supramolecolari metodologie analitiche per studiare le interazioni supramolecolari: NMR, massa, fluorescenza, calorimetria, SPR ed altre tecniche evoluzione delle strutture degli hosts: dai crown ethers ai cavitandi: analisi della chimica host/guest e delle applicazioni in vari ambiti di: crown ethers, criptandi, sferandi, lariat ethers, calixareni, cucurbiturili, ciclodestrine. macchine molecolari: i rotaxani di Stoddart, i muscoli molecolari di Sauvage, i rotori molecolari di Feringa le macchine molecolari a movimento unidirezionale: i cricchetti molecolari approfondimenti degli studenti

Esame solo orale basato su colloquio sugli argomenti trattati a lezione e su approfondimenti di letteratura scientifica.Alcuni studenti decidono di approfondire un argomento sotto forma di saggio breve facendo una presentazione durante le lezioni frontali (un blocco di 2-3 lezioni al termine del corso è destinato alle presentazioni in classe). Gradazione della valutazione:18-19: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, molte lacune e capacità di elaborazione critica limitata;20-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico non accurato e capacità espositiva piuttosto incerta;24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline

slides (su Moodle) articoli di riviste scientifiche (su Moodle) libri di testo

Lo scopo del corso è di introdurre lo studente alla spettroscopia vibrazionale, elettronica e magnetica facendo uso estensivo della teoria dei gruppi e della meccanica quantistica come strumenti essenziali per la pratica moderna della spettroscopia sui complessi di metalli di transizione. Conoscenze e capacità di comprensioneLo studente deve dimostrare di possedere le conoscenze e gli strumenti metodologici necessari per interpretare i fenomeni alla base della interazione della radiazione elettromagnetica con la materia. Lo studente deve essere in grado di individuare autonomamente quali sono i fattori che determinano la probabilità di osservare assorbimento della luce da parte del sistema molecolare investigato. Lo studente deve essere in grado di definire le regole di selezione per le diverse spettroscopie. Lo studente deve familiarizzare con i termini propri della disciplina, e spiegare a persone esperte le nozioni sulle interazione luce/materia, la loro relazione con le spettroscopie e la loro applicazione a sistemi semplici nella chimica di coordinazione. Conoscenza e capacità di comprensione applicateLo studente deve dimostrare di essere in grado di risolvere svolgere calcoli di chimica quantistica molecolare con il codice Gaussian per ottenere le frequenze di vibrazione, le energie degli orbitali molecolari, le energie di eccitazione e i parametri di spettroscopia di risonanza elettronica per sistemi semplici di composti di coordinazione. Autonomia di giudizioLo studente ha la capacità di raccogliere e interpretare i dati ritenuti utili a determinare la risposta ad un problema quantitativo o qualitativo dato, relativo a proprietà spettroscopiche di un sistema molecolare. Lo studente ha la capacità di integrare le conoscenze e gestire la complessità, nonché di formulare conclusioni sulla base delle parziali informazioni raccolte. Abilità comunicativeLo studente, grazie alla stesura di una relazione scritta delle esperienze di laboratorio di chimica quantistica, sa comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità informazioni, idee, problemi e soluzioni relativi alle proprietà spettroscopiche di sistemi molecolari a interlocutori specialisti e non specialisti. Capacità di apprendimentoLo studente sviluppa quelle capacità di apprendimento che sono necessarie per intraprendere studi successivi e attività di ricerca per lo più in modo auto-diretto o autonomo.

Parte I: Teoria dei gruppi. Gruppi puntuali. Simmetria. Tabelle dei caratteri. Rappresentazioni riducibili e irriducibili. Formula di decomposizione. Teoria degli orbitali molecolari. LCAO. Teoria delle perturbazioni. Operatori di proiezione. Parte II: Introduzione alla spettroscopia. Spettroscopia vibrazionale. Momento di dipolo di transizione. Regole di selezione di simmetria. Modi normali di vibrazione. Esercitazione I (Analisi dello spettro vibrazionale di Mn(CO)₅Br). Parte III: Metodi di calcolo quantomeccanici. Funzioni di base. Ripasso della teoria Hartree-Fock. Fondamenti della teoria del funzionale della densità (DFT). Formalismo di Kohn-Sham. Tipi di funzionali di scambio e correlazione. Parte IV: Spettroscopia UV-visibile. Transizioni elettroniche. Principio di Franck-Condon. Forza del dipolo di transizione. Regole di selezione di spin e di simmetria. Forza dell’oscillatore. Simboli di termine. Campo cristallino. Effetto Jahn-Teller. Transizioni d-d. Accoppiamento vibronico. Diagrammi di Orgel e di Tanabe Sugano. Serie spettrochimica. Calcolo delle energie di eccitazione con Time-Dependent DFT (TD-DFT). Esercitazione II (Analisi dello spettro UV-vis di [Ti(H₂O)₆]³⁺). Parte V: Spettroscopia EPR. Magnetismo. Effetto Zeeman. Interazione iperfine. Accoppiamento spin-orbita. Tensore g. Tensore iperfine A. Isotropia e anisotropia. Esercitazione III (Analisi dello spettro EPR di [Ti(H₂O)₆]³⁺).

Vengono valutate le relazioni sulla parte di laboratorio computazionale che andranno consegnate almeno una settimana prima rispetto alla data dell'appello d'esame.La prova orale consiste in una prima parte di discussione sulle relazioni. Successivamente vengono poste alcune domande sia di natura generale che più di dettagli sugli argomenti svolti in aula durante le lezioni frontali sia sui contenuti delle esercitazioni svolte in laboratorio. La valutazione positivi (18-30L) viene stabilita secondo i seguenti criteri:18-19: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che, nel caso della prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, con una capacità di elaborazione critica limitata;20-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline.

Materiale didattico in forma di slide e appunti fornito dal docente. Testi: Symmetry and spectroscopy by D. C. Harris and M. D. Bertolucci (Dover). Physical methods in chemistry by R. S. Drago (Saunders).

L'obiettivo del corso è fornire agli studenti un'introduzione ai moderni metodi di sintesi dei polimeri, specificamente focalizzati sui meccanismi avanzati di polimerizzazione e sui polimeri di interesse per la chimica della formulazione. Inoltre, verrà data particolare enfasi alla struttura e alle proprietà dei polimeri naturali/biobased. Gli studenti conosceranno lo stato dell'arte dei metodi di polimerizzazione a catena, i collegamenti tra metodi di polimerizzazione controllata e vivente e le caratteristiche molecolari delle catene polimeriche risultanti (massa molare, dispersione della catena, architettura). Inoltre, gli studenti acquisiranno una conoscenza significativa sull'impatto dei metodi innovativi di polimerizzazione sui processi industriali e sulla sostenibilità dei più promettenti polimeri naturali/biobased.Sapranno valutare l'applicabilità in laboratorio di sintesi di polimeri riportate nella letteratura recente e da venire. Saranno in grado di evidenziare e presentare i punti critici delle suntesi innivatrive dei polimeri.

Metodi moderni per la sintesi di polimeri 1 Introduzione: Polimerizzazioni a catena viva e controllata 2. Polimerizzazioni radicaliche a trasferimento atomico (ATRP) 3. Polimerizzazioni radicaliche mediate da nitrossido (NMP) 4. Polimerizzazioni reversibili per addizione-frammentazione a trasferimento di catena (RAFT) 5. Autoassemblaggio indotto da polimerizzazione (PISA) 6. Polimerizzazioni anioniche 7. Polimerizzazioni ad apertura di anello vivente (LROP). 8. Polimerizzazioni ad apertura d'anello organocatalitiche 9. Polimerizzazione a metatesi ad anello aperto (ROMP) 10. Sintesi di polimeri sfruttando le reazioni click Polimeri di origine naturale, bioplastiche e polimeri da monomeri sostenibili Struttura, proprietà, applicazioni dei polimeri naturali. Modifica di polimeri a base di carboidrati e polimeri a base di cellulosa, lignina, fibroina, cheratina e polimeri a base di proteine Approcci sintetici, proprietà e applicazioni di polimeri biobased e biodegradabili (acido polilattico, poliglicolico, poliidrossialcanoati

L'esame consiste in una prova orale in cui sono discussi gli argomenti presentati nelle lezioni. A questo fine lo studente dovrà individuare tre lavori di letteratura (ricerche orginali) e discuterne gli aspetti relativi alle sintesi utilizzate. Oltre all’apprendimento delle nozioni fondamentali esposte nel corso, vengono valutate anche le capacità e attitudini dello studente ad adattare i fondamenti teorici della sintesi dei polimeri a particolari condizioni operative e pratiche viene infine valutata la capacità espositiva e adeguatezza del linguaggio dello studente.

Saranno fornite pubblicazioni scientifiche relative agli specifici argomenti del corso Presentazioni powerpoint con i contenuti delle varie lezioni

L'insegnamento fornirà allo studente la descrizione dei principali metodi spettroscopici e spettrometrici utilizzati per l’analisi di molecole organiche di piccole e medie dimensioni (metaboliti primari e secondari, piccole molecole di sintesi, peptidi, oligonucleotidi, oligosaccaridi) di interesse nell'ambito delle Scienze della Vita. In particolare verranno descritte le spettroscopie infrarossa (IR) e di Risonanza magnetica Nucleare (NMR) e la spettrometria di massa (MS). Le esercitazioni pratiche consentiranno allo studente di apprendere la metodologia di identificazione della struttura chimica di una molecola organica a partire dai relativi spettri, anche con il supporto di siti web di spettri disponibili per scopi didattici. Conoscenze e capacità di comprensione Al termine di questa attività formativa, lo studente sarà in grado di: 1. descrivere i principi alla base della spettroscopia, della spettrometria di massa (MS) e della spettroscopia NMR; 2. descrivere le principali caratteristiche di uno spettro IR, di MS ed NMR e le informazioni in essi contenute; 3. descrivere le componenti fondamentali di strumenti MS; 4. descrivere le principali reazioni di frammentazione di molecole organiche che possono aver luogo in una sorgente di ionizzazione; 5. individuare nuclei attivi e sperimentalmente studiabili con la spettroscopia NMR; 6. descrivere le principali caratteristiche degli spettri NMR bidimensionali e le informazioni in essi contenute; 7. descrivere le principali applicazioni di IR, MS ed NMR allo studio delle biomolecole. Capacità di applicare le conoscenze acquisite Al termine di questa attività formativa, lo studente sarà in grado di: 1. correlare la frequenza e l'intensità delle bande presenti in uno spettro IR alla struttura dei composti organici e alle strutture secondarie delle proteine; 2. prevedere l’aspetto degli spettri IR, MS e NMR di semplici biomolecole organiche; 3. correlare dati sperimentali ottenuti da spettri IR, MS e NMR alle caratteristiche strutturali delle molecole organiche; 4. analizzare spettri di MS, IR e NMR determinando grandezze utili quali il rapporto m/z, le abbondanze relative degli ioni, i chemical shift, le costanti di accoppiamento. Autonomia di giudizio Al termine di questa attività formativa, lo studente sarà in grado di: 1. scegliere le tecniche analitiche più adatte all'analisi strutturale di una molecola d'interesse; 2. selezionare le tecniche più adatte ad ottenere specifiche informazioni strutturali e conformazionali, nonché a studiare fenomeni di interazione molecolare; 4. attribuire i segnali presenti nello spettro 1H-NMR di una biomolecola a basso peso molecolare sulla base di spettri NMR mono- e bi-dimensionali (COSY, 2D-TOCSY, 2D-NOESY, HSQC). Questa abilità verrà sviluppata anche attraverso le attività previste durante le esercitazioni Abilità comunicative Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione. Capacità di apprendimento Al termine di questa attività formativa, lo studente sarà in grado di: 1. raccogliere e comprendere le nuove informazioni utili per razionalizzare le proprietà strutturali di composti organici di interesse biologico; 2. raccogliere e comprendere le informazioni circa l'evoluzione delle tecniche spettroscopiche e spettrometriche nel contesto dell'analisi di biomolecole e delle loro interazioni molecolari.

