chimica industriale

I MODULO
A – Conoscenza e capacità di comprensione Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite): • Conoscenze di base di inferenza statistica per l’analisi dei dati (intervalli di confidenza, test d’ipotesi e analisi della varianza); • Conoscenze di base di progettazione della sperimentazione e analisi statistica correlata (sperimentazione fattoriale e sperimentazione a blocchi per il confronto di due campioni); • Conoscenze di base su analisi di regressione lineare (univariata e multivariata) e non lineare
B – Capacità applicative Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di: • Utilizzare le tecniche di programmazione degli esperimenti e relativa analisi statistica dei dati • Effettuare la regressione lineare e non lineare di dati sperimentali e relativa analisi statistica. • Utilizzare gli strumenti di analisi dati e regressioni disponibili su software di uso comune (ad esempio Excel) ma anche su software tecnici specifici per la progettazione degli sperimenti e l’analisi dati (ad esempio JMP).
C – Autonomia di giudizio • Essere in grado di formulare una propria valutazione e/o giudizio sulla base della interpretazione oggettiva dei dati sperimentali disponibili in relazione al confronto di campioni con valori di riferimento, di due campioni, o di più campioni fra loro. • Essere in grado di individuare delle procedure ottimizzate per migliorare la conoscenza del sistema identificate le sorgenti di variazione dei dati con sperimentazioni completamente random o a blocchi. • Avere la capacità del saper fare, del saper prendere iniziative e decisioni in relazione alla scelta del miglior modello empirico per la rappresentazione dei dati sperimentali ottenuti sulla base sia dell’analisi statistica a monte che della valutazione di diversi modelli possibili mediante discriminazione statistica.
D – Abilità nella comunicazione • Saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base della analisi statistica dei dati, della progettazione degli esperimenti e della regressione dei dati con modelli lineari e non lineari; • Descrivere le metodologie per l’analisi dei dati, la progettazione degli esperimenti e la regressione dei parametri di modelli lineari e non lineari utilizzando un linguaggio tecnicamente corretto.
E – Capacità di apprendere • Avere le capacità di apprendimento che sono necessarie ai fini di un continuo aggiornamento nell'ambito dello studio dell’analisi dati, progettazione della sperimentazione e regressione dei parametri di modelli. • Avere la capacità di attingere a diverse fonti bibliografiche, sia in italiano che in lingua inglese, al fine di acquisire nuove competenze.
II MODULO
A – Conoscenza e capacità di comprensione Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite): • Le problematiche legate al controllo di processi chimici, e come tali problematiche possono essere affrontate mediante la formulazione e applicazione sistematica di modelli matematici. • Le nozioni di base necessarie per l’analisi della dinamica di sistemi • Le principali strategie utilizzate per il controllo di processi chimici • Le nozioni di base necessarie per la progettazione del sistema di controllo di un processo chimico.
B – Capacità applicative Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di: • Sviluppare, attraverso applicazione dei principi di conservazione, modelli matematici a parametri concentrati di processi chimici. • Valutare, attraverso analisi dei modelli matematici formulati, come la dinamica di un sistema di processo cambia al variare dei parametri operativi e di progetto. • Analizzare la dinamica di un sistema non lineare attraverso uno studio della sua linearizzazione. • Determinare la risposta di un sistema lineare a variazioni delle variabili di ingresso. • Determinare i parametri di sistemi di controllo elementari di processi chimici.
C – Autonomia di giudizio • Essere in grado di formulare una propria valutazione e/o giudizio sulla base della interpretazione delle informazioni disponibili nell'ambito dell’analisi e del controllo di processi chimici. • Essere in grado di individuare e raccogliere informazioni aggiuntive per conseguire una maggiore consapevolezza. • Avere la capacità del saper fare, del saper prendere iniziative e decisioni tenendo conto dei vari aspetti di interesse della analisi e del controllo di processi chimici.
D – Abilità nella comunicazione • Saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base della dinamica dei sistemi, e come lo sviluppo e l’applicazione di modelli matematici permetta di risolvere problemi di progettazione e controllo di processi chimici; • Descrivere le metodologie per il controllo di processi chimici utilizzando un linguaggio tecnicamente corretto.
E – Capacità di apprendere • Avere le capacità di apprendimento che sono necessarie ai fini di un continuo aggiornamento nell'ambito dello studio della dinamica e del controllo di processi chimici. • Avere la capacità di attingere a diverse fonti bibliografiche, sia in italiano che in lingua inglese, al fine di acquisire nuove competenze.

I Modulo

Errori (2h): tipi di errori (errore di sensibilità, errore sperimentale, errore di propagazione, errore sistematico, errore statistico nell’inferenza); cifre significative: definizione, calcolo e arrotondamento; esercizi (1h) su calcolo degli errori di propagazione.

Statistica descrittiva (2h): istogrammi, riassunti campionari, indici di posizione, box plot; esercizi (1h) per la costruzione degli istogrammi in Excel e JMP, funzioni statistica descrittiva in Excel e JMP.

Distribuzioni di probabilità (4h): variabili aleatorie discrete e continue, funzione massa e funzione densità di probabilità (definizione, proprietà, operatori valore atteso e varianza), funzione di ripartizione; distribuzione di probabilità normale, distribuzione chi quadro, distribuzione t di Student, distribuzione F di Fisher (funzione densità di probabilità, parametri caratteristici, tabelle statistiche); esercizi (2h) su funzioni dirette e inverse in Excel per il calcolo di valori caratteristici delle distribuzioni).

Distribuzioni di campionamento (4h): definizione di distribuzione di campionamento, il teorema del limite centrale, distribuzione di campionamento per medie campionarie di campioni piccoli, distribuzione di campionamento per varianza campionaria e rapporti di varianze campionarie; distribuzione di campionamento per differenze di medie campionarie per campioni grandi e campioni piccoli; metodi per la verifica della distribuzione normale di un campione: carta di controllo normale, diagrammi quantile-quantile; esercizi (2h) per la costruzione dei diagrammi quantile-quantile in Excel e JMP.

Intervalli di confidenza (4h): definizione, intervalli di confidenza per media con campioni piccoli e campioni grandi, intervalli di confidenza per varianza e per rapporti di varianza; intervalli di confidenza per la differenza tra medie per campioni piccoli e campioni grandi; esercizi (2h) in Excel per il computo degli intervalli di confidenza.

Test d’ipotesi (10h): fasi del test (definizione delle ipotesi, identificazione della statistica descrittiva, identificazione delle zone di rigetto per test a una e due vie, esiti del test, errore di I e II specie, curve operative e loro utilizzo a valle e a monte della sperimentazione), test d’ipotesi per il confronto della media con un valore di riferimento (campioni grandi e campioni piccoli), test d’ipotesi per il confronto di due medie (campioni grandi e campioni piccoli, omo- ed eteroschedasticità), test d’ipotesi per il confronto di una varianza con valore di riferimento, test d’ipotesi per il confronto di due varianze; test d’ipotesi per il confronto fra medie nel caso di campioni accoppiati; esercizi (6h) in Excel e JMP per l’esecuzione dei test d’ipotesi.

Analisi della varianza per un fattore a più livelli (8h): modello statistico per la decomposizione della varianza; decomposizione della varianza e test d’ipotesi, metodo della minima differenza significativa per l’identificazione delle coppie di medie che differiscono, curve operative; verifica delle ipotesi a monte dell’Anova (verifica omoschedasticità mediante test di Bartlett, verifica distribuzione normale degli errori mediante quantile-quantile plot); esercizi (5h) in Excel e JMP.

Sperimentazione fattoriale (6h): definizioni e vantaggi della sperimentazione fattoriale; modello statistico, decomposizione della varianza, test d’ipotesi; esempi di sperimentazione con 2 e 3 fattori; sperimentazione fattoriale con due fattori non replicata (modello, scomposizione varianza e Anova), derivazione di un modello empirico multivariato a valle dell’Anova, verifica delle ipotesi a monte dell’Anova; esercizi (4h) in Excel e JMP su fattoriali con 2 e 3 fattori con e senza replica.

Fattoriali 2^k (6h): definizione, introduzione del codice dei segni per i trattamenti, calcolo dei contrasti mediante tabella dei segni e algoritmo di Yates, calcolo di effetti e somme degli scarti quadratici dai contrasti, modello statistico e scomposizione della varianza, tabella Anova, modelli empirici in variabili codificate, verifica dell’adeguatezza del modello empirico a valle dell’Anova mediante analisi della distribuzione normale degli scarti modello-dato; identificazione degli effetti significativi mediante metodo grafico per sperimentazioni 2^k in singola replica, proiezione di un fattoriale 2^k in singola replica; aggiunta dei punti centrali nella sperimentazione 2^k: verifica della curvatura degli effetti e tabella Anova; esercizi (4h) in Excel e JMP per fattoriali 2^k replicati, in singola replica e con punti centrali.

Regressione lineare (8h): regressione lineare semplice: modello lineare modificato, calcolo dei parametri mediante metodo dei minimi quadrati, intervalli di confidenza sui parametri, intervallo di confidenza intorno alla regressione, test d’ipotesi sui parametri del modello, Anova (test per la significatività della regressione, test per l’adeguatezza del modello lineare, il coefficiente di determinazione R2), regressione per l’origine, regressione inversa (intervallo di confidenza sulla stima di x); regressione lineare multipla: assunzioni (linearità, non collinearità), stima dei parametri mediante metodo dei minimi quadrati, intervalli di confidenza sui parametri, test d’ipotesi sui parametri, Anova per il modello di regressione lineare multipla, R2 e R2 corretto, scelta delle variabili esplicative (metodi stepwise); esercizi (5h) in Excel e JMP su determinazione dei parametri, degli intervalli di confidenza, test di significatività della regressione e adeguatezza del modello per regressione semplice e multipla.

Regressione dei parametri per modelli non lineari (6h): modelli linearizzabili (esempio Langmuir), regressione non lineare per modelli non lineari: algoritmi per la determinazione dei parametri, intervalli di confidenza sui parametri; esercizi (4h) in Excel e Matlab.

• Tipi

di Errori: errori sperimentali, errori di propagazione, errori sistematici, errori statistici.

Errori sperimentali per la singola replica (sensibilità dello strumento) e

per il caso con più repliche (errori random). Statistiche campionarie (media

e varianza); precisione e accuratezza di una misura. Errori di propagazione

per misure indirette (formula per la propagazione dell'errore massimo e

dell'errore quadratico), esempi di calcolo di errori di propagazione. Cifre

significative: definizione e determinazione. Cifre significative: operazioni,

arrotondamenti, cifre significative nell'errore (esempi di calcolo di cifre

significative in grandezze ed errori) assegnazione di compito su moodle su

errori di propagazione e cifre significative. Statistica descrittiva e

statistica inferenziale (introduzione): il concetto di popolazione e di

campione, differenza fra statistica descrittiva e statistica inferenziale,

parametri della popolazione e stime campionarie, errore probabilistico o

statistico. Statistica descrittiva:

variabili numeriche (discrete e continue) e variabili qualitative;

distribuzione di frequenza (assoluta, relativa e percentuale); istogrammi,

funzione cumulativa (ogiva). Media e varianza campionaria, quantili

(quartili, percentili) box plot con e senza identificazione degli outliers.

Esercitazione in Excel: costruzione di istogrammi e statistica descrittiva.

Esercitazione: utilizzo di JMP per la costruzione di istogrammi e della

statistica descrittiva (media, deviazione standard, quantili, box plot)

(settimana 1)

• Testi di riferimento: Capitolo

1 delle dispense -

• Funzioni

di distribuzione di probabilità: variabili aleatorie (definizione e esempi);

esperimento random; funzione densità di massa e di ripartizione per variabili

discrete; funzione densità di probabilità e funzione di ripartizione per

variabili continue; media o valore atteso per variabili discrete e variabili

continue (esempi). Distribuzioni di probabilità: varianza per variabili

discrete e continue, esempi di calcolo per densità di massa e densità di

probabilità; proprietà degli operatori media e varianza; standardizzazione di

una variabile. Distribuzione di probabilità normale e normale standard:

densità di probabilità e funzione di ripartizione. utilizzo delle tabelle per il calcolo di

probabilità associato a distribuzioni normali sia standard che non (esempi di

calcolo) Distibuzioni di probabilità chi quadro: definizione, utilizzo delle

tabelle con esempi. Distibuzioni di probabilità t di student e F di Fisher:

funzioni densità di probabilità, utilizzo delle tabelle con esempi.