Spettroscopia IR Teoria della risonanza IR; bande caratteristiche delle classi di composti organici; discussione dettagliata delle modalità di assorbimento ed emissione della radiazione IR in relazione alla struttura molecolare. Spettrometria di massa Principi della spettrometria di massa; massa esatta; sorgenti e analizzatori usati negli spettrometri di massa; applicazioni della spettroscopia di massa allo studio delle proteine Spettroscopia NMR Il fenomeno dello spin nucleare; nuclei dotati di spin; il fenomeno dello spostamento chimico; l’accoppiamento di spin; gli spettri dell’idrogeno e del carbonio; lo spettrometro NMR a trasformata di Fourier; acquisizione dei dati e trasformazione del segnale; il trasferimento di magnetizzazione nello spazio e l’effetto NOE; spettri bidimensionali (COSY, TOCSY, NOESY ed HSQC); interpretazione di spettri di piccole molecole organiche (metaboliti, sostanze di sintesi); applicazioni delle spettroscopia NMR a studi di riconoscimento molecolare e al disegno razionale di farmaci.

Modalità d'Esame e ValutazioneEsame scritto che prevede domande sulla teoria e sulle applicazioni di IR, MS e NMR e la risoluzione di un esercizio che comporta l'assegnamento delle risonanze di una biomolecola a basso peso molecolare sulla base di spettri NMR mono- e bi-dimensionali. Lo scritto dura 2 ore.L'esame non si limiterà alla semplice verifica delle nozioni, ma valuterà la capacità di collegare concetti e applicazioni differenti. Criteri di ValutazioneIl voto finale scaturisce da un bilancio complessivo basato su quattro pilastri fondamentali: Conoscenza teorica e livello di comprensione dei concetti. Capacità di applicare praticamente le conoscenze acquisite. Competenze comunicative e argomentative durante l'esposizione. Capacità di apprendimento autonomo, autovalutazione e autoregolazione. Fasce di Giudizio 18–21 (Sufficiente)Lo studente mostra una conoscenza essenziale e talvolta superficiale dei temi del corso. La comprensione dei concetti chiave è prevalentemente mnemonica, con una limitata capacità di rielaborazione autonoma o di collegamento tra gli argomenti. Il linguaggio scientifico e la terminologia specifica sono utilizzati in modo accettabile, sebbene si riscontrino imprecisioni o incertezze concettuali. 22–24 (Discreto)La conoscenza dei contenuti è adeguata e la comprensione dei concetti di base è consolidata. Lo studente è in grado di esporre la materia in modo corretto e accenna a legami logici tra i diversi processi, pur necessitando di una guida per l'integrazione critica delle informazioni. La terminologia specifica è utilizzata con discreta precisione e accuratezza. 25–27 (Buono)Lo studente dimostra una buona padronanza del programma e una solida comprensione delle logiche sottostanti. Dimostra capacità nel saper applicare le nozioni teoriche a contesti pratici e riesce a stabilire collegamenti fluidi e coerenti tra i vari macro-temi del corso. Il linguaggio scientifico è appropriato, preciso e ben padroneggiato. 28–30 e Lode (Ottimo–Eccellente)La conoscenza della materia è completa, approfondita e supportata da una spiccata attitudine alla riflessione critica e alla sintesi personale. L'esposizione è fluida, rigorosa e strutturata in modo impeccabile, con un uso magistrale e naturale della terminologia scientifica. Il punteggio massimo (30/30 con eventuale lode) certifica l'eccellenza assoluta in termini di visione d'insieme, proprietà di linguaggio e abilità argomentative.

Slides. A disposizione sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento. Dispense. A disposizione sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento. Testi consigliati. “Spectrometric Identification of Organic Compounds” R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. Kiemle"Analisi Strutturale delle Molecole", Randazzo, Mangoni, Giorgi e Gobetto“Guida Pratica alla interpretazione di Spettri NMR”, Antonio Randazzo. Saranno rese disponibili le videoregistrazioni delle lezioni.

Obiettivo principale dell’insegnamento è fornire allo studente i fondamenti teorici e gli strumenti operativi delle principali strategie analitiche per l’ottimizzazione razionale di formulazioni e per il trattamento adeguato dell'informazione contenuta nei dati chimici sperimentali, così da consentire lo sviluppo di un approccio science-based che focalizzi il meccanismo di azione di ciascun componente che contribuisce al raggiungimento delle funzionalità richiesta della formulazione. La conoscenza dei principi e delle condizioni operative delle principali tecniche nell’ambito del disegno sperimentale per le formulazioni e le miscele verrà sviluppata insieme alla capacità di scegliere e di gestire gli approcci di indagine più adatti alle finalità dell’analisi. Lo studente saprà quindi valutare le caratteristiche degli approcci fondamentali, i campi di applicazione, individuarne i vantaggi e gli svantaggi e sarà quindi in grado di suggerire la scelta della soluzione ritenuta più idonea per uno specifico problema. In particolare, al termine del corso, lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto i seguenti obiettivi formativi: Conoscenza e capacità di comprensione: o descrivere le principali strategie analitiche per le formulazioni presentati nel corso o descrivere i parametri fondamentali per la valutazione dei risultati o descrivere vantaggi e svantaggi dei diversi approcci studiati Capacità di applicare conoscenza e comprensione o selezionare la strategia più adatta ad affrontare un problema specifico o prevedere quale tipo di informazione sarà possibile enucleare dai dati in esame o valutare la possibilità di utilizzare strategie alternative per la soluzione del problema Autonomia di giudizio o acquisire le conoscenze e competenze in grado di sviluppare una capacità di comprensione critica dei principali metodi di disegno sperimentale applicato all’ambito delle formulazioni o selezionare gli approcci ed i parametri utili ad estrarre specifiche informazioni dai dati in esame o redigere e giustificare una discussione critica sui metodi utilizzati e sui risultati ottenuti Capacità di apprendimento o comprendere le diverse tecniche studiate e la loro collocazione metodologica al fine di un impiego corretto e mirato al problema da risolvere

Introduzione al disegno sperimentali per le formulazioni. Introduzione al disegno sperimentale: terminologia e metodologia della ricerca sperimentale: analisi del problema, pianificazione degli esperimenti, esecuzione degli esperimenti, analisi dei dati e modellazione. Disegni fattoriali completi per lo screening: codifica dei fattori, piano sperimentale e matrice sperimentale, calcolo degli effetti e loro varianza, calcolo dei coefficienti con la regola dei segni. Disegni fattoriali frazionari: effetti confusi e risoluzione. Disegni di Plackett-Burman e utilizzo di fattori dummy. Modelli di regressione per il disegno sperimentale, stima dei coefficienti, matrici di informazione e dispersione, varianza dei residui come stima della varianza sperimentale, gradi di libertà nel disegno sperimentale. Diagnostica del modello di regressione: ANOVA e lack of it, residui, normal probability plot, precisione delle predizioni, intervalli di confidenza per i coefficienti, convalida attraverso punti di prova. Metodi di ottimizzazione: il metodo di path ascent e metodo simplex, disegni fattoriali completi a tre livelli, i disegni compositi centrali, i disegni di Dohelert, i disegni di Box-Behnken, i disegni D-ottimali. Superfici di risposta. Modellazione a risposta multipla: desiderabilità e fronte di Pareto. Esempi di applicazioni del disegno sperimentale per fattori indipendenti. Disegni sperimentali per le formulazioni. Dominio sperimentale per miscele e simplex, plot ternari per miscele. Metodi di regressione per i disegni sperimentali per le miscele: polinomi canonici, interpretazione di coefficienti ed effetti. Disegni per miscele: Simplex-Lattice e Simplex-Centroid Designs. Domini sperimentali regolari e irregolari per miscele: limiti inferiore e superiore, consistenza dei limiti, pseudo componenti, determinazione del dominio simplex e numero di vertici. Disegni sperimentali per miscele con domini regolari e irregolari. Punti candidati per domini irregolari. Disegni D-optimal e identificazione del punto di controllo per miscele. Strategie per la selezione di componenti significative per ottimizzare la funzionalità della formulazione. Approcci per lo studio di sistemi comprendenti miscele e fattori indipendenti. Esempi di applicazioni del disegno sperimentale per lo studio di formulazioni. Esperienze pratiche in laboratorio per acquisire strumenti e metodi di analisi.

L'esame consiste in una prova orale in cui sono discussi gli argomenti presentati nelle lezioni. Nella prova orale viene anche discussa una relazione relativa ad un case study fornito dal docente e sviluppato dallo studente. Oltre all’apprendimento delle nozioni fondamentali esposte nel corso, vengono valutate anche le capacità e attitudini dello studente ad adattare i fondamenti teorici a particolari condizioni operative e pratiche; viene inoltre valutata la capacità espositiva e adeguatezza del linguaggio dello studente. Non sono previsti salti di appello. L’esame può essere sostenuto a richiesta in lingua inglese.

Vengono fornite le slide delle lezioni sulla pagina e-learning del corso. Inoltre, il docente fornisce tramite piattaforma e-learning un libro elettronico sui fondamenti del disegno sperimentale. Oltre al materiale didattico fornito dal docente, può risultare utile il seguente libro di testo: Gareth A. Lewis, Didier Mathieu, Roger Phan-Tan-Luu, Pharmaceutical experimental design, Dekker, New York, 1999. Il libro è disponibile in formato elettronico nella biblioteca di ateneo. Vengono infine forniti strumenti di calcolo in Excel e Matlab per affrontare le esperienze pratiche di laboratorio.

L'insegnamento si propone di fornire conoscenza approfondita sulla natura dei prodotti organici di interesse per l’industria chimica-biotecnologica e sulle metodologie di sintesi chimica e chemo-enzimatica, evidenziando vantaggi e svantaggi dell’utilizzo dei biocatalizzatori. Conoscenza e capacità di comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere le basi chimiche delle reazioni selettive e specifiche; dovrà saper riconoscere vantaggi/svantaggi delle metodologie di sintesi classiche e le strategie di sintesi mediante l'utilizzo di sistemi biologici (enzimi isolati o cellule intere); dovrà conoscere la rilevanza di alcune classi di enzimi utili per la produzione biotecnologica industriale (alcol deidrogenasi, lipasi, esterasi). Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a metodologie sintetiche utilizzate nell'ambito della ricerca o nei processi industriali. Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di elaborare quanto appreso e saper riconoscere le situazioni e i problemi in cui le metodologie chimiche apprese possano essere utilizzate. Tali capacità verranno sviluppate con il supporto delle esercitazioni. Abilità comunicative. Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione. Capacità di apprendimento Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e saprà analizzare, applicare, integrare e collegare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti correlati alla produzione di prodotti chimici di interesse merceologico dell'industria chimica-biotecnologica.