Esercitazione in Excel per il calcolo di valori della distribuzione normale e

del chi quadro con le funzioni dirette ed inverse; Esercitazione in Excel per

il calcolo di valori della distribuzione t di student e F di Fisher con le funzioni

dirette ed inverse. Funzioni di distribuzione dirette e inverse in JMP

(settimana 2)

• Testi di riferimento: Capitolo

1 delle dispense

• Distribuzioni

di campionamento per media campionaria per campioni grandi (teorema del

limite centrale) distribuzione di campionamento per varianze campionarie da

popolazioni normali; distribuzioni di campionamento per media campionaria da

popolazioni normali campioni piccoli; distribuzioni di campionamento per

rapporti di varianze da popolazioni normali. Distribuzioni di campionamento

per differenza fra medie campioni grandi o piccoli con varianza nota e

distribuzione normale; distribuzione di campionamento per differenza fra

medie di campioni piccoli da distribuzioni normali con varianza incognita ma

non differente; distribuzioni di campionamento per rapporti di varianze da

popolazioni normali; distribuzioni di campionamento per differenza fra medie

campioni grandi o piccoli con varianza nota e distribuzione normale;

distribuzione di campionamento per differenza fra medie di campioni piccoli

da distribuzioni normali con varianza incognita ma non differente. Intervalli

di confidenza per la media, campioni grandi popolazione qualsiasi, varianza

nota o ignota. Esercitazione in Excel e JMP per la verifica della

distribuzione normale. Intervalli di confidenza per la media, campioni

piccoli distribuzione normale varianza non nota; campioni piccoli distribuzione

normale varianza nota. Test d'ipotesi: esempi di applicazione, fasi

progettuali del test: formulazione ipotesi (ipotesi nulla e ipotesi

alternativa) identificazione della distribuzione di riferimento per la

statistica d'interesse, identificazione della zona di rigetto per test a una

e due code; fase esecutiva: raccolta dati ed elaborazione dell'esito del

test; errore di prima specie; esempio di applicazione del test d'ipotesi per

il confronto di una media con un valore di riferimento. Esercitazione in

Excel e JMP su intervalli di confidenza e test d'ipotesi per la media. Intervalli di confidenza per la differenza

fra medie (campioni grandi e campioni piccoli), per la varianza e per il

rapporto di varianze; esempi di calcolo. Test d'ipotesi: test d'ipotesi per

confronto media con riferimento per campioni numerosi, per campioni da

popolazione normale e varianza nota; test d'ipotesi per confronto tra medie

campioni numerosi varianza nota e non; test d'ipotesi per confronto tra medie

campioni piccoli varianza incognita; test d'ipotesi per confronto di una

varianza con valore di riferimento; test d'ipotesi per confronto due

varianze. Esercitazione su test d'ipotesi: confronto fra medie e utilizzo di

curve operative. Esercitazione su campioni accoppiati. Esercizi confronto medie in JMP. Esercizi

confronto medie campioni accoppiati in JMP (Settimane 3 e 4)

• Testi di riferimento: Capitolo

1 delle dispense

• Analisi

della varianza per un fattore a più livelli: esempio di studio su effetto %

cotone su variabilità resistenza a rottura; modello statistico; scomposizione

della variabilità totale dei dati; formulazione delle ipotesi nulle e

alternative; F test a una via per il confronto di MStrattamenti e MS errore;

tabella dell'analisi della varianza. Analisi della varianza per un fattore a

più livelli: metodo Least significant difference; curve operative. Analisi

della varianza per un fattore a più livelli: verifica delle ipotesi alla base

del modello statistico: distribuzione normale dei residui; uguaglianza delle

varianze (test di Bartlett). Test non parametrici. Esercizi ANOVA in Excel e

JMP (settimana 5)

• Testi di riferimento: Capitolo

2 delle dispense

• Fattoriali:

definizione e vantaggi; analisi della varianza per sperimentazione

fattoriale, modello statistico e scomposizione della variabilità totale dei

dati; test d'ipotesi e tabella ANOVA. Esercizio Anova fattoriale 2 fattori

con replica in Excel. Calcolo dei residui e verifica della distribuzione

normale degli errori. Esercizi su ANOVA per sperimentazioni fattoriali:

utilizzo della funzione ANOVA per fattoriali con una replica (esercizio

dispensa) e test di Tukey per non additività in Excel e JMP). (Settimana 6)

• Testi di riferimento: Capitolo

3 delle dispense

• Sperimentazione

2^k: definizione e vantaggi; sperimentazione 2^2 replicata: tabella dei segni

per il calcolo dei contrasti, calcolo degli effetti e delle somme degli

scarti quadratici; variabili codificate e modello matematico empirico a valle

dell'anova; 2^3 modello statistico,

ordine standard, tabella dei segni, contrasti, effetti, SS, tabella anova.

Esercitazione su sperimentazione 2^4 in singola replica (esercizio dispensa):

algoritmo di yates per il calcolo dei contrasti, calcolo degli effetti,

identificazione degli effetti significativi mediante qqplot, analisi della

varianza senza proiezione; proiezione del fattoriale 2^4 su un 2^3 con due

repliche, determinazione del modello empirico e verifica dell'adeguatezza

mediante determinazione della distribuzione normale dei residui (valori

previsti meno valori sperimentali) (Settimane 7 e 8)

• Testi di riferimento: Capitolo

4 delle dispense

• Analisi

di regressione: regressione lineare univariata: equazioni normali minimi

quadrati; varianza e intervalli di confidenza dei parametri; intervallo di

confidenza intorno alla regressione, test d'ipotesi sui parametri e

regressione con intercetta nulla; significatività della regressione mediante

ANOVA; adeguatezza del modello lineare mediante ANOVA (LOF test).

Esercitazione su regressione parametri modello lineare: esempio 1:

determinazione dei parametri modello, determinazione di varianza e intervalli

di confidenza dei parametri, test d'ipotesi sull'intercetta, regressione per

l'origine, anova per significatività

della regressione; esempio 2: mancanza di adeguatezza del modello lineare,

intervallo di confidenza intorno alla regressione per intercetta diversa da

zero (Excel e JMP). Regressione inversa e stima dell'errore su x predetto.

Esercizi su regressione lineare univariata per calibrazione con errore su

previsione inversa da dispense (Excel e JMP).

Esercizio Regressione lineare multivariata, metodo stepwise.

Esercitazione excel e JMP su non lineare Esercitazioni 2^k non replicato in

Excel (esercizio 18 da 2^k): identificazione grafica mediante qq plot degli effetti

significativi, proiezione del fattoriale, previsione del modello e

distribuzione normale dei residui. Esercitazioni 2^k non replicato in JMP (esercizio 18 da 2^k): identificazione

grafica degli effetti significativi, ANOVA per modello ridotto, algoritmo di

regressione stepwise, profiler, ottimizzazione dei fattori per desiderabilita

massima e con target, profile isometrico, profiler di superficie e profiler

dello spazio del piano Regressione non lineare. Esercizio rgressione non

lineare modelli isoterma di adsorbimento e confronto:discriminazione

statistica di modelli empirici, F test per varianze residue modello qq plot, R2, R2 corretto, errori relativi

sui parametri con JMP. Esercizio 2^3 replicato due volte con analisi di

regressione dopo aggiunta punti centrali e confronto con modello quadratico

(Settimane 9 e 10)

• Testi di riferimento: Capitolo

5 delle dispense

L'insegnamento è suddiviso in due moduli: Modulo I e Modulo II. Entrambi i Moduli prevedono modalità di valutazione che includono esercitazioni scritte in itinere (facoltative) e/o una valutazione orale finale.

La valutazione consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze acquisite (descrittore 1) e competenze acquisite (descrittore 2).

Le valutazioni in itinere per il I Modulo sono 2 e riguardano l’applicazione dei metodi di inferenza statistica (intervalli di confidenza, test d’ipotesi, analisi della varianza e analisi di regressione) comprendendo lo svolgimento di esercizi e domande a risposta aperta o a risposta multipla.

Le prove in itinere del I Modulo si svolgono orientativamente intorno a fine marzo e intorno a fine aprile. La prima prova con argomenti riferiti a intervalli di confidenza, test d’ipotesi e analisi della varianza per sperimentazione 1 fattore a più livelli. La seconda prova su argomenti inerenti l’analisi della varianza per i fattoriali e l'analisi di regressione. Una terza prova in itinere è prevista per il II modulo a inizio giugno riguardante la parte di dinamica e controllo.

Le prove in itinere sono valutate in trentesimi e il voto finale è la media delle tre prove in itinere. Lo studente che supera tutte e tre le prove scritte in itinere con un voto di almeno 18/30 può confermare il voto all’orale, oppure recuperare la parte insufficiente con uno scritto o un orale integrativo inerente la specifica parte non superata.

In alternativa alle prove scritte in itinere lo studente può sostenere direttamente l’esame orale finale in cui si pongono domande inerenti lo svolgimento di specifici esercizi ma anche l’esposizione di principi alla base delle conoscenze acquisite relativamente all'inferenza statistica, al design sperimentale e alla regressione dei parametri dei modelli e alla dinamica e controllo.

Per superare l’esame lo studente deve dimostrare sia nelle prove in itinere che all’orale di aver acquisito le conoscenze specifiche fornite nel corso e di saper utilizzare le competenze acquisite per lo svolgimento degli esercizi proposti.

La valutazione è espressa in trentesimi con voto minimo 18/30 e voto massimo 30/30 con lode.

Dispense fornite dal docente

D.C. Montgomery:Progettazione e analisi degli esperimenti (Mc Graw-Hill)

Lo studente sarà guidato a comprendere quali sono le molecole, i polimeri, i materiali più importanti nel settore biomedico. Dovrà saper mettere in relazione le principali proprietà chimico-fisiche e strutturali dei biomateriali con le funzioni svolte nell’organismo in relazione ai meccanismi di interazione con l’organismo stesso. Acquisirà approfondite conoscenze sui più importanti metalli, ceramiche e biopolimeri, in particolare polipeptidi e polisaccaridi, di interesse biomedico. Per una specifica problematica biomedica, dovrà essere in grado di individuare la combinazione di biomateriali più idonea alla soluzione del problema. Lo studente svilupperà capacità critiche e di giudizio attraverso la discussione in aula degli argomenti trattati nel corso delle lezioni frontali. Tali obiettivi saranno raggiunti per mezzo di lezioni frontali in aula adiuvate dalla visione di video esplicativi e dalla lettura di materiale bibliografico avanzato (review, esempi di brevetti, ecc). Alla fine del corso, con le conoscenze acquisite lo studente, di concerto con altre figure professionali quali medici, biologi ed ingegneri, sarà in grado di proporre e sviluppare idee per la progettazione di un dispositivo biomedico. La capacità di comunicare quanto appreso in modo chiaro, motivando pienamente ed in modo razionale quanto riportato, verrà valutata attraverso un esame orale. Alla fine del corso e dopo aver sostenuto l’esame lo studente avrà acquisito la capacità di proseguire lo studio in modo fortemente autonomo su qualunque argomento, anche avanzato, che riguardi la i biomateriali ed i biopolimeri.

1 CFU

Biomateriali: definizione. Proprietà principali: biocompatibilità, biodegradabilità, proprietà meccaniche.

Interazione con l’organismo: opsonizzazione, infiammazione acuta e cronica, foreign body giant cells, capsula fibrosa.

1 CFU

Interazione nanoparticelle-organismo: RES, endocitosi, ruolo di milza, fegato e reni.

Principali biomateriali: metalli, ceramiche, polimeri, compositi.

Metalli e leghe: proprietà meccaniche, termiche, corrosione. Principali metalli e leghe in biomedicina: acciao, leghe Co-Cr, Ti e leghe, Platino, leghe del Nichel (SMA).

Ceramiche: proprietà principali, inerzia, bioassorbibilità, settori applicativi biomedici. Allumina, zirconio, carbonio, fosfati di calcio ed idrossiapatite, biovetri

1 CFU

Polimeri: polietilene, poliuretani, Poliesteri (PLA, PGA, PLGA, PCL, PHV, PHB), PEG.

0.5 CFU

Classi di biopolimeri e loro ruolo in Natura.

Polipeptidi: collagene/gelatina, seta, elastina.

1.5CFU

Nanoparticelle in biomedicina. Nanoparticelle metalliche: nanoparticelle d’oro, sintesi, proprietà chimico fisiche, applicazioni commerciali. Liposomi. Struttura, fosfolipidi, preparazione, esempi applicativi commerciali.

Nanoparticelle polimeriche. Requisiti di controllo dei polimeri componenti: architettura polimerica, pesi molecolari e polidispersioni. Polimerizzazioni viventi.

1 CFU

Carboidrati semplici e complessi, Struttura dei carboidrati, principali gruppi funzionali.

Polisaccaridi. Principi di base sulle dimensioni e conformazioni delle catene polisaccaridiche e relazione con le proprietà viscosimetriche e reologiche di interesse per applicazioni industriali.

Amido, Cellulosa, gomme polisaccaridiche, Pectine, Alginati, Carragenani, Agar, Glicosamminoglicani (acido ialuronico, eparina), Chitina e Chitosano, Polisaccaridi microbici: pullulano, destrano, gellano, xantano, succinoglucano, scleroglucano.

Esame orale

-Biomaterials Science - An Introduction to Materials in Medicine (Third Edition) Ed. B. D. Ratner, A. S. Hoffman, F. J. Schoen, J. E. Lemons, Academic Press 2013 .

-Biopolymers, Volumes 5 and 6 (Polysaccharides I and II). Wiley VCH

-Appunti delle lezioni e copie di articoli/reviews fornite dal docente.

-Handbook of hydrocolloids, Ed. G. O. Phillips and P. A. Williams, CRC Press.

Il corso si propone, tramite lezioni frontali, di dare le basi delle conoscenze della struttura, dell’organizzazione e funzionamento della cellula microbica, dell’analisi delle popolazioni microbiche ambientali, di alcuni processi di produzione per via fermentativa su larga scala di biocarburanti e della produzione di proteine ed enzimi ricombinanti. Ci si attende che lo studente sia in grado di identificare categorie di microrganismi e di valutare le possibilità dell’utilizzo dei microrganismi per la produzione di sostanze con applicazioni industriali, le possibilità di sviluppo e miglioramento dei processi, la produzione di nuove sostanze o l’applicazione di nuovi processi. Ci si propone inoltre di sviluppare la capacità di comunicare in modo appropriato le conoscenze tramite la valutazione orale dell’apprendimento e la presentazione di ricerche individuali.

Il corso si propone di fornire conoscenze e comprensione, tramite lezioni frontali, della struttura, dell’organizzazione e funzionamento della cellula microbica, della coltivazione microbica e dei principali processi di produzione per via fermentativa su larga scala di composti chimici, enzimi e biomassa. Ci si attende che lo studente sia in grado di valutare le possibilità dell’utilizzo dei microrganismi per la produzione di sostanze con applicazioni industriali, le possibilità di sviluppo e miglioramento dei processi, la produzione di nuove sostanze o l’applicazione di nuovi processi. Ci si propone inoltre di sviluppare la capacità di comunicare le conoscenze in modo appropriato tramite la valutazione orale dell’apprendimento.

I contenuti dell’insegnamento sono le basi della microbiologia industriale, la tecnologia delle fermentazioni e i principali processi di produzione per via microbica di metaboliti primari, secondari ed enzimi.

Microbiologia industriale (20 ore): Funzionamento e struttura della cellula microbica, tassonomia, duplicazione cellulare, mitosi e meiosi, replicazione del DNA, trascrizione genica e traduzione, metabolismo – Batteri, lieviti e muffe industriali, organismi modello, morfologia cellulare e della colonia, membrane e parete batterica, sporificazione, fenomeni di sessualità batterica, coniugazione, trasformazione, trasduzione – Manipolazione e conservazione dei microrganismi, sterilità – Struttura del gene, mutagenesi, mutazioni e ingegneria genetica, tecniche di biologia molecolare, plasmidi.

Tecnologia delle fermentazioni (6 ore): Crescita microbica, tempi di duplicazione – Metodi di misura della crescita microbica, diretti e indiretti, metodi automatici – Fattori che influenzano la crescita, temperatura, pH, attività dell’acqua, ossigeno – Colture discontinue – Colture continue, applicazioni – Colture semicontinue, applicazioni – Terreni industriali, melasse, substrati amidacei e cellulosici.

Fermentazioni primarie (12 ore): Produzione di etanolo, lieviti e batteri che producono alcol, metabolismo fermentativo, regolazione del metabolismo, Saccharomyces cerevisiae e Zymomonas mobilis, materie prime e processi, processi discontinui e continui, distillazione e prodotti secondari – Produzione di birra – Produzione di biomassa, aspetti teorici, materie prime, probiotici – Produzione di acido acetico, fermentazione acetica, batteri dell’aceto – Produzione di acido lattico, fermentazione lattica e omolattica, batteri lattici – Produzione di acido citrico, regolazione del metabolismo, fattori che influenzano la produzione, organismi produttori - Produzione di amminoacidi, uso industriale degli amminoacidi – Produzione di glutammato – Mutanti per la produzione di amminoacidi, regolazione del metabolismo biosintetico, mutanti auxotrofici e regolativi, produzione di lisina, treonina, ornitina – Produzione di amminoacidi da precursori biosintetici, produzione di isoleucine e serina – Produzione enzimatica di amminoacidi, enzimi litici e biosintetici, risoluzione di racemi – Produzione di vitamine.

Antibiotici (6 ore): Metabolismo secondario, regolazione e origine del metabolismo secondario – Antibiotici, classificazione, struttura e meccanismi di funzionamento – Antibiotici beta-lattamici, penicilline, cefalosporine, cefamicine, antibiotici semisintetici, meccanismi di azione e resistenza, genetica molecolare, compartimentazione della biosintesi – produzione delle penicilline, precursori e terreni, regolazione della biosintesi, flussi metabolici – Miglioramento della produzione di penicilline, mutagenesi e selezione mutanti, ingegneria metabolica.

Enzimi (4 ore): Produzione di enzimi industriali, microrganismi produttori, applicazioni – Produzione di proteine ricombinanti ed eterologhe, produzione in E. coli e in lieviti – Enzimi e cellule immobilizzati, supporti, tecniche di immobilizzazione, applicazioni.

• Processi

biologici comuni nei microrganismi

• Testi di riferimento: Michele M. Bianchi - Chimica e biotecnologia delle

fermentazioni industriali, Edizioni Nuova Cultura

https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=8278

https://drive.google.com/drive/folders/1m4RLr_cWksOs8eSq65ATAvV6QKGkWg-t

• Batteri
• Testi di riferimento: Michele M. Bianchi - Chimica e biotecnologia delle

fermentazioni industriali, Edizioni Nuova Cultura

https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=8278

https://drive.google.com/drive/folders/1m4RLr_cWksOs8eSq65ATAvV6QKGkWg-t

• Batteri

industriali

• Testi di riferimento: Michele M. Bianchi - Chimica e biotecnologia delle

fermentazioni industriali, Edizioni Nuova Cultura

https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=8278

https://drive.google.com/drive/folders/1m4RLr_cWksOs8eSq65ATAvV6QKGkWg-t

• Lieviti

e muffe

• Testi di riferimento: Michele M. Bianchi - Chimica e biotecnologia delle

fermentazioni industriali, Edizioni Nuova Cultura

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• Manipolazione

dei microrganismi

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• Mutagenesi
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• Ingegneria

genetica

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• Crescita

microbica

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• Colture

discontinue

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• Colture

continue e semicontinue

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• Terreni

industriali

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• Produzione

di etanolo e biomassa di lievito

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• Produzione

di birra

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• Produzione

di acidi organici (lattico, acetico e citrico)

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• Produzione

di amminoacidi

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• Metabolismo

secondario e antibiotici

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• Produzione

di antibiotici betalattamici

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• Enzimi

industriali e immobilizzati

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• Produzione

di vitamine

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L’apprendimento è accertato tramite esame orale su tutti gli argomenti del programma al termine delle lezioni. Per la valutazione vengono presi in considerazione le conoscenze acquisite e la capacità di esposizione tramite proprietà di linguaggio.

La conoscenza minima dei concetti di base consente di superare l’esame (18/30); la conoscenza approfondita, la proprietà di linguaggio e la capacità di collegare e sviluppare le conoscenze consentono di superare con lode l’esame.

Prove orali intermedie (in itinere) di valutazione dell’apprendimento del modulo concorrono alla determinazione del giudizio finale.

• Michele M. Bianchi - Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali, Edizioni Nuova Cultura

Il corso offre una panoramica aggiornata delle principali e moderne tecniche di fabbricazioni di biomateriali destinati all’ingegneria tissutale. Alcuni di essi, tra cui la stampa 3D, la microfluidica e stereolitografia laser, rappresentano alcune tra le tecniche più avanzate attualmente a disposizione. Gli studenti avranno l’opportunità di apprendere le basi tecnologiche di queste tecniche che stanno rivoluzionando sia la ricerca scientifica che la produzione industriale. In questo modo acquisteranno una consapevolezza in grado di indirizzare le loro scelte formative e professionali verso quei settori di punta sia dal punto di vista scientifico che economico ed anche occupazionale. Questo parte più avanzata del corso non può prescindere da una buona conoscenza di base delle principali tecniche di caratterizzazione dei biopolimeri in soluzione che rappresenta il punto di partenza per la sintesi di biomateriali. Quindi una parte rilevante del corso riguarda la descrizione teorico-pratica di alcune tra le tecniche sperimentali che permettono la determinazione del peso molecolare, la caratterizzazione reologica di soluzioni e gel e delle proprietà conformazionali dei biopolimeri. Gli studenti sono chiamati ad elaborare, presentare i dati sperimentali e a commentarli in maniera critica stilando una relazione. Questo costituisce un esercizio assai utile per gli studenti che sono in procinto di affrontare il periodo di tirocinio al termine del quale è prevista la presentazione di una tesi ed in generale per la loro carriera professionale.

Principi di ingegneria tissutale ed illustrazione delle principali tecniche di fabbricazione di “scaffolds”. Descrizione delle principali classi di biopolimeri utilizzati nella fabbricazione di scaffolds; esempi pratici. Metodi di reticolazione di biopolimeri. I, Esp. di laboratorio: preparazione di uno scaffold mediante la tecnica delle emulsioni concentrate; II, Esp. di laboratorio: preparazione di uno scaffold mediante la tecnica delle schiume concentrate gas-in-acqua; III, Esp. di laboratorio: preparazione di uno scaffold utilizzando una stampante 3D. Viscosità di soluzioni polimeriche: aspetti teorici. Viscosimetria a capillare. IV Esp di laboratorio: determinazione della viscosità intrinseca e del peso molecolare medio viscosimetrico di un biopolimero; V Esp: esercitazione numerica sul trattamento dei dati sperimentali ottenuti dalle misure di viscosimetri capillare. VI Esp.: esercitazione numerica sulla determinazione del rapporto caratteristico dell’acido ialuronico. Principi di reologia, misure in stato stazionario e oscillatorio di soluzioni di biopolimeri. VII Esp. di laboratorio: comportamento reologico di soluzioni di biopolimeri al variare della concentrazione e determinazione del parametro di “coil overlapping”; VIII Esp. di laboratorio: determinazione del “gel point” di una soluzione biopolimerica soggetta a reticolazione e acquisizione dello spettro meccanico del gel risultante. Cromatografia di permeazione su gel di biopolimeri. IX Esp.: esercitazione numerica sulla determinazione dei pesi molecolari medi numerali, ponderali e dell’indice di polidispersione. Principali spettroscopiche chiro-ottiche per la caratterizzazione di biopolimeri in soluzione. Dispersione ottica rotatoria e dicroismo circolare. X Esp. di laboratorio: registrazione dello spettro di dicroismo circolare (CD) per le varie forme strutturali (random coil, α-elica, β-sheet) della polilisina in soluzione acquosa a differenti pH; XI Esp: esercitazione numerica sulla determinazione delle costanti di legame tra DNA e analoghi sintetici della distamicina (farmaci antiprotozoari e antivirali) mediante spettri di dicroismo circolare;

N.B. Di ogni esperienza gli studenti consegneranno al docente una relazione scritta, che verrà corretta e discussa prima dell’esame finale.

Il corso prevede una serie di esperienze di laboratorio e numeriche obbligatorie sulla base delle quali gli studenti dovranno stilare una relazione scritta. La valutazione del grado di apprendimento e preparazione degli studenti verrà effettuata in prima analisi su tali elaborati scritti. In particolare verrà giudicata la correttezza delle elaborazioni dei dati sperimentali, chiarezza dell’esposizione, inquadramento teorico dell’esperienza, e capacità critica di estrarre il significato fisico da dati e grafici.

In seconda analisi, gli studenti dovranno affrontare una prova orale che avrà l’obiettivo innanzitutto di verificare che le relazioni presentate siano state effettivamente svolte dal candidato. Inoltre verrà valutato il grado di preparazione ed apprendimento delle teorie alla base delle varie tecniche sperimentali utilizzate nelle esercitazioni di laboratorio. La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente.

Le prova d’esame orale prevede domande sugli argomenti trattati nel corso. Le risposte vengono valutate per completezza di contenuto, capacità di sintesi e collegamenti tra i diversi temi sviluppati durante il corso. Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi:

la base teorica seguita dallo studente per l'esposizione del quesito, la capacità di ragionamento, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica.

La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

Per superare l'esame lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti del corso. Per conseguire il punteggio massimo (30/30 e lode), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente, con capacità di correlazione tra comportamento sperimentale e proprietà chimico-fisiche.

-Polymer Chemistry – The Basic Concepts

P. C. Hiemenz

-Biophysical Chemistry – Part II e III

C. R. Cantor, P. R. Schimmel

-Dispense del corso

-capitoli di libri e monografie

Il corso è strutturato in modo da fornire allo studente della laurea magistrale informazioni approfondite su alcune tecniche sperimentali impiegate per caratterizzazione dei materiali polimerici. Tramite l’analisi dei risultati acquisiti si metteranno in evidenza le correlazioni tra le proprietà osservate e la struttura dei materiali ed i loro i campi di applicazione. In particolare, nel corso si descrivono argomenti riguardanti la tensione superficiale di solidi polimerici, l’analisi dinamo-meccanica, la cinetica di processi di cristallizzazione, applicazioni della spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier nella caratterizzazione dei polimeri e le proprietà elettriche di polimeri isolanti e conduttori. Per ogni argomento trattato, il corso si sviluppa in tre fasi. Nella prima si esaminano in dettaglio le grandezze che si misureranno con la tecnica strumentale in oggetto, le teorie che descrivono i fenomeni analizzati, le correlazioni tra la struttura chimica dei materiali ed il loro comportamento. Nella seconda fase verrà descritta la strumentazione impiegata e le modalità sperimentali da utilizzare in relazione alle informazioni che si vogliono acquisire. Le procedure usate verranno confrontate con quelle proposte, se esistenti, dalle normative internazionali. Nella terza fase si condurranno le prove sperimentali e si acquisiranno i dati per la successiva elaborazione. I risultati ottenuti verranno analizzati in base alle teorie descritte nella prima fase. Lo studente saprà gestire la strumentazione impiegata ed acquisirà la sensibilità opportuna per analizzare quali siano i parametri sperimentali e strumentali importanti per effettuare prove di caratterizzazione, anche impiegando tecniche non affrontate nel corso. L’importanza dedicata all’analisi e l’elaborazione dei dati sperimentali è rivolta all’acquisizione della capacità di applicare criticamente modelli matematici in grado di descrivere e, quindi, prevedere il comportamento dei materiali, anche in condizioni non direttamente esaminate. Il raggiungimento di tale obiettivo è ottenuto tramite lavori di gruppo, redazione di relazioni scritte di carattere tecnico, di esposizione dei risultati raggiunti e di esercitazioni numeriche su problematiche macromolecolari.

Processi di cristallizzazione di polimeri

• Modello microcinetico
• Nucleazione primaria e secondaria, accrescimento. Teoria di Hoffman-Lauritzen.
• Morfologia sferulitica, analisi dell’accrescimento sferulitico mediante microscopia ottica.
• Microscopio ottico, birifrangenza, indicatrici ottiche.

Modello macrocinetico

• Teoria di Avrami, cristallizzazione primaria e secondaria.
• Metodi per la determinazione della velocità di cristallizzazioine di polimeri.
• Analisi della velocità di cristallizzazione mediante calorimetria differenziale a scansione.