Rilevanza delle biotrasformazioni e dei bioprocessi nella produzione di prodotti di interesse industriale: principi attivi farmaceutici, additivi e aromi alimentari, added-value chemicals, polimeri bio-based. Vantaggi e svantaggi rispetto alla sintesi chimica tradizionale. Principi e approcci di chimica verde Strumenti biotecnologici nella risoluzione di racemi, nelle sintesi selettive e specifiche, sintesi asimmetriche. Esempi applicativi nella produzione di composti di interesse industriale (principi attivi farmaceutici, additivi e aromi alimentari, added-value chemicals, polimeri bio-based). Vantaggi e svantaggi rispetto ai metodi chimici tradizionali Metodi di sintesi di prodotti di interesse industriale mediante approcci biotecnologici (biotrasformazioni), vantaggi e svantaggi rispetto alla sintesi chimica tradizionale3.1 Trasformazioni ossido-riduttive: rilevanza industriale/farmaceutica, chimica tradizionale e approcci biotecnologici a confronto. Esempi di applicazioni industriali: le alcol deidrogenasi, meccanismo di reazione, cofattori, specificità di substrato e stereoselezione.3.2 Trasformazione dei derivati degli acidi carbossilici: rilevanza industriale/farmaceutica, chimica tradizionale e approcci biotecnologici a confronto. Esempi di applicazioni industriali: le lipasi e le esterasi, meccanismo di reazione, specificità di substrato e stereoselezione.3.3 Trasformazione dei fosfolipidi: rilevanza industriale/farmaceutica, chimica tradizionale e approcci biotecnologici a confronto. Esempi di applicazioni industriali: le fosfolipasi, meccanismo di reazione, specificità di substrato e stereoselezione. Design of experiment (DoE): cenni sull’approccio DoE nell’ottimizzazione di processo con esempi di applicazione industriale

Prova orale: prevede una domanda di ordine generale, riguardante uno degli argomenti trattati durante le lezioni frontali. Durante la prova lo studente dovrà dimostrare la capacità di collegare tra loro i vari argomenti trattati nel corso. Lo studente dovrà dimostrarsi in grado di esporre con chiarezza e con proprietà di linguaggio le conoscenze acquisite, dimostrando la loro completa comprensione.

Slides reperibili sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento Videoregistrazioni delle lezioniLibri di testo David Van Vranken, Gregory Weiss Introduction to Bioorganic Chemistry and Chemical Biology Ed. Garland Science

Lo studente dovrà acquisire i fondamenti teorici, concettuali e metodologici sugli aspetti fondamentali e le applicazioni della catalisi, con particolare enfasi nell’ambito energetico ed ambientale. Conoscenze e capacità di comprensione Al termine del corso lo studente conoscerà: - i principi fondamentali della catalisi omogenea ed eterogenea; - i principi fondamentali della fotocatalisi e dell’elettrocatalisi; - i metodi per preparare i catalizzatori omogenei and eterogenei; - i metodi per caratterizzare l’attività catalitica e selettività catalitica; - i metodi per determinare i meccanismi di reazione, con misure cinetiche e con spettroscopie specifiche; - le principali applicazioni della catalisi nel campo dell’energia, dell’industria chimica, della biochimica, dell’ambiente, ecc. - le principali aree di ricerca nell’ambito della catalisi per applicazioni ambientali e energetiche e le relative criticità. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Al termine del corso lo studente è in grado di: - riconoscere il valore aggiunto della catalisi e della sua importanza per accelerare le reazioni chimiche, scegliere le tecniche di caratterizzazione più adatte, individuare gli step limitanti la reazione e come progettare un catalizzatore per accelerarli; - valutare il tipo di catalisi più adatto per una data reazione chimica ed individuare le metodologie di progettazione più idonee. L’obbiettivo finale del corso è rendere lo studente in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere gli argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardante gli aspetti chimici della catalisi. Autonomia di giudizio Al termine del corso lo studente è in grado di: - Riconoscere le potenzialità della catalisi nell’industria chimica, energetica ed ambientale; - Riconoscere potenziale innovativo e le potenziali ricadute a lungo termine della ricerca nell’ambito della catalisi. Abilità comunicative -Al termine del corso lo studente ha appreso come descrivere in una relazione tecnica i principali avanzamenti in un dato settore nell’ambito della catalisi e ad esporre in modo chiaro e sintetico con proprietà di linguaggio gli obiettivi, il procedimento ed i risultati delle elaborazioni effettuate.

1. Aspetti fondamentali: cosa è la catalisi? Cinetica chimica, catalisi e meccanismi di reazione: stadi limitanti la reazione 2. Tipi catalisi Catalisi omogenea Catalisi eterogenea Fotocatalisi Elettrocatalisi 3. Preparazione e caratterizzazione del catalizzatore Preparazione del materiale catalitico Attività e selettività del catalizzatore Misura delle proprietà catalitiche 4. Applicazioni della catalisi Catalisi per l’industria chimica, automobilistica, alimentare e farmaceutica Catalisi per l’ambiente e contro i cambiamenti climatici Catalisi per la conversione e lo stoccaggio dell’energia

La verifica del profitto consiste in una valutazione dei concetti fondamentali esposti a lezione e dalla preparazione di un elaborato su un argomento selezionato tra quelli proposti inerenti la catalisi in ambito di produzione di energia sostenibile, chimica ambientale, agricoltura sostenibile, nuovi materiali innovativi, ecc. La valutazione dei concetti fondamentali trattati a lezione avverrà tramite prove parziali sui contenuti del corso. La valutazione dell'elaborato riguarderà i seguenti aspetti: Il processo di scelta dell'argomento, ricerca bibliografica, organizzazione del materiale, preparazione della bozza e incorporazione del riscontro verrà considerato per valutare l'autonomia e le capacità organizzative dello studente. La presentazione orale, in classe o in sede d'esame, permetterà di valutare le capacità espositive dello studente e la capacità di individuare avanzamenti particolarmente promettenti in un dato ambito della catalisi. La presentazione in classe verrà seguita da una discussione aperta, con domande e contradditorio da parte dei presenti, che permetteranno di verificare il livello delle conoscenze acquisite e l’autonomia di analisi e giudizio. La presentazione e discussione dell'elaborato possono essere sostenute a scelta dello studente in lingua italiana o lingua inglese. Il voto finale, espresso in trentesimi con eventuale lode, è dato dalla media pesata delle valutazioni ottenute nelle diverse prove (prove parziali 25%, elaborato 75%).

Slides presentate a lezione e letture in esse suggerite.

Obiettivo principale è fornire allo studente le conoscenze teorico-pratiche utili per valutare l’interazione tra le attività produttive e l’ambiente in una prospettiva di sostenibilità e gli strumenti per operare in ambito di innovazione. Conoscenze e capacità di comprensioneAl termine del corso lo studente conosce: I fondamenti dello sviluppo sostenibile; Le principali reazioni dei composti antropogenici nei diversi comparti ambientali; Le interazioni e le ripartizioni tra i diversi comparti ambientali; I fondamenti dell'analisi di ciclo di vita. Conoscenza e capacità di comprensione applicateAl termine del corso lo studente è in grado di: Calcolare la ripartizione di composti chimici nei diversi comparti ambientali. Calcolare flussi di massa ed energia nell'analisi di ciclo di vita di un prodotto o un processo. Autonomia di giudizioAl termine del corso lo studente è in grado di: Analizzare le fasi della vita di un prodotto o un processo; Valutare criticamente i risultati ottenuti dall'applicazione dei modelli; Individuare possibili interventi per la diminuzione degli impatti. Abilità comunicativeCapacità di comunicazione scientifica in lingua inglese a livello B2, sia in forma orale che scritta, in contesti tecnico-scientifici. Capacità di apprendereEssere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere gli argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardante la tematica della sostenibilità.

E' ormai ampiamente riconosciuta la necessità di passare da una crescita basata sulle “risorse illimitate” a uno “sviluppo sostenibile”, che fa fronte alle necessità del presente, senza compromettere la capacità delle future generazioni di soddisfare le proprie esigenze. L’Unione Europea vede nella produzione e il consumo sostenibile una sfida cruciale e prioritaria di questo secolo. L’obiettivo è quello di migliorare le prestazioni ambientali dei prodotti e di accrescere la domanda di prodotti e tecnologie a ridotto impatto ambientale creando sinergie tra i vari strumenti politici attraverso un approccio integrato tra progettazione ecocompatibile, etichettatura dei prodotti, incentivi, appalti pubblici e consumi più intelligenti. Argomenti delle esercitazioni: modelli multimedia, analisi del ciclo di vita, potenziale di riscaldamento globale, impronta ecologica, carbon e water footprint. Casi di studio.

Esame orale L'esame prevede un colloquio volto a verificare la conoscenza degli argomenti trattati nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni e la capacità di applicare la conoscenza alla risoluzione di problemi. Nella prova orale, per quanto possibile, lo studente verrà valutato sulla base dei seguenti criteri: (1) conoscenza e capacità di comprensione; (2) capacità di collegare i diversi concetti; (3) autonomia di analisi e di giudizio; (4) capacità di utilizzare correttamente il linguaggio scientifico. Il voto è in trentesimi 18-30/30. E' possibile sostenere l'esame in lingua inglese.

Il materiale didattico dell’insegnamento viene messo a disposizione sulla piattaforma e-learning.

Lo studente dovrà acquisire i fondamenti chimici (teorici, concettuali e metodologici) sulla sintesi, sulla caratterizzazione e sulle applicazioni biomedicali di biomateriali avanzati in scala nanometrica. Il corso prevede una parte orientata allo sviluppo di nanoparticelle per applicazioni diagnostiche e terapeutiche, e una parte dedicata allo sviluppo di biomateriali nanostrutturati per la medicina rigenerativa e protesica. Verranno descritte le strategie chimiche per lo sviluppo di: nano- e biomateriali innovativi da impiegare in teranostica e sensoristica, bio-inchiostri per la stampa 3D di tessuti biologici, dispositivi per il trattamento di problematiche di interesse medico e biologico. Verranno trattati i differenti approcci chimici per sintetizzare e caratterizzare nanomateriali mediante l'impiego di polimeri sintetici, naturali e ibridi.Al termine del corso, in linea con i descrittori di Dublino, lo studente avrà acquisito: Conoscenza e capacità di comprensione: padroneggiare le caratteristiche di materiali nanostrutturati sintetici e naturali utili per applicazioni biomediche. Capacità di applicare conoscenza: scegliere le opportune metodologie sintetiche, di formulazione e manufacturing utili allo sviluppo di nanosistemi (nanoparticelle o biomateriali) per fini diagnostici e/o terapeutici. Autonomia di giudizio: valutare l'applicabilità di polimeri e materiali di varia natura per finalità biomediche differenti. Rilevare le differenti performances di biomateriali in base alle proprietà chimiche, strutturali e biologiche. Valutare l'impiego di tecnologie innovative (es. Intelligenza Artificiale / Machine Learning / Deep Learning) nella sintesi predittiva e automatica di biomateriali innovativi e nella loro caratterizzazione. Valutare la rilevanza applicativa utile alla progettazione razionale di bio- e nanomateriali. Abilità comunicative: saper presentare oralmente e analizzare in modo critico un articolo scientifico originale, partecipando attivamente al contraddittorio e alla discussione aperta sui temi delle nanotecnologie. Capacità di apprendimento: Sviluppare un'autonomia di analisi che permetta di individuare avanzamenti particolarmente promettenti nel settore nanotecnologico e aggiornarsi sulle nuove piattaforme (es. Intelligenza Artificiale) impiegate nel campo