Comportamento visco-elastico ed analisi dinamo-meccanica

• Comportamento viscoelastico dei materiali polimerici.
• Rilassamenti primari e secondari.
• Parametri che influenzano le caratteristiche visco-elastiche (cristallinità, reticolazione, cariche di rinforzo, plastificanti).
• Teoria WLF e VTF.
• Misure dinamo-meccaniche: principi generali, strumentazione e condizione di misura, interpretazione ed analisi dei dati.

Comportamento elettrico dei polimeri (1 cfu-8 h)

• Conducibilità elettrica di polimeri isolanti, caricati e conduttori.
• Strumentazione per misure della conducibilità elettrica: multimetri, elettrometri, strumenti source-meter.
• Conducibilità superficiale e di volume.
• Tecniche di misura a due o tre elettrodi, a quattro fili e quattro punte.

Tensione superficiale di solidi ed angolo di contatto

• Definizione di tensione superficiale, lavoro di adesione e di coesione, equazione di Young, angolo di contatto.
• Equazione di Girifalco, Fowks e Young.
• Tensione superficiale critica.
• Isteresi termodinamica dell’angolo di contatto, superfici rugose ed eterogenee, isteresi cinetica.
• Metodi di misura statici e dinamici dell’angolo di contatto.

FT-IR

• Strumentazione
• dispositivi di campionamento
• FTIR per lo studio di polimeri
• Analisi FTIR per lo studio di transizioni termiche di polimeri

Esercitazioni (2 cfu)

• Determinazione della velocità di accrescimento sferulitico di un polimero semicristallino mediante microscopia ottica.
• Studio della cinetica di cristallizzazione mediante calorimetria differenziale a scansione.
• Esperimenti di caratterizzazione dinamo-meccanica di polimeri.
• Misura della conducibilità di materiali isolanti e conduttori.
• Misura dell’angolo di contatto di superfici polimeriche tal quali e modificate. Determinazione della tensione superficiale.
• Analisi FTIR di polimeri
• studio di transizioni termiche di un polimero mediante FTIR a temperatura variabile

Esercitazioni numeriche (1 cfu)

• Applicazione di modelli mediante interpolazione dei dati sperimentali

La verifica delle conoscenze avverrà attraverso un esame orale finale. Durante il colloquio verranno accertate le conoscenze teoriche sulle analisi condotte, sul funzionamento della strumentazione e sulla sua gestione corretta, sull'interpretazione dei risultati ricavati dalle esperienze pratiche. Inoltre, si verificherà la capacità di risolvere problematiche scientifiche e pratiche.

-S. Bruckner, G. Allegra, M. Pegoraro, F. P. La Mantia, Scienza e Tecnologia dei Materiali Polimerici, Ed. EdiSES, Napoli;

-Ciardelli F., Farina M., Giusti P., Cesca S., Macromolecole. Scienza e Tecnologia Vol. I e II, Centro Stampa “Nuova Cultura”,Roma

-Mechanical Properties of Solid Polymers: Third Edition-Author(s):I. M. WardJ. Sweeney-DOI:10.1002/9781119967125-John Wiley & Sons, Ltd

-Introduction to Polymers, Third Edition-Robert J. Young, Peter A. Lovell-CRC Press;

Tutti i testi si trovano presso la biblioteca del Dipartimento di Chimica

Appunti del docente accessibili previa autorizzazione.

Il corso è dedicato all’approfondimento delle conoscenze sulla sintesi e sul comportamento di materiali polimerici allo stato solido. Il corso è rivolto a studenti che abbiano già acquisito informazioni di base sulla chimica e chimico-fisica delle macromolecole. In particolare, tramite lo studio specifico sul comportamento di polimerici elastomerici, viscoelastici, cristallini e conduttori elettronici, lo studente acquisisce competenze sulle correlazioni tra la struttura chimica dei materiali e le loro proprietà. Il corso è organizzato in modo tale da dare allo studente l’opportunità di conoscere le teorie che descrivono le caratteristiche peculiari di ogni tipologia di materiale, le deviazioni dalle previsioni fornite dai modelli ed i comportamenti reali. Inoltre, tramite esempi di risultati sperimentali su comportamenti reali dei materiali polimerici, ottenuti con varie tecniche di indagine, si stimola la capacità di scelta del tipo di analisi strumentale più opportuna per caratterizzare il materiale in relazione alla sua destinazione applicativa. Tali abilità sono anche sviluppate tramite la sollecitazione alla lettura critica, oltre che ai libri di testo, di pubblicazioni scientifiche o relazioni tecniche sulle proprietà di materiali polimerici. Con le conoscenze acquisite, lo studente possiederà competenze sui principi e sui criteri di utilizzazione dei materiali polimerici, potrà essere in grado di prevedere il comportamento dei materiali in base all’analisi della struttura delle macromolecole ed avere la possibilità di ipotizzare o progettare le caratteristiche dei materiali in relazione ai possibili impieghi. Gli studenti saranno in grado di inserirsi agevolmente sia nel mondo del lavoro dell’industria chimica dei materiali polimerici sia nell’attività scientifica del mondo accademico e dei centri di ricerca che si occupino di polimeri. Inoltre, le informazioni fornite potranno essere impiegate per affrontare con una maggiore consapevolezza gli argomenti trattati in altri corsi del CdS in Chimica Industriale riguardanti lo studio e le applicazioni dei polimeri.

• Unità ripetitive di classi di polimeri o dei polimeri più diffusi
• Gradi di libertà e conformazioni. Distribuzione di Boltzmann
• Elastomeri:

Considerazioni generali; struttura chimica degli elastomeri; elastomeri termoplastici; teoria termodinamica classica dell’elastomero ideale, teoria termodinamica statistica dell’elastomero ideale.

• Proprietà viscoelastiche:

Proprietà meccaniche di solidi elastici: il modulo di Young, il rapporto di Poisson, il modulo di torsione; il modulo di volume; la viscosità; Il comportamento viscoelastico; Esperimenti di Creep, sterss-relxation e dinamo-meccanici; modelli di comportamento meccanico-reologico: modello di Hooke, di Newton, di Maxwell, di Voigt-Kelvin, di Burger; Spettri dinamo-meccanici; Principio di sovrapposizione di Boltzmann; Variazione del Modulo di Rilassamento dello stress con il tempo;

• Transizione vetrosa:

Temperatura di transizione vetrosa; Principio di equivalenza tempo-temperatura; Teorie sulla dipendenza dalla temperatura dei comportamenti viscoelastici: L’equazione WLF e la teoria del Volume Libero, La teoria di Adam e Gibbs. Il paradosso di Kauzmann

• Comportamento termico dei polimeri. Calorimetria differenziale a scansione (DSC)
• Cristallizzazione di Polimeri.

Morfologia e struttura dei cristalli singoli e degli sferuliti.

Modello microcinetico: chain folding, nucleazione primaria, nucleazione secondaria, accrescimento, teoria di Hoffman.

Modello macrocinetico: evoluzione della cristallinità con il tempo, teoria di Avrami.

• Polimeri Conduttori

Meccanismi di conduzione: Il solitone nel PA; polaroni e bipolaroni; meccanismi di trasporto di carica in relazione al livello di drogaggio; Il band-gap nel Poliacetilene; Spettri elettronici di polimeri conduttori; Esempi di polimeri conduttori

L'esame consiste in una prova scritta strutturata con domande teoriche, esercizi o analisi dei dati.

Il voto della prova scritta potrà essere, a scelta dello studente, eventualmente incrementato da 1 a 3 punti a seguito di una discussione critica dell'elaborato.

-S. Bruckner, G. Allegra, M. Pegoraro, F. P. La Mantia, Scienza e Tecnologia dei Materiali Polimerici, Ed. EdiSES, Napoli;

-Ciardelli F., Farina M., Giusti P., Cesca S., Macromolecole. Scienza e Tecnologia Vol. I e II, Centro Stampa “Nuova Cultura”,Roma

-Mechanical Properties of Solid Polymers: Third Edition-Author(s):I. M. WardJ. Sweeney-DOI:10.1002/9781119967125-John Wiley & Sons, Ltd

-Introduction to Polymers, Third Edition-Robert J. Young, Peter A. Lovell-CRC Press;

Tutti i testi si trovano presso la biblioteca del Dipartimento di Chimica

Appunti del docente accessibili previa autorizzazione.

Obiettivo formativo di questo corso è quello di fornire allo Studente una conoscenza adeguata dei concetti fondamentali della chimica dei materiali avanzati applicati ai settori ambientale, agro-alimentare, energetico, biotecnologico e dei beni culturali.
I materiali infatti sono al centro dell'innovazione industriale e rappresentano fattori indispensabili per la competitività industriale e lo sviluppo sostenibile. Uno degli obiettivi più importanti è sviluppare materiali avanzati con nuove funzionalità e migliori prestazioni d'uso, per prodotti più competitivi e sicuri che consentano di ridurre al minimo l'impatto sull'ambiente e il consumo delle risorse.

A – Conoscenza e capacità di comprensione
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite):

• Le problematiche di progettazione e controllo di processi chimici e come tali problematiche possono essere affrontate mediante applicazione di modelli matematici ai principi primi. - I principi che guidano lo sviluppo dei metodi numerici per la risoluzione di equazioni algebriche e di equazioni differenziali ordinarie. - La procedura da seguire ai fini della valutazione dell’impatto ambientale di un processo chimico attraverso analisi del ciclo di vita (“life cycle assessment”) - Gli elementi metodologici essenziali per una analisi della fattibilità economica di un processo chimico.
  B – Capacità applicative
  Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di: - Formulare modelli matematici a parametri concentrati di processi chimici attraverso applicazione dei principi di conservazione. - Costruire dei programmi di calcolo che permettano la risoluzione delle equazioni di bilancio di processi chimici mediante applicazione di metodi numerici. - Essere in grado di elaborare lo schema di flusso di un processo chimico e costruirne l’inventario (flussi di materia e di energia) necessario per effettuare una valutazione di impatto ambientale attraverso applicazione della metodologia LCA. - Condurre, anche attraverso l’ausilio di software commerciali, una valutazione dell’impatto ambientale di processi chimici attraverso applicazione della metodologia LCA. - Effettuare una analisi della fattibilità economica di un processo a partire dalla ricostruzione dello schema di flusso e dei bilanci di materia e di energia. (Attività che contribuiranno al raggiungimento degli obiettivi: esercitazioni al calcolatore in aula e svolgimento di un progetto). C – Autonomia di giudizio - Essere in grado di formulare una propria valutazione e/o giudizio sulla base della interpretazione delle informazioni disponibili nell'ambito della analisi di processi chimici. - Essere in grado di individuare e raccogliere informazioni aggiuntive per conseguire una maggiore consapevolezza. - Avere la capacità del saper fare, del saper prendere iniziative e decisioni tenendo conto dei vari aspetti di interesse dello sviluppo di processi chimici. D – Abilità nella comunicazione - Descrivere qualitativamente le problematiche di progettazione e controllo di processi chimici e come tali problematiche possano essere ricondotte alla risoluzione di problemi matematici vincolati alla soluzione di equazioni di bilancio. - Essere in grado di riportare in forma scritta, con un linguaggio tecnicamente corretto, i risultati di un progetto che preveda l’analisi numerica della dinamica e dell’impatto ambientale di un processo chimico. - Essere in grado di presentare in forma orale, anche attraverso l’impiego di strumenti informatici, i risultati di un progetto che preveda l’analisi numerica della dinamica e dell’impatto ambientale di un processo chimico. - Essere in grado di spiegare a persone non esperte le nozioni di base delle metodologie di sviluppo dei processi chimici. - essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete. E – Capacità di apprendere - Avere le capacità di apprendimento che sono necessarie ai fini di un continuo aggiornamento nell'ambito dello sviluppo processi chimici. - Avere la capacità di attingere a diverse fonti bibliografiche, sia in italiano che in lingua inglese, al fine di acquisire nuove competenze.

OBIETTIVI FORMATIVI Il corso concorre al raggiungimento degli obiettivi formativi di cui al Manifesto degli Studi della Laurea Magistrale in Chimica Industriale (curriculum ARES: Ambiente, Risorse, Energia, Sicurezza). In particolare, il corso ha l’obiettivo di fornire una descrizione panoramica sull’applicazione dei processi chimici, fisici e biotecnologici nel campo della protezione ambientale, con particolare riferimento ai principali processi di trattamento di reflui e rifiuti, ivi inclusa la loro valorizzazione, sia come risorse secondarie che a fini energetici. In questo ambito, il corso intende fornire altresì gli elementi di base dell’analisi e descrizione dei processi suddetti, come mutuati dall’ingegneria chimica (analisi cinetica, bilanci di materia ed energia, relazioni di equilibrio), fornendone gli esempi specifici per i casi oggetto di studio.
Studenti e studentesse che abbiano superato l’esame avranno conosciuto e compreso (descrittore 1 - conoscenze acquisite): - I fondamenti dei principali processi chimici, fisici e biologici per il trattamento di reflui, rifiuti ed emissioni, e per il recupero di energia e materia - I metodi di rappresentazione quantitativa dei processi e di dimensionamento preliminare delle relative apparecchiature. - L’uso di specifiche tecniche di misura e controllo di rilievo nei processi studiati
Studenti e studentesse che abbiano superato l’esame saranno in grado di (descrittore 2 - competenze acquisite): - Applicare metodologie per l’analisi di processi di depurazione e valorizzazione di reflui e rifiuti e della produzione di energia da risorse rinnovabili (fino al dimensionamento preliminare delle principali unità di processo) - Inquadrare i contenuti appresi nel contesto più generale della salvaguardia dell’ambiente, anche con riferimento al quadro normativo - Inquadrare i contenuti appresi nel contesto più generale dello sviluppo dell’industria chimica e di processo, con particolare riferimento alla sostenibilità ambientale
Insieme con le lezioni frontali, l’esecuzione di esercitazioni numeriche in classe e di esercitazioni di laboratorio, che prevedono l’elaborazione con lavoro autonomo di relazioni scritte sugli argomenti trattati, consentono di incrementare e di valutare le capacità critiche e di giudizio (descrittore 3) e la capacità di comunicare quanto si è appreso (descrittore 4)

I principali argomenti trattati nel corso possono essere raggruppati come di seguito:

Sezione 1 (Introduzione) - Strategie della protezione ambientale (1CFU)

• Inquadramento della problematica, sostenibilità ambientale, innovazione di processo e di prodotto, risparmio e riutilizzo, depurazione, trattamento, risanamento e danno ambientale

Sezione 2 - Depurazione e riuso di scarichi idrici (4CFU)

• Caratterizzazione dei reflui, con particolare riferimento a: rilevanza quantitativa e ambientale degli scarichi di origine civile e industriale; categorie di contaminanti; metodi di caratterizzazione chimico-fisica e biologica; test di biodegradabilità
• Processi di depurazione biologica dei reflui: rimozione del carbonio, dell’azoto e del fosforo; processi a biomassa dispersa e processi a biofilm (cenni); trasferimento dell’ossigeno nei reattori biologici; bilanci di materia in reattori biologici con e senza ricircolo; modellizzazione cinetica dei processi (cenni); metodi respirometrici per la determinazione della cinetica biologica e dell’attività della biomassa; controllo del fenomeno del bulking filamentoso
• Stabilizzazione dei fanghi, processi aerobici e anaerobici, riuso e smaltimento
• Processi chimico-fisici di depurazione degli scarichi. Riutilizzo delle acque

Sezione 3 - Recupero di energia e chemicals (da biomasse di scarto e/o rifiuti organici) (1CFU)

• Biocarburanti liquidi e gassosi (es. bioetanolo e biodiesel di 1a, 2a e 3a generazione, biogas, biometano, bioidrogeno), processi bioelettrochimici per il recupero di bioelettricità e composti di interesse, polimeri biodegradabili da matrici di scarto (es. poliidrossialcanoati da colture microbiche miste)

Sezione 4 - Normativa ambientale (1CFU):

• Elementi di normativa ambientale: Direttive Europee e D.Lgs 152/2006; Valutazione di Impatto Ambientale, Autorizzazione Integrata Ambientale, Best Available Technologies e Reference Documents (cenni), Tutela delle acque e trattamento degli scarichi, disciplina sui rifiuti (trattamento e recupero dei rifiuti).

Esercitazioni (2CFU):

• Esercitazioni pratiche di laboratorio
• Esercizi numerici

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente sugli argomenti stessi. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze (descrittore 1) e competenze acquisite (descrittore 2) così come le abilità comunicative (descrittore 4).

La valutazione consiste di una prova orale con domande aperte più un breve esame delle relazioni prodotte a seguito delle esercitazioni.

Il docente fornisce copia delle diapositive utilizzate, dispense appositamente preparate e alcuni articoli tratti dalla letteratura scientifica per approfondimento di temi specifici. Ciò in aggiunta al materiale didattico digitale sulla piattaforma Eiduco.

L’obiettivo generale dell’insegnamento è fornire le conoscenze di base relative alle operazioni utilizzate in processi produttivi per l’ottenimento di metalli da materie prime primarie con lo scopo di evidenziare limiti e possibilità applicative per il trattamento di materie prime secondarie (scarti e rifiuti).
Descrittore di Dublino 1- Conoscenza e capacità di comprensione -Principi delle operazioni unitarie per il pre-trattamento fisico di materie prime primarie e secondarie. -Termodinamica di processi pirometallurgici per il recupero di metalli da materie prime primarie e secondarie. -Termodinamica di processi idrometallurgici per il recupero di metalli da materie prime primarie e secondarie. Tali obiettivi sono raggiunti mediante erogazione di lezioni frontali in aula
Descrittore di Dublino 2 – Capacità applicative -Interpretazione di diagrammi termodinamici inerenti processi pirometallurgici, idrometallurgici ed elettrometallurgici come guida per lo sviluppo di nuovi processi anche nel trattamento di rifiuti -Rappresentare attraverso diagrammi di flusso i processi di recupero di metalli da materie prime e secondarie. -Formulare le equazioni di bilancio di materia e di energia che sono alla base della progettazione e del controllo di impianti pirometallurgici e idrometallurgici. Tali obiettivi sono raggiunti mediante esempi specifici ed esercitazioni dedicate in aula.
Descrittore di Dublino 3– Autonomia di giudizio -Identificazione di potenziali materie prime secondarie per il recupero di metalli ed elaborazione di possibili schemi di processo. -Essere in grado di individuare e raccogliere informazioni aggiuntive su composizione e flussi di materia per valutare possibili strategie di recupero. -Elaborazione di schemi a blocchi e bilanci di materia per possibili processi piro, idro ed elettrometallurgici a partire da rifiuti e scarti. Tali obiettivi sono raggiunti mediante l’elaborazione in esercizi dedicati di schemi di processo originali per il recupero di metalli da materie prime secondarie e/o elaborazione di bilanci di materia sulla base di conoscenze di termodinamica pre-acquisite nella didattica frontale e nelle esercitazioni.
Descrittore di Dublino 4 – Abilità nella comunicazione -Descrivere qualitativamente i processi che possono essere implementati per il recupero di metalli da materie prime primarie e secondarie. -Saper spiegare a persone non esperte le nozioni di base della pirometallurgia e dell’idrometallurgia; -Saper presentare un elaborato o riassumere in maniera completa ma concisa i risultati raggiunti utilizzando correttamente il linguaggio tecnico e gli strumenti grafici tipici per gli schemi di processo (diagrammi a blocchi). Tali obiettivi sono raggiunti mediante esposizione in classe del materiale raccolto in gruppi inerente lo sviluppo di processi innovativi tesi alla valorizzazione di materie prime secondarie o la rappresentazione mediante schemi a blocchi di processi convenzionali e innovativi.
Descrittore di Dublino 5 – Capacità di apprendere -Essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, sia in italiano che in inglese, mediante la consultazione delle principali banche dati disponibili in rete. -Avere le capacità di apprendimento che sono necessarie ai fini di un continuo aggiornamento nell'ambito dello sviluppo dei processi di recupero di metalli da materie prime primarie e secondarie.

L’obiettivo principale del corso, svolto in modalità di lezioni frontali, è quello di fornire i principi base della catalisi eterogenea e della reattività gas-solido. Si prefigge inoltre di fornire un approccio metodologico integrato e ragionato che correli aspetti di struttura e reattività di specie chimiche con aspetti di cinetica e termodinamica delle reazioni.
I risultati attesi riguardano: 1. la comprensione dei fenomeni della catalisi eterogenea mediante un approccio multidisciplinare. Lo studente potrà apprendere i principali metodi di preparazione e di caratterizzazione dei catalizzatori (di bulk e di superficie), i meccanismi di reazione sulla superficie (adsorbimento dei reagenti, reazioni di superficie, desorbimento dei prodotti) e alcune applicazioni della catalisi eterogenea di interesse industriale ed ambientale, affrontando anche le problematiche connesse alla sicurezza. 2. l’applicazione di un approccio multidisciplinare mediante analisi di esempi tratti dalla letteratura relativa al mondo della ricerca o al mondo dell’industria. Lo studente applicherà anche nozioni teoriche di base acquisite in precedenza nei vari corsi di Chimica Generale, Chimica Inorganica e Chimica Fisica per l’interpretazione dei fenomeni catalitici e saprà valutare quali-quantitativamente: - i principali parametri cinetici che descrivono l’attività di un catalizzatore in termini di attività e selettività, con particolare attenzione ai possibili effetti del trasporto di massa, - i principali parametri morfologici e chimico-fisici del catalizzatore (composizione, struttura, dispersione) da cui dipende la prestazione catalitica. 3. lo sviluppo di capacità di interpretazione di dati sperimentali e di risultati presenti nella letteratura scientifica. 4. lo sviluppo della capacità di comunicare in modo sintetico e con padronanza espressiva le conoscenze acquisite mediante un colloquio orale. 5. l’abilità di giustificare ed argomentare le scelte effettuate, predisponendosi così ad affrontare studi successivi con un alto grado di autonomia.

Principi generali della catalisi eterogenea. Passi di una reazione catalitica: adsorbimento, reazione di superficie, desorbimento. Flusso di gas (teoria cinetica). Atomi per unità di superficie, atomi di bulk. Sticking probability. Fattore sterico, Copertura. Fattore esponenziale. Velocità di adsorbimento e desorbimento. Calore di adsorbimento. Isoterme di adsorbimento (Langmuir, Freundlich, Temkin). Adsorbimento fisico e chimico. Eterogeneità superficiale. Meccanismi di reazione (Langmuir-Hinshelwood e Eley-Rideal). Passi elementari di una reazione catalitica. Centri attivi e Rate Determining Step. (12 ore di lezione frontale)

Esempi di reazioni catalizzate. Attività catalitica e selettività. Decomposizione acido formico (Principio di Sabatier). Idrogenazione di alcheni con deuterio (Meccanismo di Horiuty-Polanyi). Fattore geometrico. Esempi di “Volcano-plot”. Network della reazione di idrogenazione di alchini. Fattori cinetici e termodinamici che determinano la selettività. Correlazione struttura elettronica-attività catalitica. Decomposizione di N2O su ossidi: correlazione attività-proprietà di semi-conduzione, ruolo del sito isolato, ruolo della matrice.

(12 ore di lezione frontale)

Preparazione di catalizzatori. Principali supporti e relativi metodi di preparazione: precipitazione, co-precipitazione, sol-gel. Catalizzatori supportati e relativi metodi di preparazione: confronto tra impregnazione (dry e wet) e equilibrium adsorption. Preparazione catalizzatori CoOx/ZrO2. Cenni sulle soluzioni solide di ioni di metalli di transizione. Zeoliti: metodo dello scambio ionico e della deposizione chimica di vapori (CVD, chemical vapour deposition). (8 ore di lezione frontale)

Caratterizzazione dei catalizzatori. Riduzione a temperatura programmata (TPR). Proprietà acido-base di Bronsted e di Lewis dei siti di superficie. Caratterizzazione spettroscopica di superficie mediante FTIR con molecole spia. Caratterizzazione di zeoliti: struttura e reattività di superficie di matrici e campioni scambiati con ioni di metalli di transizione. (8 ore di lezione frontale)

Catalisi ambientale. Abbattimento di N2O. Abbattimento di NOx: marmitta catalitica e reazione SCR con ammoniaca su VOx/TiO2 o con idrocarburi zeoliti scambiate con metalli di transizione. Problema della selettività. (8 ore di lezione frontale)

colloquio orale volto a valutare il raggiungimento degli obiettivi previsti

Dispense fornite dal docente e copia delle diapositive proiettate a lezione.

S.J. Thomson and G. Webb, “Heterogeneous Catalysis”, Oliver & Boyd, Edinburgh and London 1968

M. Boudart and G- DJéga-Mariadassou, "Kinetic of heterogeneous Catalytic Reactions”, Princeton University Press 1984

• J.M. Thomas, W.J. Thomas, “Principle and Practice of Heterogeneous Catalysis”, VCH 1997
• Chemisorption, Hayward and Trapnell, Butterworths Ed., 1964

La Sintesi Organica rappresenta una disciplina avanzata nell’ambito della Chimica Organica, che consente di costruire l’edificio molecolare di molecole obiettivo di diverso grado di complessità in modo non casuale, ma mirato ed efficiente. Poiché gli obiettivi sintetici sono costituiti largamente da sostanze bioattive ad alto valore aggiunto, la Sintesi Organica rappresenta un’area culturale di interesse non solo accademico ma industriale, anche per quanto riguarda gli aspetti di sostenibilità derivanti dal Protocollo della Green Chemistry. Obiettivo formativo generale del corso di insegnamento è quello di conferire conoscenze sulle metodologie e strategie della sintesi organica e conoscenze sulla chimica organica preparativa tramite lezioni frontali ed esercitazioni in aula. I risultati di apprendimento attesi sono saper progettare una sintesi semplice secondo i moderni criteri razionali e di compatibilità ambientale, e saper valutare come eseguire passaggi sintetici in laboratorio. Obiettivi specifici: lo studente che abbia superato l’esame possiederà le conoscenze necessarie allo studio dell’approccio razionale alla sintesi organica (logica della sintesi), e le conoscenze di metodologie sintetiche moderne e compatibili (lezioni frontali); sarà in grado di conoscere e comprendere i principi della Green Chemistry anche nell’ambito applicativo della sintesi (lezioni frontali); avrà inoltre acquisito le conoscenze necessarie ad affrontare i procedimenti della chimica organica preparativa (lezioni frontali ed esercitazioni in aula). Sarà inoltre in grado, tramite collegamenti trasversali fra le sue conoscenze di chimica organica, di giudicare quale sarà la più efficace fra diverse modalità di sintesi (avvalendosi di esempi discussi nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni) e di descrivere con un linguaggio adeguato gli schemi della sintesi (interventi sollecitati dalla docente durante le lezioni e discussione di esempi alla lavagna durante le lezioni frontali e le esercitazioni). L’approfondimento dello studio delle condizioni delle reazioni organiche necessario per affrontare uno schema sintetico fornirà allo studente la capacità di proseguire lo studio della chimica organica in modo autonomo (lezioni frontali ed esercitazioni in aula).