Il corso fornirà una panoramica estesa relativa a biomateriali e nanomateriali per applicazioni biomediche. Saranno inoltre considerati: i dispositivi attualmente utilizzati in pratica clinica per applicazioni diagnostiche e terapeutiche. Le applicazioni di coniugazione, sintesi e caratterizzazione dei principali materiali e l'utilizzo di sistemi innovativi basati su Intelligenza Artificiale finalizzati alla sintesi predittiva, alla sintesi assistita da robotica collaborativa e alle strategie di cratatterizzazione basate su machine learning. In dettaglio saranno evidenziati: i metodi per preparare nanoparticelle, nanostrutture, nanofilm, nanopolimeri, biopolimeri, etc; i metodi per caratterizzare sistemi nanodimensionati, sia spettroscopici che con microscopie; le nanoparticelle per uso terapeutico e diagnostico e le problematiche biologiche da affrontare. In dettaglio, i principi fondamentali del sistema immunitario, le barriere biologiche e le proteine corona, gli organi e tessuti di rifermento. le strategie per il rilascio controllato di farmaci, come indirizzare le nanoparticelle su specifici tessuti e cellule. Il riconoscimento molecolare. I metodi di funzionalizzazione di nanomateriali con farmaci, diagnostici e molecole preposte al riconoscimento molecolare. I metodi chemoselettivi di coniugazione. le principali applicazioni di nanoparticelle per uso biomedicale. le applicazioni di biomateriali nanostrutturati in grado di mimare tessuti e organi. i siti di impianto e di applicazione di dispositivi medici permanenti (non biodegradabili) e non permanenti (biodegradabili) i metodi per preparare materiali nanostrutturati nel settore protesico e nella medicina rigenerativa. i metodi per caratterizzare le proprietà chimico fisico di materiali avanzati per applicazioni di ingegneria tissutale. la progettazione e i metodi per sintetizzare materiali naturali, sintetici e ibridi i metodi di funzionalizzazione chemoselettive per ottenere materiali bio-responsivi tessuto e organospecifici i metodi di crosslinking per la stabilizzazione covalente di strutture 3D i metodi e le strategie di bioattivazione di materiali polimerici con proprietà biologiche avanzate. le strategie di sviluppo e di sintesi di materiali in forma di idrogeli iniettabili, scaffolds, bulks e reti impiantabili. le strategie e le metodologie di formulazione mediante solvent casting, freeze dry, moulding e layer-by-leyer etc.... saranno inoltre descritte le nuove metodologie di formulazione e le strategie chimiche associate: 3D printing e bioprinting, caratteristiche e classificazione di polimeri printabili 3D printing e bioprinting. Metodologie sintetiche e di caratterizzazione per lo sviluppo di polimeri printabili e bioprintabili. 3D printing e bioprinting: progettazione di modelli 3D protesici e tissutali. nuovi metodi e piattaforme basate su intelligenza artificiale impiegate nella predizione, nella sintesi e nella formulazione automatizzate di bio- e nanomateriali per applicazioni biomediche

L'esame può essere sostenuto a scelta dello studente in lingua italiana o lingua inglese e consiste di a) una presentazione power point su uno specifico articolo originale selezionato tra gli argomenti proposti dal docente; b) domande relative al programma del corso.La prova di presentazione è di seguito definita: La prova consiste in una presentazione orale supportata da ppt sugli argomenti trattati durante il corso, con analisi critica e contributo di ricerca personale. Il docente proporrà differenti tematiche aperte. Le presentazioni orali individuali tratteranno di un articolo scientifico originale selezionato dallo studente e sono oggetto di discussione aperta, con domande e contradditorio da parte dei presenti, e permetteranno di verificare il livello delle conoscenze acquisite, l'autonomia di analisi e giudizio, le capacità espositive dello studente, la capacità di individuare avanzamenti particolarmente promettenti in un dato settore nanotecnologico. A seguito della presentazione saranno poste domande relative agli argomenti trattati durante il corso.Il voto finale relativo a presentazione e competenze acquisite durante il corso è espresso in trentesimi con eventuale lode

Slides (PPT). Video e Articoli Scientifici (Reviews e Articoli originali). Software per progettazione e design, predizione sintesi biomateriali, databanks.

Il corso introduce e discute criticamente le proprietà dei solidi inorganici e alcuni metodi avanzati per la sintesi di materiali funzionali.Questo insegnamento ambisce a contribuire alle competenze specifiche, teoriche e sperimentali, sulle proprietà dei materiali inorganici, e alle capacità pratiche per la preparazione e caratterizzazione dei materiali. Al termine del corso lo studente conoscerà i fondamenti chimico-fisici e di processo relativi ad alcuni tra i principali approcci alla sintesi di materiali inorganici, sia in termini di metodi di sintesi chimica sia di parametri chimico-fisici e di processo per la sintesi di materiali funzionali a base inorganica. Il corso è la naturale integrazione di Chimica Inorganica delle Formulazioni e Chimica di Coordinazione e Metallorganica. Conoscenze e capacità di comprensione: il corso ha l'obiettivo di creare uno spirito critico, volto all'esame e alla comprensione dei processi coinvolti nella preparazione dei materiali inorganici e delle loro propietà. Lo studente utilizza con dimestichezza concetti e strumenti interpretativi di applicazione generale nell'ambito degli argomenti trattati nelle lezioni.Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Al termine del corso lo studente maneggia concetti relativi alle nozioni di termodinamica e cinetica da applicare nel campo della sintesi di materiali inorganici di diverse tipologie, inclusa la rilevanza applicativa dei solidi inorganici in processi industriali e nell'ambito della ricerca.Autonomia di giudizio: grazie alle interazioni con gli studenti in aula viene costantemente stimolato lo sviluppo di un'adeguata autonomia di giudizio.Abilità comunicative: il corso ha l'obiettivo di migliorare le abilità comunicative. A tale scopo gli esami di profitto sono svolti con modalità orale in presenza dei docente, con particolare cura verso gli aspetti di linguaggio tecnico e scientifico.Capacità di apprendimento: il corso vuole stimolare e migliorare le capacità di apprendimento mediante la discussione, in aula, di recenti pubblicazioni scientifiche inerenti agli argomenti del corso. Lo studente avrà modo di sviluppare le proprie capacità di apprendimento autonomo, confrontandosi direttamente anche con le fonti di letterature scientifica, e le proprie abilità comunicative, che verranno verificate in sede di esame orale.

Teoria del legame chimico nei solidi Modello a bande, elettroni quasi liberi e modello tight-binding, modello di Hubbard.Disponilità e distribuzione degli elementi chimici nella crosta terrestre: problemi ambientali e tecnologici per l'estrazione degli elementi di interesse per la sintesi di materiali inorganici. Sintesi di solidi da fase gassosa: deposizione chimica e fisica da vapore, (e tecniche derivate) con modelli cinetici, tipi di reattore, requisiti dei reagenti. Sintesi da fuso e da soluzione: crescita di cristalli dal fuso: caratteristiche generali e tecniche specifichei (metodi di Verneuil, Bridgman-Stockbarger, Czochralski, Kyroupolos, a zona fluttuante). Crescita da soluzione a bassa e alta temperatura (processi solvotermali e idrotermali, crescita da solventi speciali ad alta temperatura). Reazioni di precipitazione e controllo della morfologia cristallina. Il ruolo di additivi/impurezze. Reattività e stabilità dei materiali inorganici: Definizioni avanzate di acidi e basi, proprietà acido-base e redox dei materiali inorganici, diagrammi di fase e stabilità in acqua e altri solventi. Chimica delle superfici dei materiali inorganici: Differenze nella reattività delle diverse facce dei materiali inorganici, effetti di nanostrutturazione, funzionalizzazione di superfici, fenomeni di intercalazione in materiali a strati.

L’esame consiste in un colloquio orale e individuale. Non sono previste prove in itinere intermedie. La votazione viene espressa secondo la seguente scala di valutazione: Voti alti (28-30 e lode):Conoscenze e capacità di comprensione: Lo studente ha acquisito ottime e approfondite conoscenze e mostra ottima capacità di ragionamento autonomo sugli argomenti trattatiConoscenza e capacità di comprensione applicate: Lo studente sa affrontare, con completo successo, un caso reale di studio, utilizzando gli strumenti concettuali acquisitiCapacità espositive e di apprendimento Lo studente formula le risposte fluentemente e con proprietà di linguaggio, ricorrendo anche a rappresentazioni grafiche e simboliche. Si riscostrano al più piccoli errori formali. Voti medi (23-27):Conoscenze e capacità di comprensione: Lo studente ha acquisito buone conoscenze e mostra buona capacità di ragionamento autonomo sugli argomenti trattatiConoscenza e capacità di comprensione applicate: Lo studente sa affrontare, con parziale successo, un caso reale di studio, utilizzando gli strumenti concettuali acquisitiCapacità espositive e di apprendimento Lo studente formula le risposte correttamente e con parziale proprietà di linguaggio, ricorrendo anche a rappresentazioni grafiche e simboliche. Si riscostrano alcuni errori espositivi sostanziali. Voti bassi (18-22):Conoscenze e capacità di comprensione: Lo studente ha acquisito sufficienti conoscenze e mostra discreta capacità di ragionamento autonomo sugli argomenti trattatiConoscenza e capacità di comprensione applicate: Lo studente sa affrontare, con autonomia limitata, un caso reale di studio, utilizzando gli strumenti concettuali acquisitiCapacità espositive e di apprendimento Lo studente formula le risposte con fatica, ricorrendo, se aiutato, anche a rappresentazioni grafiche e simboliche. Si riscostrano vari errori espositivi sostanziali. Voto insufficiente (minore di 18):Conoscenze e capacità di comprensione: Lo studente non ha acquisito sufficienti conoscenze e capacità di ragionamento autonomo sugli argomenti trattatiConoscenza e capacità di comprensione applicate: Lo studente non sa affrontare un caso reale di studio utilizzando gli strumenti concettuali acquisitiCapacità espositive e di apprendimento Lo studente non è in grado di formulare risposte appropriate.

Testo di riferimento:Synthesis of inorganic materials - U. Schubert, N. Hüsing - (2019) - ebook Testi per approfondimento/consultazione: The inorganic chemistry of materials: how to make things out of elements - P.J. van der Put - (1998) Solid state chemistry. Compounds - Eds. A.K. Cheetham, P. Day - (1992) Modern inorganic chemistry synthesis – R. Xu, W. Pang, Q. Huo Eds. - (2017) – ebook Inorganic chemistry – D. F. Shriver, P. W. Atkins, C. H. Langford – Oxford University Press (1990) Inorganic chemistry – J. E. Huheey – Harper & Row Eds. (1983) Gli argomenti trattati in aula saranno disponibili in formato pdf sulla piattaforma e-learning.

Obiettivi generali I materiali molecolari stanno rapidamente guadagnando terreno, sia in termini di ricerca scientifica, sia di applicazioni tecnologiche.Obiettivo del corso è quello di fornire una conoscenza dettagliata delle relazioni delle proprietà della struttura che governano il comportamento di tali materiali, con particolare attenzione alle proprietà elettroniche, ottiche e optoelettroniche. Conoscenza e comprensione Alla fine del corso lo studente: Comprende il concetto di coniugazione in materiali organici e correla l'estensione della coniugazione con proprietà ottiche, elettriche e optoelettronicheComprende il concetto di legame non covalente ed è in grado di comprendere la sua influenza nello stato di aggregazione di molecole e polimeri allo stato solido e in soluzioneÈ in grado di distinguere tra residui donatori ed accettori di elettroni in molecole organiche. Può ragionare sulla loro influenza sulle proprietà elettriche, ottiche e optoelettroniche.È in grado di progettare materiali coniugati organici per uno scopo specifico, in base a una serie di condizioni che definiscono il comportamento richiesto Conoscenze e capacità di comprensione Lo studente: Conosce i principi di funzionamento di base dei modulatori elettro / ottici organici, transistor a film sottile, dispositivi elettrocromici, celle solari, oleds, fotorivelatori, batterie organiche. Sulla base di tale conoscenza, lo studente è in grado di proporre strategie per migliorarne le prestazioni.È in grado di raccogliere in modo indipendente informazioni aggiuntive su uno qualsiasi degli argomenti descritti durante le lezioni.È in grado di progettare e modificare una struttura molecolare proposta in modo da poter essere applicata in differenti dispositivi. Autonomia di giudizio Data la struttura di una molecola o di un polimero coniugati, lo studente è in grado di stimare qualitativamente le corrispondenti proprietà ottiche, elettriche e optoelettroniche. All'opposto, data una certa funzione che una data molecola organica deve svolgere, lo studente può proporre derivati organici noti in letteratura e originali in grado di eseguirla. Lo studente è anche in grado di stimare l'influenza dell'ambiente sulle proprietà di molecole isolate ed aggregate. Abilità comunicative Lo studente possiede capacità di fornire informazioni concise e complete. Lo studente possiede la terminologia specifica del campo, quindi è nella posizione di discutere con le controparti che possiedono un background sia chimico sia fisico / ingegneristico. Possiede un atteggiamento di "problem solving". Capacità di apprendimento Lo studente è in grado di estendere quanto appreso nelle lezioni a casi di studio non trattati durante il corso. In particolare è in grado di gestire autonomamente la vasta letteratura dedicata ai materiali coniugati. Conosce gli strumenti di ricerca della letteratura dedicata, inclusi i brevetti.

Il corso è organizzato in attività in classe, attività interattive in aula baste sull'analisi del design molecolare e attività di laboratorio. • Elementi di design dei materiali coniugati (elementi costitutivi)• Elementi di chimica supramolecolare (interazioni non covalenti)• Elementi di interazione luce-materia• Molecole e materiali coniugati con comportamento ottico non lineare• Fotoresist• Semiconduttori e conduttori polimerici organici• Materiali elettrocromici• Transistor a effetto di campo organico• Terapia fotodinamica• Materiali organici per celle solari (DSSC, perovskite e ad eterogiunzione)• Complessi a trasferimento di carica• Dispositivi organici ad emissione luminosa Letture guidate di lavori di letteratura di elevata rilevanza.Disegno e analisi critica di strutture molecolari: il lavoro verrà svolto a gruppi in aula e verranno proposte e analizzate strutture specifiche di molecole. Le strutture verranno poi modificate in maniera cooperativa per modificarne le proprietà previste.

Durante l'esame lo studente dovrà rispondere a 3 domande generali sugli argomenti discussi nelle lezioni. Le domande si concentreranno sulla capacità di riorganizzare i concetti discussi nelle lezioni. Gli studenti saranno incoraggiati a ragionare sul possibile uso delle loro nozioni in esempi pratici/applicazioni. L'esame prevede una prima domanda su un argomento a scelta dello studente e le altre due domande deriveranno dalla estensione dei concetti esposti e riportati su altri argomenti trattati nel corso. Votazione < 18Votazione insufficiente; non raggiunto il livello minimo di preparazione. Votazione 18-21Preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, capacità di elaborazione critica limitata. Votazione 22-24Preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma limitata, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta. Votazione 25-27Preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare. Votazione 28-30LPreparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata.

Libri di testo: Introduction to Organic Electronic and Optoelectronic Materials and Devices. Sam-Shajing Sun and Larry R. Dalton (editors), 2017, Taylor & Francis Group Molecular Electronics: From Principles to Practice. Michael C. Petty, 2007, John Wiley & Sons Rechargeable Organic Batteries: Materials, Mechanisms, and Prospects. Yongzhu Fu, Xiang Li, Shuai Tang, Wei Guo, 2024 WILEY-VCH GmbH Slides annotate (su Moodle).Registrazioni delle lezioni (su Moodle).

Obiettivi Esporre le conoscenze chimiche delle reazioni chimiche caratteristiche di ciascun comparto ambientale, la natura delle sostanze presenti e la loro reattività e persistenza nell’ambiente. Conoscenze e capacità di comprensione Al termine del corso lo studente conosce: Le principali reazioni chimiche per composti di origine antropogenica presenti nel comparto ambientale acqua, le reazioni di idrolisi; Le principali reazioni dei composti presenti nel comparto atmosfera, le reazioni radicaliche; La chimica dei processi nel suolo per i contaminanti organici e i metalli; La persistenza dei composti antropogenici e naturali nei diversi comparti ambientali. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Al termine del corso lo studente è in grado di: Calcolare il tempo di vita ed emivita dei composti presenti nei diversi comparti ambientali e predirne la loro reattività; Determinare quali composti antropogenici possono essere dei composti organici persistenti, bioaccumulabili e tossici. Autonomia di giudizio Al termine del corso lo studente è in grado di: Individuare quali composti chimici posso avere impatto sui diversi comparti ambientali e sull’uomo; Individuare le strategie per il controllo degli inquinanti nei diversi comparti ambientali; Individuare i processi per la potabilizzazione delle acque. Abilità comunicative Saper esporre in modo chiaro e sintetico e con proprietà di linguaggio, mediante le principali reazioni chimiche nei diversi comparti ambientali la reattività dei composti antropogenici e naturali. Capacità di apprendere Saper applicare le conoscenze acquisite della chimica ambientale a composti diversi da quelli affrontati durante il corso. Comprendere gli argomenti presenti nella letteratura scientifica della chimica ambientale sia passate che presente.

Le reazioni fotochimiche nei processi in atmosfera composti primari e secondari. La chimica dei processi in idrosfera: il ciclo dell’acqua, la reattività chimica in acqua di composti antropogenici. La chimica dei processi nel suolo: metalli, contaminanti organici. Effetti dei contaminanti nella chimica dell’atmosfera, idrosfera, litosfera. Proprietà dei composti antropogenici, schemi generali di degradazione, idrocarburi, PAHs, PCBs, pesticidi, tensioattivi, metalli. Prevenzione e trattamento degli inquinanti. Principi di controllo di qualità dell’aria. Processi di potabilizzazione. Principi per il trattamento delle acque reflue.

EsameOrale Valutazione dell’esame: Voto in trentesimi 18-30/30 L'esame consiste nella valutazione delle conoscenze acquisite dallo studente nell'ambito della chimica dell'ambiente, con particolare attenzione alla reattività dei composti organici voltatili in atmosfera, reattività dei pesticidi in acqua e composti organici persistenti. Nella prova orale, lo studente verrà valutato sulla base dei seguenti criteri: 1) conoscenza e capacità di comprensione ; 2) collegamento dei diversi concetti; 3) autonomia di ragionamento; Descrittori di valutazione:Voto < 18Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente identifica solo parzialmente le caratteristiche dei concetti e identifica solo pochi e insufficienti elementi rilevanti in un fenomenoCollegamento dei diversi concetti: I collegamenti tra i concetti sono frammentati e insufficientemente supportati da conoscenze teoriche e prive di struttura logicaAutonomia di ragionamento: Autonomia nel ricostruire il proprio percorso di apprendimento e sviluppo professionale mancante.Voto 18–22Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente riconosce e spiega un sufficiente numero di caratteristiche concettuali. I riferimenti teorici sono presenti ma non sempre rigorosi.Collegamento dei diversi concetti: I collegamenti tra i concetti sono sufficienti ma ne fornisce una spiegazione parziale, con una struttura logica presente. Lo studente costruisce un’argomentazione di base, con una struttura minima e con imprecisioni.Autonomia di ragionamento: Autonomia solo di base nel ricostruire il proprio percorso di apprendimento e sviluppo professionale.Voto 23–27Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente riconosce e spiega un elevato numero di caratteristiche concettuali. I riferimenti teorici sono presenti e ben organizzati dimostrando buona padronanza del linguaggio e una solida struttura logico-argomentativaCollegamento dei diversi concetti: I collegamenti tra i concetti sono buoni con una spiegazione completa e buona struttura logica. Lo studente costruisce un’argomentazione evidenziando relazioni significative tra le varie fasi di sviluppoAutonomia di ragionamento: Buona autonomia nel ricostruire il proprio percorso di apprendimento professionale e buona capacità di riflessione criticaVoto 28–30Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente ha piena padronanza delle caratteristiche concettuali. I riferimenti teorici sono ben organizzati e dimostra una ottima padronanza del linguaggio.Collegamento dei diversi concetti: I collegamenti concettuali sono ottimi fornendo spiegazioni esaustive. Lo studente costruisce un’argomentazione evidenziando relazioni significative tra le varie fasi di sviluppo e una ottima struttura logico-argomentativaAutonomia di ragionamento: Ottima autonomia nel ricostruire il proprio percorso di apprendimento professionale e una capacità avanzata di autoriflessione.

Jorge G. Ibanez et al, Environmental Chemistry – Fundamentals, Springer. Stanley E. Manahan, Environmental Chemistry, Lewis C.Baird et al., Chimica Ambientale, Zanichelli R.P. Schwarzenbach et al. Environmental Organic Chemistry, Wiley

Il corso si propone di introdurre argomenti e problematiche di carattere generale relative alle applicazioni industriali derivanti dall'utilizzo di microrganismi e di enzimi. 1. Conoscenza e capacità di comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere i principi ed i concetti dei bioprocessi microbici, bioraffineria, confronto di generazioni, dell'utilizzo degli enzimi come biocatalizzatori in diversi settori di interesse biotecnologico. Il corso comprende esercitazioni pratiche in laboratorio. 2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite al punto 1 a metodologie biosintetiche applicate nell'ambito della ricerca o nei processi industriali. 3. Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di elaborare quanto appreso e saper riconoscere i processi e i problemi in cui le metodologie della chimica e biotecnologia delle fermentazioni e delle biotrasformazioni apprese possano essere utilizzate. 4. Abilità comunicative. Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione. 5. Capacità di apprendimento Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e saprà analizzare, applicare e integrare e collegare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti correlati alla produzione di prodotti chimici di interesse merceologico dell'industria biotecnologica.

Parte I La cellula microbica, isolamento, terreni colturali, sterilizzazione, coltivazione Diversità microbica e sua importanza biotecnologica Metaboliti primari e secondari Il bioreattore: fermentazioni batch, fed-batch e continue Bioraffineria microbica, tipologia di biomasse, pretrattamenti e strategie di fermentazione Esempi di fermentazioni industriali: etanolo, acido citrico, acido fumarico Parte II Classificazione degli enzimi e loro utilizzo come biocatalizzatori per la produzione di fine chemicals Immobilizzazione di enzimi Biocatalisi nell'industria farmaceutica. Casi di studio: produzione di antibiotici semisintetici, nucleosidi e nucleotidi modificati Lipasi: caratteristiche e utilizzo in chimica organica Applicazione di enzimi per la degradazione di plastica e bioplastica Intensificazione del processo biocatalitico: processi biocatalitici con enzimi e cellule intere in reattori a flusso

La verifica delle conoscenze apprese verrà effettuata mediante una prova d’esame scritta con orale facoltativo per votazione superiore a 18 (su richiesta dello studente) al termine del corso. Durante la prova, lo studente dovrà affrontare almeno due domande aperte che prevedono ampia discussione dell'argomento e almeno 11 domande che prevedono risposta multipla, per il controllo della preparazione generale sul programma d’esame. Le domande saranno inerenti sia le tematiche trattate a lezioni che le attività pratiche svolte in laboratorio. La prova scritta ha una durata di 2 ore. La prova orale facoltativa consisterà in almeno 2 domande riguardandi le tematiche affrontate a lezione con particolare attenzione alle connessioni tra i diversi argomenti. A seguito della prova orale, il voto della prova scritta potrà essere incrementato massimo di 2 punti.Non sono previste prove in itinere.

Il corso sarà svolto con l’ausilio di presentazioni powerpoint e di video. Saranno svolte discussioni di gruppo. Tutto il materiale didattico proiettato verrà messo a disposizione degli studenti.Verranno inoltre forniti articoli scientifici e review della letteratura inerenti i diversi argomenti trattati a lezione.