Il corso mira ad introdurre i concetti della struttura delle macromolecole, per esempio polimeri sintetici, con metodi chimico-fisici applicati alla caratterizzazione strutturale, focalizzando l’attenzione sulla diffrazione dei raggi X (di cui verrà menzionata la complementarietà con la diffrazione di neutroni). Saranno introdotte le diverse tecniche basate sui raggi X come diffrazione a grande angolo (WAXS) e diffusione a basso angolo (SAXS) e ne verrà dimostrata la capacità di caratterizzare le gerarchie strutturali e complessità morfologica delle macromolecole sulla scala spaziale dalle distanze interatomiche fino a dimensioni nanometriche.
Saranno sviluppate conoscenze della teoria di diffrazione dei raggi X da un elettrone, un atomo, un insieme dei atomi e infine da un oggetto macromolecolare. Inoltre sarà introdotto il concetto di ordine/disordine strutturale. Verranno descritti i concetti di stato amorfo e semi-cristallino dei sistemi polimerici e dell’organizzazione strutturale delle loro soluzioni diluite in solventi compatibili.
Riguardo allo stato cristallino verrà discusso il concetto di cella elementare, di cristallinità, di ordine lamella e della relativa suddivisione in domini amorfi e cristallini. Verranno inoltre presentati sistemi con ordine bidimensionale (p.e fibre) e il loro studio mediante tecniche di diffrazione.
Durante il corso saranno effettuate diverse esperienze di laboratorio, al fine di consolidare le competenze teoriche e implementare praticamente le operazioni di elaborazione di dati sperimentali. Attraverso le esperienze di laboratorio, lo studente avrà la possibilità di raccogliere dati di diffrazione, di elaborarli e, attraverso l’uso di programmi specifici, di estrarre parametri strutturali caratteristici del sistema in studio.
Al termine del corso lo studente avrà acquisito competenze riguardo ai principii generali della diffrazione dei raggi X/neutroni, applicata a sistemi macromolecolari. In particolare, dovrà conoscere i principii dell’esperimento di diffrazione a grande e a basso angolo, dovrà essere in grado di selezionare le condizioni sperimentali più idonee allo studio dei sistemi proposti, dimostrando di saper applicare le competenze acquisite. Inoltre, deve saper argomentare le scelte identificate. Dovranno essere chiaramente compresi gli aspetti strutturali di sistemi complessi, come soluzioni polimeriche, di bio-macromolecole e fluidi complessi. Lo studente dovrà inoltre dimostrare la capacità di inquadrare il problema nel giusto contesto e di selezionare modelli teorici più adatti alla sua risoluzione qualitativa e quantitativa. Nel corso della prova finale verrà, inoltre, valutata la capacità di analisi, di sintesi e di coerenza logica nell’esposizione orale e l’abilità dello studente di comunicare in un linguaggio appropriato a livello corrispondente alla Laurea Magistrale.
Durante il corso allo studente saranno proposti articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali insieme a testi di riferimento per approfondimenti che verranno discussi in aula. Questo approccio dovrebbe favorire la capacità di apprendimento e l’abitudine a selezionare fonti bibliografiche diverse, in italiano e, soprattutto in inglese. Il Corso dovrebbe quindi trasmettere l’importanza di un aggiornamento continuo in funzione, ad esempio, dello svolgimento della tesi di laurea magistrale o del dottorato di ricerca. Verrà stimolata la proposta da parte degli studenti di sistemi di loro interesse in cui le tecniche oggetto del corso possono aumentare il grado di comprensione delle correlazioni tra proprietà microscopiche e funzionalità a livello macroscopico.

Struttura delle macromolecole (Chim02 per LM71)

1. Introduzione:

• Complessità strutturale delle macromolecole. Concetto di gerarchia.

Multiscala delle morfologiche di lunghezza

• Tecniche sperimentali applicate per l'esplorazione della struttura macromolecolare.

2. Diffrazione di Raggi X.

• Diffrazione e Interferenza, Principio di Huygens–Fresnel. • Definizione di Onda EM, Esperimento di Interferenza di Young. • Reticolo di Diffrazione, Calcolo delle Posizione delle Frange • Raggi X, Proprietà. Scoperte di Lauer e Braggs. • Scoperta di Raggi X. Produzione di Raggi X. • Spettro di Raggi X caratteristico e continuo.

3. Interazioni dei raggi X con la materia

• Assorbimento (Lambert Beer Low), Fluorescenza, Diffusione Elastica e Anelastica. • Diffusione di Thomson ad elettroni liberi. Scattering di Compton • Fattore di Forma Atomica • Diffrazione da un sistema poliatomico (Debye Equazione) .

4. Diffrazione da materiali cristallini (WAXS)

• Definizione di Cella Unitaria Cristallina, parametri di cella, Operazione di Simmetria, Reticolo di Bravais, Gruppi Spaziali, Indici di Miller • Legge di Bragg. Diffrattometri. Identificazione di fase.

5. Struttura dei polimeri cristallini/semicristallini.

• WAXS di Polimeri. Polimeri amorfi e cristallini. • Polimeri cristallini: identificazione di cella, coefficiente di espansione termica. Deformazione e Strains, Cristallinità; Dimensioni dei cristalliti e distorsioni di reticolo. • Orientamento nei Polimeri (fibre). In-plane orientamento. Orientamento assiale delle fibre. Diffrazione 2D.

6. Scattering (diffusione) a piccoli angoli (SAXS/SANS)

• Strumentazione, preparazione del campione, misure, riduzione dei dati. • Concetto di contrasto. Principio di Babinet • Conformazione del polimero nel Bulk. Ordine lamellare. • Soluzioni polimeriche diluite/concentrate. Definizione dei Fattori di Forma/Struttura. Modelli analitici per l'analisi dei dati. Approssimazione Guinier, Raggio di Girazione. Legge di Porod, definizione del Fattore di Forma, Kratky plot.

Structure of Macromolecules

3 esperienze di laboratorio

La valutazione finale consisterà in una prova orale durante la quale verranno discussi i contenuti del corso, comprese le relazioni di laboratorio.

B. D. Cullity & S. R. Stock, Elements of X‑Ray Diffraction

O. Glatter & O. Kratky (a cura di), Small Angle X‑Ray Scattering

Dispense del corso, insieme ai materiali indicati nel programma

B. D. Cullity & S. R. Stock, Elements of X‑Ray Diffraction

O. Glatter & O. Kratky (a cura di), Small Angle X‑Ray Scattering

Il corso si concentra sui concetti di rischio professionale causato da agenti chimici. Fornisce inoltre informazioni sui rischi professionali derivanti da agenti biologici e fisici.

OBIETTIVI GENERALI:
L’Attività formativa ha l’obbiettivo di avvicinare lo studente magistrale al mondo del lavoro, attraverso la frequenza di seminari tematici, professionalizzanti e motivazionali, da parte di rappresentanti di aziende e centri di ricerca , italiani e internazionali che operano nel mondo della ingegneria chimica, dell’ingegneria farmaceutica e dell’ingegneria dei materiali.
OBIETTIVI SPECIFICI: Con riferimento ai descrittori di Dublino:
1. conoscenza e comprensione (descrittore di Dublino A) dei temi di maggiore rilevanza, complessità e urgenza nel mondo dell’ingegneria chimica in senso lato, così come declinati dai principali portatori di interesse del CdS.
2. capacità di applicare la conoscenza e la comprensione (descrittore B) acquisite durante gli insegnamenti fondamentali alle sfide reali dell’ingegneria moderna, così come esemplificate e approfondite dai principali portatori di interesse.
3. maggiore consapevolezza dell’impatto sulla società e delle implicazioni non tecniche delle soluzioni ingegneristiche adottate; possibilità di comprendere attraverso lo scambio con i rappresentanti della professione le responsabilità professionali ed etiche (descrittore C).
4. acquisizione di chiare indicazioni sulle capacità di lavoro di squadra e sulle personali abilità comunicative richieste per i ruoli professionali ricoperti in aziende e centri di ricerca (descrittore D).

Seminari - altre attività utili all'inserimento nel mondo del lavoro, proposti e certificati dal CAD.

Gli studenti potranno selezionare i seminari di maggior gradimento, fino alla copertura di 8 seminari da 1,5 h ciascuno (o equivalenti)

La frequenza e la partecipazione ai seminari saranno certificate dai docenti che ne hanno curato l'organizzazione.

Non sarà richiesta una valutazione finale

Saranno messe a disposizione le slides da parte del Relatore.

nessuno

L'insegnamento di Biotrasformazioni Industriali ha l'obiettivo di fornire allo studente conoscenze fondamentali di tipo specialistico relativamente alla produzione, separazione e purificazione di prodotti di interesse biotecnologico e industriale utilizzando metodologie e strategie di sintesi biotecnologica avanzate e innovative evidenziandone problematiche e vantaggi dal punto di vista produttivo. L'obiettivo principale del corso è pertanto quello di fornire gli strumenti per comprendere a fondo i concetti di sviluppo sostenibile e sostenibilità industriale e il ruolo delle biotecnologie nella sostenibilità dei processi industriali. Le lezioni frontali si sviluppano a partire dallo studio del mercato degli enzimi industriali e delle sue caratteristiche, per poi affrontare i nuovi strumenti biologico-molecolari per l’ottenimento di nuove attività enzimatiche, fino alla analisi di alcuni esempi di applicazioni biotecnologiche di produzioni industriali con enzimi isolati (industria della detergenza, amido, bioetanolo, industria tessile, industria alimentare (alimentazione animale e umana) e chimica fine. Successivamente si affronteranno tematiche tipiche delle bioproduzioni industriali (la cellula come fabbrica cellulare) fino alla produzione di proteine e metaboliti di interesse industriale. Le conoscenze acquisite nel presente insegnamento, costituiscono un quadro di riferimento per le competenze successive, intese nel loro significato più ampio.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite) - La relazione struttura-performance dei catalizzatori biologici e loro principali applicazioni tecnologiche. - le principali trasformazioni biotecnologiche e la loro importanza dal punto di vista industriale. - le principali tecniche di bioseparazione e purificazione dei prodotti biotecnologici - i più recenti sviluppi della letteratura nell'ambito della biotecnologie industriali - aspetti relativi allo studio delle principali ed attuali applicazioni di enzimi isolati (o immobilizzati) e di cellule intere nelle produzioni industriali
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze ed abilità acquisite): - interpretare criticamente l’influenza delle condizioni di reazione sulla struttura ed attività (enantio e regioselettività) dei catalizzatori biologici - comprendere la connessione con le altre aree culturali del CdS, in particolare gli aspetti della chimica analitica, chimica inorganica, chimica organica e chimica fisica. - sviluppare la capacità di comunicare quanto appreso, attraverso prove d'esame orali. - capacità di sviluppare lo studio autonomo attraverso l'indicazione di fonti di aggiornamento accessibili.

L'insegnamento di Biotrasformazioni Industriali ha l'obiettivo di fornire allo studente conoscenze fondamentali di tipo specialistico relativamente alla produzione, separazione e purificazione di prodotti di interesse biotecnologico e industriale utilizzando metodologie e strategie di sintesi biotecnologica avanzate e innovative evidenziandone problematiche e vantaggi dal punto di vista produttivo. L'obiettivo principale del corso è pertanto quello di fornire gli strumenti per comprendere a fondo i concetti di sviluppo sostenibile e sostenibilità industriale e il ruolo delle biotecnologie nella sostenibilità dei processi industriali. Le lezioni frontali si sviluppano a partire dallo studio del mercato degli enzimi industriali e delle sue caratteristiche, per poi affrontare i nuovi strumenti biologico-molecolari per l’ottenimento di nuove attività enzimatiche, fino alla analisi di alcuni esempi di applicazioni biotecnologiche di produzioni industriali con enzimi isolati (industria della detergenza, amido, bioetanolo, industria tessile, industria alimentare (alimentazione animale e umana) e chimica fine. Successivamente si affronteranno tematiche tipiche delle bioproduzioni industriali (la cellula come fabbrica cellulare) fino alla produzione di proteine e metaboliti di interesse industriale. Le conoscenze acquisite nel presente insegnamento, costituiscono un quadro di riferimento per le competenze successive, intese nel loro significato più ampio.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite) - La relazione struttura-performance dei catalizzatori biologici e loro principali applicazioni tecnologiche. - le principali trasformazioni biotecnologiche e la loro importanza dal punto di vista industriale. - le principali tecniche di bioseparazione e purificazione dei prodotti biotecnologici - i più recenti sviluppi della letteratura nell'ambito della biotecnologie industriali - aspetti relativi allo studio delle principali ed attuali applicazioni di enzimi isolati (o immobilizzati) e di cellule intere nelle produzioni industriali
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze ed abilità acquisite): - interpretare criticamente l’influenza delle condizioni di reazione sulla struttura ed attività (enantio e regioselettività) dei catalizzatori biologici - comprendere la connessione con le altre aree culturali del CdS, in particolare gli aspetti della chimica analitica, chimica inorganica, chimica organica e chimica fisica. - sviluppare la capacità di comunicare quanto appreso, attraverso prove d'esame orali. - capacità di sviluppare lo studio autonomo attraverso l'indicazione di fonti di aggiornamento accessibili.