Obiettivi generali Presentare i concetti base della chimica delle formulazioni, con particolare focus sul ruolo e le classi di composti inorganici nell’ambito delle principali applicazioni industriali e di ricerca scientifica e tecnologica. Conoscenze e capacità di comprensione Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di: distinguere la tipologia di formulazione in esame sulla base dei suoi componenti individuare chiaramente componenti attivi e additivi compatibilizzanti in una formulazione conoscere il ruolo dei componenti inorganici in alcuni tipi principali di formulazioni Conoscenza e capacità di comprensione applicate Lo studente dovrà essere in grado di: proporre metodi di preparazione e funzionalizzazione di componenti inorganici adatti ad essere impiegati una data formulazione conoscere gli ambiti principali di applicazione dei composti inorganici nelle formulazioni industriali Autonomia di giudizio Lo studente dovrà essere in grado di: · scegliere la metodologia di sintesi e funzionalizzazione più adeguata per sistemi inorganici inclusi in tipiche formulazioni industriali · individuare le soluzioni ai problemi più comuni di impiego dei composti inorganici nelle formulazioni Abilità comunicative. Lo studente alla fine del corso dovrà essere in grado di descrivere gli argomenti affrontati con proprietà di linguaggio. Capacità di apprendere. E' in grado di estendere quanto appreso a casistiche non trattate durante il corso. E' in particolar modo in grado di gestire autonomamente l'ampia letteratura tecnica dedicata alle Formulazioni. Conosce gli strumenti di ricerca della letteratura dedicata, inclusi i brevetti.

Breve introduzione alle principali proprietà dei colloidi: I colloidi, la dimensione trascurata: introduzione storica ed evoluzione del concetto di colloidiDefinizione, classificazione e natura delle dispersioni colloidali. Caratteristiche fisiche rilevanti di un colloide (forma, dimensione, aggregazione, polidispersione).Recall della Chimica fisica e termodinamica di superficie e delle interfacce. Stabilità cinetica e termodinamica delle dispersioni colloidali. Chimica di superficie e carica superficiale nei sistemi colloidali, doppio strato elettrico. Diffusione, moto browniano. Teoria Derjaguin-Landau-Vervey- Overbeek (DLVO).Meccanismi di aggregazione e destabilizzazione di una sospensione colloidale: flocculazione, coagulazione, sedimentazione, Ostwald ripening, coalescenza. Sintesi, funzionalizzazione, caratterizzazione ed applicazioni di nanoparticelle (NPs) colloidali e altri sistemi inorganici molecolari impiegati nelle formulazioni Approcci sintetici di NPs colloidali: controllo della morfologia e della funzionalizzazione superficialeEsempi di controllo morfologico attraverso sintesi sol-gel, idrotermale, colloidale (hot-injection, heating-up)Strategie di funzionalizzazione: individuazione di funzionalizzanti ed approcci sintetici di NPs funzionalizzate e film (anche in relazione a tecniche quali dip-coating, spin-coating di fatto usate nella preparazione di dispositivi)Preparazione di materiali ibridi organici-inorganici usati nelle formulazioni a partire da particelle funzionalizzate e sistemi inorganiciEsempi di formulazioni from laboratory to market anche mediante seminari tenuti da relatori provenienti da aziende (e.g. NPs come filler in nanocompositi usati per automotive, packaging, anti-icing; NPs funzionalizzate usate in nanomedicina)

Colloquio orale, con votazione in trentesimi, mirante a verificare la capacità di riconoscere la funzione specifica svolta da ciascun elemento introdotto in una formulazione complessa dal punto di vista delle loro caratteristiche strutturali.In particolare il colloquio si comporrà di: una breve presentazione power point su un approfondimento relativo ad un argomento del corso domande e discussione sugli argomenti svolti a lezione La valutazione considererà la capacità di esporre le conoscenze in modo chiaro e conciso, di rispondere alle domande dell'esaminatore e di sostenere una discussione.La valutazione finale sarà comunicata in modo dettagliato, specificando i punti di forza e di debolezza.La graduazione dei voti sarà la seguente:• Voto insufficiente: non raggiunto il livello minimo di preparazione• Voto sufficiente (18-21): raggiunto il livello minimo di preparazione, con diverse lacune• Voto discreto (22-25): raggiunto un livello soddisfacente di preparazione, con alcune lacune• Voto buono (26-28): raggiunto un buon livello di preparazione, con rare lacune• Voto ottimo (29-30 e lode): raggiunto un livello eccellente di preparazione, con nessuna lacuna

Slides disponibili sul sito e-learning del Corso di Laurea Libri di testo consultabili: Formulation Technology: Emulsions, Suspensions, Solid Forms. Author(s):Dr. Hans Mollet, Dr. Arnold Grubenmann 2001 WILEY‐VCH Verlag GmbH Introduction to Applied Colloid and Surface Chemistry. Authors: Georgios M. Kontogeorgis and Søren Kiil, 2016 Wiley & Sons, Ltd. Formulation Science and Technology. Authors: Tadros, Tharwat F., 2018, De Gruyter

OBIETTIVI GENERALIL'insegnamento fornisce agli studenti i principi di base della chimica farmaceutica e del disegno razionale dei farmaci. Il corso è integrato da un credito insegnato dalla Prof. Francesca Magli del Di.SEA.DE, con approfondimenti sui processi economico- gestionali del farmaco e sull’innovazione tecnologica nel drug development and delivery. Gli obiettivi dell'insegnamento sono i seguenti: CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di leggere un articolo scientifico che tratti dello sviluppo di nuove molecole farmacologicamente attive, dal rational drug design allo sviluppo del farmaco (hit to lead), alla farmacocinetica ed alle prove in vivo e su pazienti. Per raggiungere questo scopo durante il corso vengono analizzati una serie di articoli molto recenti che spiegano ed esemplificano gli argomenti trattati. Il corso fornisce allo studente conoscenze specifiche nei seguenti ambiti: 1 Rational Drug Design: progettazione di un farmaco, ligand- and structure-based drug design 2 Farmacocinetica: metabolismo di un farmaco 3 Principali targets farmacologici: le proteine, gli acidi nucleici 4 Strategie per lo sviluppo di un farmaco, da hit a lead, analisi quantitativa della relazione struttura-attività 5 Esempi di “storie” di farmaci 6 Principi di economia dell'industria farmaceutica: tematiche di management, scelte strategiche, innovation, Supply chain del farmaco (Prof. F. Magli) CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: 1 Disegnare un ligando di un target farmacologico 2 Immaginare le fasi di sviluppo di un nuovo farmaco, inclusi gli aspetti economico-gestionali 3 Immaginare come espandere una famiglia nota di farmaci congenerici (con la stessa azione e stesso target) AUTONOMIA DI GIUDIZIO Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di leggere criticamente un articolo scientifico, analizzarne i contenuti, giudicare eventuali debolezze e punti di forza dell’articolo, prevedere possibili limitazioni sperimentali ed applicative, immaginare in modo creativo ulteriori sviluppi della tecnica presentata dall’articolo. Il docente stimola la discussione critica degli articoli presentati in classe in modo da abituare lo studente a questo tipo di analisi della letteratura scientifica. CAPACITA' COMUNICATIVE Alcuni studenti potranno presentare approfondimenti di argomenti specifici che sono poi discussi insieme in classe. Le esposizioni in classe sono un importante momento di apprendimento della capacità di comunicare dati scientifici attraverso una presentazione. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO Risultati attesi: 1 Raccogliere e comprendere le nuove informazioni utili per razionalizzare le proprietà di nuovi molecole farmacologicamente attive pubblicate nella letteratura scientifica 2 Raccogliere e comprendere le informazioni circa l'evoluzione dei farmaci e dei targets molecolari

1) rational drug design: progettazione di un farmaco, ligand- and structure-based drug design 2) Strategie per lo sviluppo di un farmaco, da hit a lead, analisi quantitativa della relazione struttura-attività 3) Farmacocinetica (rilascio, assorbimento, distribuzione, metabolismo, escrezione, tossicità). Metabolismo ossidativo, riduttivo, coniugativo. 4) Principali targets farmacologici: le proteine, gli acidi nucleici; meccanismo d'azione dei farmaci 5) Classi di farmaci e farmacocinetica: antinfiammatori, antivirali, antibiotici, antipertensivi e altre categorie 6) Farmaci biologici vs farmaci di sintesi 7) drug carriers: polimeri, nanoparticelle e nanomedicina 8) smart drugs: pro-farmaci e smart polymers 9). Elementi di economia e management applicati all'industria farmaceutica. Il contributo dell’innovazione tecnologica e il processo di logistica del farmaco (F. Magli, 2 crediti)

Esame solo orale basato su colloquio sugli argomenti trattati a lezione e su approfondimenti di letteratura scientifica.Alcuni studenti decidono di approfondire un argomento sotto forma di saggio breve facendo una presentazione durante le lezioni frontali (un blocco di 2-3 lezioni al termine del corso è destinato alle presentazioni in classe).Per la parte della Prof. Magli, 2 cfu, sugli aseptti economici dell'industria farmaceutica, c'e' una prova finale sotto forma di test a risposte chiuse.Composizione del voto: **il voto è composto per 5/6 del voto dell'orale e di 1/6 del voto del test a risposta chiusa **Gradazione della valutazione:18-19: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, molte lacune e capacità di elaborazione critica limitata;20-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico non accurato e capacità espositiva piuttosto incerta;24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline

Slides e articoli scientifici disponibili sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento.

Il corso si propone di fornire agli studenti una visione di insieme dei processi che coinvolgono l’interazione tra la luce e i sistemi chimici. Conoscenze e capacità di comprensione. Al termine del corso lo studente conosce e comprende gli aspetti della interazione tra le molecole e la radiazione elettromagnetica, le caratteristiche degli stati eccitati elettronici ed i loro processi di decadimento. Conosce inoltre le strumentazioni usate per lo studio delle specie e dei processi fotochimici ed applica le conoscenze a sistemi naturali e artificiali fotochimicamente attivi. Conoscenze e capacità di comprensione applicate. Al termine del corso lo studente è in grado di collocare nell'ambito teorico rappresentato dalla regola d'oro di Fermi i diversi processi di decadimento degli stati eccitati elettronici discussi in vari ambiti di applicazione; ha acquisito la familiarità di tecniche spettroscopiche e di sintesi chimica di rilevanza fotochimica. Autonomia di giudizio. Al termine del corso lo studente è in grado di valutare quale sia il processo di decadimento attivo in un dato fenomeno di natura fotochimica con contestuale sviluppo di progettualità riguardo alla metodologia di indagine. Abilità comunicative. Capacità di comunicare in forma orale e capacità di sostenere un contraddittorio sulla base di un giudizio sviluppato autonomamente su una problematica inerente la fotochimica. Capacità di apprendere. Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere gli argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardante i fenomeni di decadimento degli stati elettronici molecolari eccitati.

Stati eccitati elettronici e loro descrizione dell’ambito del modello degli orbitali molecolari. Diagramma di Jablonski, scala dei tempi e probabilità nell'ambito della regola d'oro di Fermi dei fenomeni di decadimento degli stati eccitati elettronici. Concetto di tempo di vita di uno stato eccitato e resa quantistica. Fenomeni di trasferimento di energia e meccanismi di tipo Förster e Dexter. Trasferimento elettronico nell’ambito della teoria di Marcus. Processi redox che coinvolgono stati eccitati elettronici ed equazione di Rehn-Weller. Sistemi antenna e photosensitizers. Reattività fotochimica in ambito organico ed inorganico. Splitting dell’acqua: dal sistema naturale ai sistemi sintetici. Fotocatalisi e applicazioni fotocatalitiche: produzione di H2 e riduzione della CO2 light-assisted. Sistemi accoppiati superficie-photosensitizers: il caso del sistema TiO2-sensitizers. Foto- e chemiluminescenza: applicazioni.

Colloquio orale individuale durante il quale vengono verificati il livello delle conoscenze acquisite in termini di autonomia di analisi e giudizio, capacità di valutazione critica dei contenuti sviluppati durante l'insegnamento e capacità di collegamento anche con i contenuti di altri insegnamenti. Valutazione: 18-30/30 con eventuale lode.

Testi consigliati: "Photochemistry and Photophysics. Concepts, Research, Applications" Vincenzo Balzani, Paola Ceroni e Alberto Juris. Wiley 2014 “Principles and Applications of Photochemistry”, Brian Wardle, Wiley 2009; “Principles of Modern Molecular Photochemistry: an introduction” Nicholas J. Turro, University Science Book (2008)

Il corso si pone l’obiettivo di approfondire e consolidare concetti di base della chimica-fisica dei solidi, dei difetti e superfici dei solidi stessi con problematiche applicative nei semiconduttori. Conoscenze e capacità di comprensioneAl termine del corso lo studente conosce:-la tipologia di difetti e il loro ruolo nelle proprietà dei materiali e dei semiconduttori in particolare le principali tecniche di caratterizzazione per identificare i difetti nei materiali e di superfici le relazioni tra i principali metodi di crescita di tipo bulk e di film sottili per semiconduttori e l’introduzione di difettualità nei materiali Conoscenza e capacità di comprensione applicateAl termine del corso lo studente è in grado di: applicare una metodologia per comprendere e prevedere il ruolo dei difetti sulle proprietà dei materiali attraverso il concetto di soluzione solida diluita interpretare criticamente i risultati di analisi di proprietà di bulk e superficiali di materiali, analisi ottenute mediante tecniche quali SEM, EDX, XPS, SIMS. capire come ogni singola tecnica di crescita non è esente dall’introdurre difetti ed impurezze in un materiale che tali difetti possono modificarne proprietà e funzionalità. comprendere l’importanza e il ruolo dei difetti nella Scienza dei Materiali Autonomia di giudizio Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di scegliere il metodo o la tecnica di caratterizzazione dei solidi più adatta alla proprietà o al fenomeno che vuole investigare comprendere la possibile fonte di impurezza o difetto durante il processo di crescita o di realizzazione di un dispositivo e le modalità per evitarla. Abilità comunicative Al termine del corso lo studente sarà in grado di : Esporre oralmente con proprietà di linguaggio argomenti scientifici di chimica dello stato solido e (si veda modalità di esame ) saper descrivere e presentare in modo chiaro e sintetico un argomento tratto da un articolo scientifico inerente le tematiche dell’insegnamento Capacità di apprendere Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere gli argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardante la difettualità dei materiali e delle relazioni tra processi di crescita difettualità e proprietà di un materiale

Difetti nei materiali: di punto e difetti estesi (dislocazioni, bordi grano, antiphase domains, stacking faults) e loro interazioni nei sistemi reali. Superfici libere: elementi di cristallografia delle superfici. Rilassamento e ricostruzione delle superfici nel vuoto. Stima dell’energia superficiale. Fenomeni di adsorbimento: fisisorbimento e chemisorbimento, modelli, termodinamica e cinetica dell’adsorbimento, isoterme di adsorbimento (isoterme di Languimir e di BET). Principali metodi sperimentali di analisi delle superfici e della difettualità (Tecniche XPS, SIMS, DLTS, misure di BET). Tecniche di crescita di materiali massivi (monocristallini e policristallini) con attenzione alla relazione tra difettualità e condizioni di crescita. Tecniche di deposizione di film sottili (deposizione per evaporazione, processi di sputtering, crescite per Chemical Vapor Deposition, Epitassia da fasci molecolari , deposizione film Langmuir-Blodgett) e loro impatto sulla difettualità del materiale. Epitassia e dislocazioni di misfit. Criteri di scelta e di ottimizzazione dei processi. Per ogni argomento verranno trattati diversi case studies. Particolare spazio verrà data alla tecnologia del silicio

La verifica del profitto si svolge attraverso un colloquio orale sugli argomenti svolti a lezione e di una presentazione da fare in classe . Essa è volta a valutare la preparazione raggiunta in termini di conoscenza teorica degli argomenti trattati durante le lezioni e di alcune loro applicazioni, l’autonomia di analisi e giudizio e le capacità espositive dello studente. La votazione viene espressa in trentesimi con eventuale lode e valutata in base alla completezza e qualità delle risposte fornite dallo studente.Gli studenti devono verso la fine del corso fare una presentazione in classe di 15 minuti su un articolo scientifico inerente al corso, scelto dal singolo studente da una lista fornita dal docente generalmente alla fine di Marzo. Tale presentazione conta per il 30% del voto finale.

Tutte le lezioni sono supportate da slides che possono essere scaricate dalla piattaforma e-learning. I seguenti libri di testo, disponibili dalla biblioteca di Ateneo, sono suggeriti per l’approfondimento delle tematiche delle lezioni:S. Eliot The Physics and Chemistry of solids WileyJ. D. Plummer , M.D. Deal, P.B. Griffin Silicon VLSI Technology Prentice HallJ. B. Hudson Surface science an introductionA. W. Adamson, A.P. Gast Physical Chemistry of Surfaces 6th ed. WileyHans-Jürgen Butt, Karlheinz Graf, Michael Kappl. Physics and Chemistry of Interfaces, 3rd Edition. ISBN: 978-3-527-41216-7 March 2013 495 Pages Wiley (try to use 3rd edition and not the 1st edition, since the book has been extensively revised and corrected).Geoffrey Barnes, Ian Gentle. Interfacial Science: An Introduction, 2nd Edition. ISBN: 9780199571185. Oxford.U.W. Pohl, Epitaxy of semiconductors, Springer

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le basi concettuali e gli strumenti applicativi della bioinformatica e della chimica computazionale per lo studio delle relazioni struttura-funzione nelle macromolecole biologiche e nei network metabolici. Al termine dell'insegnamento lo studente conoscerà le basi teoriche dei principali metodi bioinformatici e computazionali adatti a studiere le relazioni tra struttura e funzione e saprà utilizzare in modo critico i principali programmi per studiare le relazioni struttura funzione in macromolecole biologiche e network metabolici. Conoscenza e capacità di comprensione Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere le basi teoriche e le tecniche computazionali più importatnti per studiare le relazioni struttura-funzione nelle biomolecole Capacità di applicare conoscenza e comprensione Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite alle materie che studierà nel secondo semestre Autonomia di giudizio Lo studente dovrà essere in grado di elaborare quanto appreso nel corso e saper interpretare e discutere criticamente le teorie e i metodi riguardanti lo studio delle relazioni struttura-funzione. Abilità comunicative Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle teorie e dei metodi riguardanti lo studio delle relazioni struttura funzione, con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione. Capacità critiche e di giudizioVerranno esaminati insieme agli studenti dei case study relativi alle applicazioni computazionali nell'ambito delle biotecnologie industriali. Capacità di apprendimento Alla fine dell'insegnamento lo studente avrà le competenze necessarie per affrontare in autonomia gli studi successivi che richiedano competenze riguardanti le relazioni struttura funzione e saprà applicare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti che abbiano questi prerequisiti.

Metodi di interrogazione di banche dati contenenti sequenze e strutture di macromolecole biologiche. Nozioni di base riguardanti i metodi per allineare sequenze proteiche. Matrici di score. Omologia, similarità e identità. BLAST e FASTA. Clustal. Accenno ai metodi sperimentali per determinare la struttura tridimensionale di macromolecole biologiche. Principi alla base dei metodi per la predizione delle strutture tridimensionali di proteine. Homology modelling. Fold recognition. Metodi ab initio nello studio delle proprietà strutturali e funzionali delle proteine. Metodi computazionali basati su AI per la predizione delle proprietà strutturali e funzionali di biomolecole.Metodi per validare le strutture proteiche. La meccanica e la dinamica molecolare. Metodi ligand-based e receptor-based nella progettazione di nuovi farmaci. Concetto di farmacoforo. QSAR e metodi di machine learning. Lo studio “in silico” dei fenomeni di riconoscimento molecolare: interazione proteina-proteina e proteina-ligando. I metodi di docking. Applicazioni biotecnologiche di enzimi, con particolare enfasi sui sistemi contenenti metalli di transizione in ambito energetico e di bioremediation. Metodi computazionali per l’analisi, la modellizzazione e la ricostruzione in silico di network metabolici. Metabolic Control Analysis e definizione dei coefficienti relativi. Flux Balance Analysis. Discussione delle banche dati conteneti informazioni utili per la ricostruzione di network metabolici. Nelle esercitazioni di laboratorio vengono utilizzati metodi computazionali e bioinformatici per: - Progettare varianti di enzimi naturali - Predirre la struttura di proteine mediante homology modelling - Studiare le relazioni struttura-funzione in network metabolici

Lo studente consegue i CFU del corso attraverso il superamento di una prova prova orale. Non sono previste prove in itinere. La prova orale con votazione in trentesimi consiste in un colloquio in cui la/lo studentessa/studente dovrà rispondere in modo chiaro e con proprietà di linguaggio a domande aperte relative agli aspetti e le tematiche discusse durante le lezioni. Il voto finale terrà conto della valutazione con la seguente graduazione:18-21: preparazione su una parte limitata degli argomenti del programma del corso, con scarsa capacità di trattazione e analisi autonoma che, nella prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; capacità espositiva a tratti incerta, lessico non sempre chiaro e accurato, talvolta non corretto, con una capacità di elaborazione critica molto limitata;22-24 preparazione su un buon numero degli argomenti del programma del corso anche se non omogenea, con una sufficiente capacità di trattazione e analisi autonoma, talvolta sollecitate dalle domande del docente; capacità espositiva sufficientemente chiara, lessico generalmente corretto, anche se talvolta non accurato o chiaro, capacità di elaborazione critica limitata;25-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere con buona autonomia l’argomentazione e l’analisi critica e capacità di applicazione delle conoscenze a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28-30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti del programma d’esame, capacità di trattazione autonoma e di analisi critica degli argomenti, capacità di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti e discipline, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare, capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione.

Slides. Disponibili sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento. Bibliografia. Selezione di monografie e articoli scientifici disponibili sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento.

Il Corso descrive la sintesi di molecole e polimeri organici complessi, prevalentemente polinsaturi, sfruttando l’approccio retrosintetico, l’utilizzo dei gruppi protettivi e le reazioni di cross coupling mediate da catalizzatori metallici e non. O1 – Conoscenza e capacità di comprensione Allo studente si richiede di sviluppare una conoscenza delle tecniche di sintesi organica moderna e delle relazioni struttura proprietà in derivati poliinsaturi adeguata a: prevedere le caratteristiche ottiche ed elettroniche di un composto organico poliinsaturo a partire dalla sua struttura condurre una ragionevole analisi retrosintetica in modo da individuare una possibile ed efficace strategia sintetica. possedere un’adeguata padronanza della reattività dei principali gruppi funzionali in chimica organica e il loro uso nella preparazione di molecole e polimeri poliinsaturi. Reazioni di accoppiamento catalizzate da metalli. preparare i principali materiali polimerici e oligomerici di uso nel campo dei materiali poliinsaturi. descrivere i principali processi fotofisici e fotochimici coinvolti nell’assorbimento di radiazione elettromagnetica e la loro ripercussione sulla reattività fotoindotta. O2 – Capacità di applicare conoscenza e capacità di comprensione Allo studente si richiede di dimostrare una adeguata capacità nell’applicare la conoscenza e la comprensione dei concetti acquisiti nel: individuare i parametri strutturali ed elettronici funzionali di strutture poliinsature basandosi sulla natura e connettività degli elementi costitutivi elementari. applicare i concetti della retrosintesi nella semplificazione della strategia di sintesi di semiconduttori organici e molecole polifunzionali, individuando le migliori disconnessioni, i corrispondenti sintoni generati dalla disconnessione operata e i corrispondenti equivalenti sintetici. conoscere la reattività dei principali gruppi funzionali organici e le relative strategie di protezione conoscere le principali strategie di accoppiamento di unità insature (sistemi aromatici ed eteroaromatici) catalizzate da metalli di transizione O3 – Autonomia di giudizio Saper pianificare in indipendenza la strategia di sintesi più opportuna per l’accesso a derivati polifunzionali anche poliinsaturi. O4 – Abilità comunicative Saper illustrare e identificare i semiconduttori organici di maggior interesse per applicazioni optoelettroniche, illustrare con proprietà di linguaggio gli approcci retrosintetici e di sintesi utili alla loro preparazione. O5 –Abilità Capacità di apprendere Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite nel campo della retrosintesi e della sintesi a derivati poliinsaturi con proprietà elettriche, ottiche ed optoelettroniche di interesse per l'elettronica stampabile, la fotonica e la (bio) sensoristica.Saper prevedere e sfruttare dal punto di vista sintetico la reattività fotoindotta in materiali poliinsaturi.