Introduzione al corso (2 CFU)

• Sviluppo sostenibile e sostenibilità industriale; processi industriali sostenibili; ruolo delle biotecnologie nella sostenibilità dei processi industriali
• Fondamenti e criteri guida delle bioproduzioni e bioconversioni industriali
• Bioconversioni industriali (3CFU)
• Nuovi Strumenti per l’ottenimento di attività enzimatiche: evoluzione molecolare (DNA shuffling), disegno razionale;
• Ingegneria dei bioprocessi (risoluzione cinetica di tipo dinamico)
• Biocatalisi in fluidi supercritici: metodologie ed applicazioni industriali
• Enzimi estremofili: applicazioni biotecnologiche
• Enzimi mesofili in biotrasformazioni: alcuni esempi di applicazioni (industria della detergenza, amido, bioetanolo, industria tessile, industria alimentare (alimentazione animale e umana), chimica fine
• Bioconversioni per una maggiore sostenibilità di talune grandi produzioni industriali (cuoio, gelatina. carta)
• Prospettive future

II. Bioproduzioni (4CFU)

• La cellula come fabbrica cellulare; produzione di proteine e metabolici di interesse industriale
• Bioproduzione di acidi organici: Etanolo, Acido citrico.
• Bioproduzione di Antibiotici; amminoacidi; vitamine.
• Bioplastiche: biodegradabilità e compostabilità. La bioraffineria
• Bioproduzione di Polisaccaridi: le gomme polisaccaridiche (caso dello xanthan), la cellulosa batterica,
• Biosintesi di Poliesteri (poliidrossialcanoati). Applicazioni dei 3-idrossi metil alcanoati come biocarburanti
• Il caso del PLA (acido polilattico). Poliamminoacidi
• Biopolimeri da piante transgeniche

La valutazione delle conoscenze acquisite sarà effettuata attraverso la formulazione di domande puntuali relative ai contenuti del programma

Il docente renderà disponibile insieme alle slides delle presentazioni in .pptx delle lezioni copia di recenti articoli/reviews su alcuni degli argomenti trattati.

In accordo ai primi due descrittori di Dublino, lo studente a fine corso dovrà aver appreso:
a) il significato di polimero conduttore/semiconduttore ed il concetto di drogaggio di un polimero semiconduttore;
b) come si preparano e si caratterizzano i polimeri conduttori;
c) la scienza dei materiali alla base della scelta dei polimeri conduttori come materiali attivi in dispositivi elettrochimici, ottici, elettronici e per la sensoristica
Lo studente applicherà le conoscenze acquisite durante il corso per la sintesi e caratterizzazione di materiali polimerici con diverse caratteristiche di conduzione elettrica. Nel corso si dedica attenzione a far sviluppare le capacità di comunicare quanto si è appreso attraverso domande in classe e l’esame finale (quarto descrittore di Dublino).

Strutture dei sistemi allo stato solido

Materia allo stato solido. Solidi cristallini. Tipi di celle elementari dei cristalli, sistemi cristallini e reticoli di Bravais. Operazioni ed elementi di simmetria. Operazioni composte di simmetria. Gruppi puntuali. Classi di simmetria. Principio di Neumann. Morfologia dei cristalli e forma del reticolo cristallino. Proprietà fisiche di un cristallo. Gruppi spaziali. Strutture cristalline semplici. Cristalli atomici. Tipi di impaccamento. Forme allotropiche. Strutture del diamante e di metalli. Cristalli si sistemi con più elementi. Struttura del polisolfonitrile. Strutture di poli-metalloftalocianine con ligandi assiali a ponte.

Proprietà vibrazionali dei solidi

Vibrazioni di un atomo nel cristallo per effetto di una forza elastica. Ampiezza e frequenza delle oscillazioni atomiche. Energia vibrazionale di punto zero e correlazioni con funzioni termodinamiche. Costante di Gruneisen. Equazione di stato per solidi. Assorbimento nell’IR di gruppi caratteristici presenti nei solidi polimerici organometallici.

Cristalli ionici

Struttura dei cristalli ionici: relazione con i raggi ionici. Stabilità dei legami elettrostatici e costante di Madelung. Forze a lungo e corto raggio. Diagramma di Lennard-Jones. Formule di energia potenziale elettrostatica per solidi ionici. Espressione di Born-Mayer. Termini correttivi nell’equazione dell’energia totale interna di un cristallo ionico. Energia libera di Helmholtz. Equazione di Hildebrand. Difetti nei cristalli ionici. Analisi termodinamica della formazione dei difetti in un cristallo ionico. Applicazione della legge di azione di massa sulla formazione dei difetti di tipo Frenkel. Determinazione sperimentale della concentrazione di difetti in un cristallo ionico. Centri F, V e H in NaCl. Equazione di Smakula.

Conducibilità elettrica nei solidi

Caratteristiche generali di un conduttore di elettricità. Effetti esercitati a livello macroscopico sui portatori di carica in seguito all'applicazione di un campo elettrico. Corrente elettrica e conducibilità. Casi di materiali con conducibilità elettrica scalare e tensoriale. Conducibilità elettrica di solidi ionici e polimerici. Cristalli ionici come elettroliti di stato solido. Validità della legge di Ohm. Elettroliti solidi a conduzione mista. Concetto di disordine estrinseco (drogaggio). Polimeri conduttori a conduzione mista. Numero di trasporto. Polimeri conduttori elettronici. Origine microscopica della resistenza elettrica. Teoria delle bande per metalli monodimensionali. Instabilità di Peierls. Caso del polisolfonitrile. Doping chimico di polimeri. Diffusione nei solidi polimerici. Proprietà di conduzione di polimeri organometallici. Concetti di anisotropia, monodimensionalità e direzionalità. Nanochannel, nanowire, photonic rod e trasporto di informazioni attraverso fotoni, elettroni e molecole. Analisi della conducibilità in polimeri organometallici in seguito a drogaggio. Meccanismo di hopping dei portatori di carica a range variabile e a distanza fissa. Proprietà elettroniche di polimeri organometallici con ligandi di tipo ftalocianinico.

Elettrochimica dei sistemi a stato solido

Corrente elettrica come reagente o prodotto di reazione. Celle galvaniche. Materiali ad intercalazione come specie elettroattive a stato solido. Esempio degli elettrodi di batterie allo ione litio. Intercalazione ed inserzione. Solidi di Van der Waals. Modelli di riempimento di sistemi ad intercalazione. Esempi di LiCoO2, WO3, LiFePO4 e TiS2. Polisolfonitrile come materiale elettrodico. Interfaccia elettrochimica con elettrodi di polisolfonitrile. Concetto di eccesso di superficie all'interfaccia tra due fasi. Modello di Helmholtz dell’interfaccia elettrochimica. Adsorbimento cationico su polisolfonitrile. Cinetica dei processi elettrochimici. Correnti anodica e catodica. Equazione di Butler-Volmer. Corrente di scambio e coefficienti di asimmetria. Sovratensione. Isoterma di adsorbimento. Reazioni su elettrodi modificati di polisolfonitrile. Dispositivi e procedure per la polimerizzazione elettrochimica dell’anilina e delle tetra-ammino ftalocianine. Voltammetria ciclica. Attribuzione dei picchi di corrente a processi redox localizzati sulle diverse unità strutturali del complesso. Fattori e condizioni operative influenzanti la cinetica di polimerizzazione e caratteristiche chimico-fisiche dei depositi elettropolimerizzati. Meccanismi di compensazione di carica per polimeri elettrodepositati. Proprietà pseudo-capacitive della poli tetra-ammino ftalocianina ed effetti di microporosità. Formula di calcolo della capacità del film polimerico elettrodepositato dalle caratteristiche del voltammogramma. Dipendenza della conducibilità della poli tetra-ammino ftalocianina dal tipo di drogaggio e dalla temperatura. Meccanismo di conduzione a tunnel fra segmenti elettronicamente coniugati con delocalizzazione di carica estesa. Polimerizzazione chimica ed elettrochimica della octa-ciano ftalocianina. Effetto elettrocatalitico della poli tetra-ammino ftalocianina verso l’ossidazione dell’acido ossalico ad anidride carbonica. Elettrocromismo catodico della poli tetra-ammino ftalocianina. Velocità di switching e contrasto ottico. Effetto dell’elettrolita di supporto sulla cinetica di colorazione.

Materiali nano strutturati: caso dei nanotubi di carbonio

Introduzione ai sistemi nanostrutturati e concetto di confinamento per sistemi solidi confinati a due o tre dimensioni. Nanotubi di carbonio a singola parete (SWCNT). Vettore di Hamada (C). Strutture di SWCNT a zig-zag e armchair. Nanotubi chirali. Vettore di traslazione T. Dipendenza del diametro del nanotubo di carbonio dagli indici n ed m. Cenni sulle proprietà di simmetria dei SWCNT in dipendenza del diametro. Trattazione quanto-meccanica dei nanotubi. Autovalori di energia e autofunzioni degli elettroni in SWCNT. Struttura a sotto-bande e singolarità di Van Hove. Spettri di assorbimento ed emissione dei SWCNT. Dipendenza dei parametri spettroscopici dai fattori strutturali del SWCNT. Stati metallici e stati semiconduttori dei SWCNT. Densità degli stati elettronici dei SWCNT in funzione della geometria di sovrapposizione degli orbitali p di atomi di carbonio adiacenti nel SWCNT. Determinazione del profilo di densità degli stati (DOS) per SWCNT con la tecnica della spettroscopia ad effetto tunnel con microscopio a scansione di punta (STM).

• - Handbook of conducting polymers, voll. 1 e 2 (editore: Terje A. Skotheim), Wiley - Prima edizione (1986)
• Solid State Chemistry and its Applications-

L'esame consiste nella sola prova orale

• Handbook of conducting polymers, voll. 1 e 2 (editore: Terje A. Skotheim), Wiley - Prima edizione (1986)
• Solid state chemistry and its applications (Anthony R. West), Wiley - Seconda edizione (2014)
• Slides delle lezioni

Il corso concorre al raggiungimento degli obiettivi formativi di cui al Manifesto degli Studi della Laurea Magistrale in Geologia Applicata. In particolare, il corso ha l’obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze di base relative ai fenomeni di contaminazione dei suoli e delle falde acquifere allo scopo di: a) Comprendere i meccanismi che governano la dispersione di contaminanti nelle matrici ambientali suolo e falde acquifere sulla base della conoscenza delle caratteristiche dei contaminanti e delle matrici ambientali di interesse; b) Selezionare le strategie di intervento per il recupero e riqualificazione di siti contaminati; c) Valutare l’adeguatezza delle soluzioni potenzialmente applicabili al contesto normativo nazionale Studenti e studentesse che abbiano superato l’esame avranno conosciuto e compreso (descrittore 1: conoscenze acquisite): • Fondamenti sui fenomeni di trasporto dei contaminanti nei suoli e nelle falde acquifere con particolare riferimento alle caratteristiche chimico fisiche dei contaminanti e delle matrici ambientali di interesse • Principali tecnologie per la caratterizzazione dei siti contaminati • Fondamenti e principali tipologie di tecnologie applicabili nel risanamento di siti contaminati • Procedure tecnico/amministrative nella gestione di un sito contaminato nel contesto normativo nazionale Studenti e studentesse che abbiano superato l’esame saranno in grado di (descrittore 2 - competenze acquisite): • Predisporre un piano di caratterizzazione per un sito potenzialmente contaminato • Identificare la strategia più appropriata nella bonifica/messa in sicurezza di un sito contaminato • Predisporre attività sperimentali propedeutiche alla selezione della migliore strategia/tecnologia per la bonifica di un sito inquinato Nel corso delle lezioni frontali, oltre alla acquisizione delle competenze suddette, il riferimento a casi reali di contaminazione, con diretta interazione con gli studenti e stimolazione a fornire possibili soluzioni delle problematiche presentate, consentirà di incrementare le capacità critiche e di giudizio (descrittore 3) e la capacità di comunicare quanto si è appreso (descrittore 4)

1.Trasporto e destino degli inquinanti nei suoli e sottosuoli (2.5 CFU)

1.1 Definizione e descrizione delle diverse fonti di inquinamento dei suoli e delle falde acquifere con particolare riferimento all'impatto ambientale delle diverse attività industriali.

1.2 Classificazione degli inquinanti sulla base delle caratteristiche chimico/fisiche e delle proprietà che ne determinano il destino nei suoli e sottosuoli.

1.3 Fasi liquide non acquose (NAPL) e loro dispersione nell'ambiente. Metodologie di campionamento nella zona satura e insatura.

1.4 Meccanismi di interazione tra contaminanti e suoli/sottosuoli (adsorbimento, volatilizzazione e biodegradazione).

1.5 Principi dei modelli matematici del flusso in zona satura e in zona insatura.

1.6 Esempi di codici di calcolo a larga diffusione per la simulazione del trasporto reattivo dei contaminanti nella zona satura.

2.Il Quadro Normativo di Riferimento (0.5 CFU)

2.1 Le leggi per la difesa del suolo.

2.2 Le leggi che regolano la qualità delle acque.

2.3 Cenni sulla normativa comunitaria.

3.Tecnologie di messa in sicurezza e bonifica di suoli e falde acquifere inquinate (3 CFU)

3.1 Interventi di messa in sicurezza per suoli e acque di falda. Sistemi di contenimento attivi e passivi (barriere idrauliche e diaframmi impermeabili).

3.2 Classificazione degli interventi di bonifica (in-situ, on/off site, chimico-fisici e biologici).

3.3 Rassegna delle tecnologie consolidate per la bonifica di suoli e falde contaminate.

3.4 Criteri per la selezione degli interventi più appropriati (analisi costi/benefici).

3.5 Tecnologie avanzate per la bonifica in-situ: Barriere Permeabili Reattive, sistemi avanzati di Pump & Treat, bonifica biologica in-situ, attenuazione naturale monitorata e attenuazione naturale accelerata.