Analisi retrosintetica. Sintoni, retroni, esempi di molecole complesseChimica dei gruppi protettivi. Protezione di alcoli, composti carbonilici, ammine, tioli.Le reazioni di cross- coupling mediate da metalli. Concetti base: inserzione ossidativa ed eliminazione riduttiva.Richiami sui composti organometallici di interesse e relative reazioni di transmetallazione. Organo litio, organo zinco, cuprati, organo stagno, reattivi di grignard.Reazioni di Suzuki-Miyaura, Stille, Neghishi, Kumada-Corriu, Yamamoto, Buckwald-Hartwig, Ullmann, Heck, Sonoghashira, arilazione diretta, arilazione diretta fotoindotta.Principali classi di composti organici poliinsaturi di interesse per applicazioni optoelettroniche e loro sintesi.Elementi di fotochimica dei composti organici.

La verifica dell'acquisizione degli argomenti e concetti trattati durante il corso sarà condotta mediante un esame orale nel quale agli studenti saranno poste domande inerenti tutti gli aspetti trattati. Al termine della verifica sarà proposta allo studente una valutazione in trentesimi. L'esame è superato con un voto di 18/30. Schema di valutazione: 18-19: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che, nel caso della prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, con una capacità di elaborazione critica limitata;20-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline.

Testo di riferimento principale "Synthetic Methods in Organic Electronic and Photonic Materials" Timothy C. Parker and Seth R. Marder. RSC, 2015.registrazione integrale delle lezioni in aula.slides annotatearticoli di riferimento della letteratura più recente

Lo scopo del corso è fornire agli studenti le conoscenze e competenze necessarie per padroneggiare i complessi meccanismi e processi che stanno alla base delle trasformazioni di fase dei materiali, sia per quanto riguarda gli aspetti termodinamici sia per quanto riguarda gli aspetti cinetici. Le conoscenze e competenze acquisite verranno applicate ad alcuni casi di studio di rilevante importanza tecnologica nel settore dei materiali funzionali. D1 - CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: 1 Descrivere lo stato cristallino e le principali strutture cristalline2 Descrivere i proncipi termodinamici alla base dell'equilibrio tra fasi condensate3 Descrivere i principi termodinamici alla base delle transizioni di fase solido/solido4 Descrivere i processi cinetici che sottendono la formazione di fasi solide 5 Descrivere i principi fisici alla base dei processi di diffusione 6 Descrivere i principi fisici alla base della diffrazione per lo studio dei materiali7 Descrivere i principi fisici alla base delle spettroscopie di assorbimento dei raggo X 8 Descrivere i principi termodinamici e cinetici alla base dei processi di corrosione D2 - CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: 1 Ottenere informazioni sullo stato cristallino dalle tecniche diffrattometriche2 Leggere e interpretare digrammi di fase a più componenti 3 Prevedere la cinetica di crescita di materiali e le metodologie per influenzarla4 Interpreatre spettri di assorbimento di raggi X e correlarli alle proprietà dei materiali5 Prevedere la spontaneità di un processo corrosivo e valutarne la cinetica D3 - AUTONOMIA DI GIUDIZIO Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: 1 Correlare i vari argomenti del corso integrandoli in una visione unitaria2 Applicare le conoscenze acquisite a materiali di importanza tecnologica 3 Selezionare le tecniche ed i parametri sperimentali utili ad ottenere specifiche informazioni strutturali nei solidi 4 Affrontare una discussione critica sulle relazioni tra struttura e proprietà funzionali in un solido D4- ABILITA' COMUNICATIVE Saper descrivere in forma scritta in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente con proprietà di linguaggio gli obiettivi, il procedimento ed i risultati delle elaborazioni effettuate. D5 - CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO Risultati attesi: 1 Raccogliere e comprendere le nuove informazioni utili per razionalizzare le proprietà strutturali di solidi. 2 Raccogliere e comprendere le informazioni circa l'evoluzione tecnologica di alcune tecniche di analisi.

Lo stato cristallino e l'interpretazione delle tavole sinottiche delle tabelle internazionali di cristallografia. Sistemi cristallini, reticoli di Bravais gruppi spaziali.Tecniche di diffrazione per lo studio delle sostanze cristalline. Determinazione di parametri reticolari e posizioni atomiche.Termodinamica dei materiali, approccio di Gibbs e deterrminazione dell'equilibrio tra fasi condensate. Analisi critica di diagrammi di fase temperatura/composizione a due componenti. Soluzioni solide sostituzionali e interstiziali. Diagrammi di fase e morfologia: esempi (acciaio). Cenni ed esempi di digrammi di fase a tre componenti.Calssificazione termodinamica delle trasformazioni di fase e analisi del comportamento delle funzioni di stato durante le transizioni. Trasformazioni del secondo ordine, teoria di Landau e parametro d'ordine. Applicazione della teoria di Landau alle trasformazioni ordine-disordine.Processi di nucleazione omogenea e eterogenea durante la solidificazione e le trasformazioni solido-solido. Processi di crescita cristallina caso ristretto alla crescita e vaso generale di crescita durante la nucleazione.Diffusione e diffusione in stato solido. Il concetto di densità di flusso, origine fisica della dissusione e prima legge di Fick Equazione di continuità e seconda legge di Fick. Soluzioni della seconda legge e applicazione a sistemi semplici.La spettroscopia di assorbimento di raggi X (XAS): XANES EXAFS. Principi fisici e differenze applicative.Principi genarali della corrosione. Tipi di corrosione. Termodinamica di corrosione e diagrammi di Pourbaix. Cinetica di corrosione e diagrammi di Evans..

Esame scritto e orale con votazione in trentesimi La verifica dell'apprendimento dei risultati previsti dai descrittori D1-D5 viene effettuata in due fasi: un esame scritto con problemi da risolvere (lettura di diagrammi di fase, calcoli termodinamici e applicazione di leggi cinetiche), domande aperte (dimostrazioni) e domande a risposta multipla. Una votazione positiva (grade >18 su 30) allo scritto permette di accedere all'esame orale, che deve tenersi nella stessa sessione. Durante il colloquio orale verranno accertatate le capacità di analisi critica ed espositive così come l’autonomia di giudizio dello studente."Subsequently, an oral interview will be held, during which the student's critical analysis and communication skills, as well as their independent judgment, will be assessed.

International Tables of Cristallagraphy,Fundamentals of Crystallography (third Edition), Giacovazzo et al. Oxford.Thermodynamics and Phase Diagrams, Arthur D. Pelton, in Physical Metallurgy, Elsevier, EbookB.S. Bokstein et al., Thermodynamics & Kinetics in Materials Science,Dispense del docente.

Conoscenza sistemica del ciclo integrato di gestione dei rifiuti urbani e industriali, delle acque reflue urbane e industriali e degli interventi di bonifica dei siti contaminati. Conoscenza e comprensioneAl termine del corso lo studente conosce: I processi chimico-fisici di neutralizzazione, precipitazione e sedimentazione; I processi di trattamento di acque reflue civili; I fondamenti e le tecnologie della termodistruzione; I processi di trattamento dei fumi da termovalorizzazione; I metodi di caratterizzazione di un sito contaminato; I processi chimico-fisici per la bonifica di siti contaminati. Capacità di applicare conoscenza e comprensioneAl termine del corso lo studente è in grado di: Calcolare bilanci di massa e di energia nel ciclo di gestione dei rifiuti. Calcolare flussi e bilanci di massa nel ciclo di gestione delle acque reflue. Elaborare un modello concettuale di un sito contaminato. Applicare le conoscenze a casi reali di bonifica di siti contaminati, evidenziando vantaggi e svantaggi delle alternative proposte. Autonomia di giudizioAl termine del corso lo studente è in grado di: Analizzare il problema ambientale; Valutare criticamente le diverse opzioni disponibili di processi e di impianti; Individuare la tecnologia di trattamento più idonea; Abilità comunicativeCapacità di comunicazione scientifica in lingua inglese a livello B2, sia in forma orale che scritta, in contesti tecnico-scientifici. Capacità di apprendereEssere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere gli argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardante la caratterizzazione e il trattamento di rifiuti e siti contaminati.

Il trattamento delle acque reflue civili e industriali: Processi e tecnologie chimiche e chimico-fisiche: sedimentazione, flottazione, processi di neutralizzazione acido-base, di precipitazione, di riduzione chimica e di dealogenazione. Impianti per il trattamento biologico delle acque reflue civili: parametri qualitativi e quantitativi per la definizione delle caratteristiche delle acque reflue urbane e industriali; pretrattamenti, pompaggio, grigliatura, equalizzazione, rimozione dei solidi sospesi; processi chimici e chimico-fisici; processi a fanghi attivi e a fanghi adesi; processi di nitrificazione/denitrificazione; processi di defosfatazione; trattamenti terziari; ciclo di gestione dei fanghi. Il trattamento dei rifiuti solidi. La termodistruzione: fondamenti chimico-fisici della combustione, della gassificazione e della pirolisi. Indicatori di combustione. Prodotti di combustione incompleta. Processi e tecnologie di trattamento termico: forno a griglia; forno rotante; forno a letto fluido. Termovalorizzazione di rifiuti solidi urbani: Elementi costitutivi. Bilancio di massa ed energia. Composizione di scorie e fumi. Trattamento dei fumi: abbattimento di polveri, acidi e microinquinanti. Prevenzione della formazione di NOx e loro abbattimento. Trattamento dei residui solidi. Controllo della qualità degli effluenti. Processi di riciclo e recupero. La bonifica di siti contaminati: Il Piano di caratterizzazione: raccolta ed elaborazione della documentazione e dei dati esistenti; classificazione; definizione di priorità degli interventi; sopralluogo e indagini preliminari; campionamento e analisi. Il Piano di campionamento e la sua attuazione. La bonifica di siti contaminati con processi e tecnologie chimico-fisiche: lavaggio dei terreni in situ, Soil Flushing, ed ex-situ, Soil Washing; desorbimento termico; estrazione con solventi; estrazione di vapori dal suolo. Argomenti delle esercitazioni: Bilanci di massa e di energia nel ciclo di gestione dei rifiuti. Flussi e bilanci di massa nel ciclo di gestione delle acque reflue. Casi di studio.

esame orale l'esame prevede la risoluzione di uno o più esercizi basati sulle esercitazioni (pesa per il 25% sul voto finale) e un colloquio volto a verificare la conoscenza degli argomenti trattati nelle lezioni frontali e l’autonomia di analisi e di giudizio (pesa per il 75% sul voto finale) il voto è in trentesimi 18-30/30 è possibile sostenere l'esame in lingua italiana

Il materiale didattico dell’insegnamento viene messo a disposizione sulla piattaforma e-learning. Testi di riferimento: Colin Baird e Michael Cann “Chimica Ambientale”, Zanichelli (3. ed.) George Tchobanoglous, Hilary Theisen e S. A. Vigil “Integrated solid waste management: engineering principles and management issues”, McGraw-Hill Renato Vismara “Depurazione biologica”, Hoepli