4. Esercitazioni numeriche (3 CFU)

4.1 Studio ed utilizzo di software per la rappresentazione georeferenziata dei dati di contaminazione

4.2 Studio ed utilizzo di software per la valutazione speditiva del trasporto e degradazione di contaminanti

4.3 Studio ed utilizzo di software per l'Analisi di Rischio sito specifica nei siti inquinati

La prova finale verrà svolta mediante un colloquio orale con il candidato volto ad accertare le conoscenze acquisite, come definite negli obiettivi formativi. In particolare il colloquio servirà a verificare, da una parte, l'acquisizione delle conoscenze di natura scientifica introdotte nel corso e, dall'altra, la capacità dello studente di affrontare il percorso tecnico/procedurale della gestione di un sito contaminato e proporre soluzioni di recupero appropriate. Questa seconda parte si svolgerà sottoponendo al candidato uno scenario di contaminazione e verificando con lui la capacità progressiva di definizione delle modalità di intervento. Per l'esame il candidato preparerà una breve presentazione in power point (o similari) scegliendo di approfondire uno degli argomenti trattati a lezione, presentare un caso studio o proporre un argomento non trattato nelle lezioni ma relativo alle tematiche del corso.

Materiale didattico fornito dal docente

Materiale didattico digitale su piattaforma Eiduco

Questo corso offre un'introduzione ai Metodi Spettroscopici utilizzati per lo studio dei sistemi chimici e macromolecolari. Le diverse tecniche spettroscopiche come la spettroscopia rotazionale, vibrazionale ed elettronica e la risonanza magnetica nucleare verranno descritte a partire dai principi quantomeccanici dei modelli di riferimento. Verranno poi viste le applicazioni più significative per la caratterizzazione dei sistemi chimici e macromolecolari.
L’obiettivo del corso è quello di fornire allo studente una conoscenza teorica e pratica delle basi fisiche delle tecniche spettroscopiche maggiormente utilizzate e della loro gamma di applicazioni allo studio dei sistemi chimici e macromolecolari

Nozioni fondamentali di Risonanza Magnetica Nucleare. Proprietà magnetiche dei nuclei, protoni, neutroni, elettroni. Trattazione classica della precessione di Larmor. Condizioni di risonanza. Interazioni dei nuclei con l'intorno. Equazioni fenomelogiche di Bloch. Trattazione quantistica sempliceAspetti teorici e applicazioni pratiche dei parametri spettrali NMR: chemical shift. Molteplicità dei segnali e costante di accoppiamento. Area dei segnali. Meccanismi di rilassamento e tempi di rilassamento T1 e T2. Effetto nucleare Overhauser. Applicazioni dei parametri NMR ai sistemi macromolecolari.Aspetti strumentali. Elettromagneti e magneti superconduttori. Controllo dell’omogeneità del campo magnetico statico. Convertitore analogico-digitale. Trasmettitore e ricevitore. NMR a trasformata di Fourier. Metodo ad impulsi. Cicli di fase. Elaborazione del segnale. Tipi di funzione finestra. Teoria degli operatori prodotto.Modalità di esecuzione degli esperimenti: sequenze monodimensionali (sequenze con disaccoppiamento dal protone, INEPT, DEPT, INADEQUATE, misura dei tempi di rilassamento); sequenze bidimensionali omonucleari (COSY, TOCSY, NOESY, ROESY); sequenze bidimensionali eteronucleari (HETCOR, HSQC, HMQC, HMBC); sequenze per la misura dei coefficienti di diffusione (DOSY).Microstruttura dei polimeri: composizione, costituzione configurazione e conformazione. Nuclei impiegati nello studio dei materiali polimerici. Studi di omopolimeri e copolimeri di sintesi. Informazioni spettrali sui meccanismi di sintesi polimerica e informazioni sui meccanismi catalitici. Direzione di addizione dei monomeri. Tipo, lunghezza e locazione di ramificazioni e cross-link. Tatticità. Determinazioni in termini di numero di unità monometriche (triadi, tetrodi, ecc.). polimeri biocompatibili di origine naturale e semisintetica. Gel e idrogel.Differenze tra la spettroscopia NMR in soluzione ed allo stato solido. NMR ad alta risoluzione allo stato solido. Cause di allargamento del segnale NMR. Problemi di sensibilità. Spettroscopia ad angolo magico. Effetto Hartmann-Hann e cross polarization. Esempi di applicazioni a solidi di differente natura. Spettroscopia bidimensionale nei solidi.

La valutazione verrà effettuata con un esame orale.

A.E. Tonelli: NMR spectroscopy and polymer microstructure. The conformational connectionK. Matsuzaki, T. Uryu, T. Asakura: NMR spectroscopy and stereoregularity of polymers

La prova finale per il conseguimento del titolo di Laurea Magistrale in Chimica Industriale consiste nello svolgimento di un'attività di ricerca originale, realizzata dallo studente sotto la supervisione di un docente-relatore. Questo lavoro si conclude con la presentazione di un elaborato scritto e la sua illustrazione e discussione in una seduta pubblica, di fronte a una commissione appositamente nominata, che esprimerà la valutazione finale. Il numero dei CFU dedicati a questa attività sono indicati nel regolamento didattico del Corso di Studio.
La prova finale costituisce un momento cruciale per dimostrare la capacità dello studente di sviluppare un progetto di ricerca originale e applicato, coerente con gli obiettivi formativi del curriculum scelto. Lo studente deve inoltre dimostrare competenze metodologiche, capacità di analisi, sintesi e comunicazione scientifica, e l'abilità di applicare conoscenze teoriche e sperimentali avanzate a problemi complessi nel settore chimico-industriale.
La fase di ricerca comprende la raccolta dei dati, che può essere svolta tramite esperimenti, simulazioni, o analisi teoriche e bibliografiche. I risultati ottenuti devono essere analizzati con rigore metodologico, confrontati con la letteratura scientifica di riferimento, e interpretati per evidenziare gli aspetti originali e il contributo innovativo. È fondamentale che lo studente dimostri capacità di affrontare e risolvere criticità emerse durante il processo di ricerca.
La stesura della tesi rappresenta una componente essenziale della prova finale. L'elaborato deve includere: una introduzione che delinei il contesto del lavoro e gli obiettivi del progetto; una analisi critica della letteratura che descriva lo stato dell'arte e identifichi le lacune conoscitive che il progetto intende colmare e quindi gli scopi della ricerca; una sezione dedicata a materiali e metodi, che documenti le tecniche e gli strumenti utilizzati; la presentazione dei risultati, supportata da grafici, tabelle o schemi, seguita da una discussione che ne interpreti il significato e ne sottolinei il contributo originale; conclusioni che riassumano i risultati principali e illustrino possibili sviluppi futuri; una bibliografia accurata che raccolga tutte le fonti consultate.

L’obiettivo principale del corso, svolto in modalità di lezioni frontali, è quello di fornire i principi base della catalisi eterogenea e della reattività gas-solido. Si prefigge inoltre di fornire un approccio metodologico integrato e ragionato che correli aspetti di struttura e reattività di specie chimiche con aspetti di cinetica e termodinamica delle reazioni.
I risultati attesi riguardano: 1. la comprensione dei fenomeni della catalisi eterogenea mediante un approccio multidisciplinare. Lo studente potrà apprendere i principali metodi di preparazione e di caratterizzazione dei catalizzatori (di bulk e di superficie), i meccanismi di reazione sulla superficie (adsorbimento dei reagenti, reazioni di superficie, desorbimento dei prodotti) e alcune applicazioni della catalisi eterogenea di interesse industriale ed ambientale, affrontando anche le problematiche connesse alla sicurezza. 2. l’applicazione di un approccio multidisciplinare mediante analisi di esempi tratti dalla letteratura relativa al mondo della ricerca o al mondo dell’industria. Lo studente applicherà anche nozioni teoriche di base acquisite in precedenza nei vari corsi di Chimica Generale, Chimica Inorganica e Chimica Fisica per l’interpretazione dei fenomeni catalitici e saprà valutare quali-quantitativamente: - i principali parametri cinetici che descrivono l’attività di un catalizzatore in termini di attività e selettività, con particolare attenzione ai possibili effetti del trasporto di massa, - i principali parametri morfologici e chimico-fisici del catalizzatore (composizione, struttura, dispersione) da cui dipende la prestazione catalitica. 3. lo sviluppo di capacità di interpretazione di dati sperimentali e di risultati presenti nella letteratura scientifica. 4. lo sviluppo della capacità di comunicare in modo sintetico e con padronanza espressiva le conoscenze acquisite mediante un colloquio orale. 5. l’abilità di giustificare ed argomentare le scelte effettuate, predisponendosi così ad affrontare studi successivi con un alto grado di autonomia.

Tecnologia ed applicazioni dei materiali polimerici: Proprietà dei polimeri commerciali più diffusi. Polimeri termoplastici: Polistirene, polietilene (High, medium, low Density), polivinilcloruro, policarbonato, PET, Nylon. Termoindurenti: resine fenolo-formaldeide, resine urea-formaldeide. Applicazione della spettroscopia IR per l’identificazione di plastiche.

Introduzione alle Bioplastiche: tipologie, proprietà e applicazioni

Formulazione dei materiali plastici per usi commerciali: Classificazione, criteri generali per la scelta degli additivi, additivi di processo e a lungo termine. Antiossidanti: processi di termo-degradazione, fenomeno del fish-eye e del beta-scission. Classificazione e tipi di antiossidanti, test di efficienza. Fotostabilizzanti: processi di foto-degradazione, meccanismi di azione degli additivi foto-stabilizzanti. Ritardanti di fiamma: classificazione e meccanismo di azione. Polimeri intrinsecamente resistenti alla fiamma. Plastificanti: meccanismo di azione, scelta del plastificante, classi di plastificanti, compatibilità. Valutazione delle proprietà meccaniche di PVC in funzione di diverso contenuto di plastificante. Additivi di processo: Lubrificazione interna ed esterna e slip agents. Blends polimerici: proprietà termiche e meccaniche.

Materiali compositi particellari: Cariche inerti e funzionali. Riempitivi rinforzanti: compositi gomma/carbon black. Riempitivi antiurto (polistirene antiurto, gomma stirene-butadiene, gomme acrilonitrile-butadiene-stirene ABS).

Materiali compositi fibrosi : Definizione, classificazione, tipi di compositi fibrosi. Tipi di fibre: preparazione, proprietà, impieghi. Fibre di vetro, di grafite, poliarilammidi. Tipi di matrici: epossidiche, poliammidiche, poliesteri. Proprietà meccaniche di compositi con fibre lunghe orientate: valutazione del modulo di Young e dello sforzo a rottura per sistemi a matrice cedevole. Proprietà meccaniche di compositi con fibre corte orientate. Trattamenti superficiali delle fibre per aumentare adesione fibra-matrice. Metodi di incorporazione delle fibre nella matrice (Pre-pregs, sheet moulding compounds). Processi di preparazione di materiali polimerici compositi.

Esercitazioni numeriche.

Processi tecnologici di trasformazione dei materiali polimerici: Processi di estrusione, di stampaggio ad iniezione, di calandratura, di termoformatura, di stampaggio rotazionale e per sinterizzazione, di vulcanizzazione, di filatura da fuso, di filatura da soluzione ad umido ed a secco, la vulcanizzazione di mescole elastomeriche.

Materie plastiche e ambiente: Diffusione delle materie plastiche ed impatto ambientale. Polimeri biodegradabili. Recupero e riciclo delle materie plastiche: riciclo primario, secondario, terziario e quaternario. Problematiche connesse al riciclo: selezione e differenziazione, incompatibilità, degradazione. Miscele polimeriche e compatibilizzazione.

L'esame orale prevederà domande a risposta aperta e lo svolgimento di un esercizio numerico

Scienza e Tecnologia dei materiali Polimerici di S. Bruckner et al., EdiSES editore.

Plastics materials di J.A. Brydson, BH Ltd editor.

Riconoscere i diversi componenti di un sensore
Comprendere l’origine della selettività di sensori e biosensori
Definire i vari sistemi di trasduzione
Conoscere le caratteristiche dei diversi componenti biologici dei biosensori
Dimostrare le caratteristiche dei sistemi di produzione dei sensori
Interpretare il ruolo svolto dai nanomateriali nel funzionamento dei sensori
Distinguere le prestazioni ed applicazioni dei vari tipi di trasduttore
Valutare le possibilità di accoppiamento elemento sensibile/trasduttore
Progettare la realizzazione di un sensore o biosensore per una specifica applicazione analitica

Sensori e Biosensori: Definizione e Componenti

Metodi di riconoscimento e selettività: riconoscimento per interazioni di affinità, per acidi nucleici, per enzimi, per cellule e tessuti di origine biologica

Metodi di trasduzione: trasduzione termometrica, trasduzione basata su effetti meccanici, trasduzione resistiva e capacitiva, trasduzione elettrochimica, trasduzione ottica

Configurazione, fabbricazione e calibrazione del sensore: array di sensori, naso artificiale e lingua artificiale, sensori nei sistemi di analisi in flusso, applicazioni

Enzimi e sensori enzimatici: componenti enzimatici e cofattori, ossidasi, deidrogenasi, idrolasi, liasi, metodi di trasduzione in biosensori enzimatici, sensori multienzimatici, cinetica enzimatica, sensori di inibizione enzimatica

Produzione di sensori chimici: immobilizzazione covalente e non covalente su superfici solide, supporti e modifica del supporto, reazioni di affinità, strati molecolari sottili, autoassemblaggio, metodi chimici sol-gel, idrogel, polimeri conduttori, intrappolamento in materiali mesoporosi, membrane polimeriche. Metodi di microfabbricazione nella tecnologia dei sensori chimici

Riconoscimento basato sull'affinità: immunosensori, metodi di immobilizzazione negli immunosensori, formati di test immunologici, microarrays di proteine e peptidi, recettori biologici, recettori artificiali

Acidi nucleici nei sensori chimici: struttura e proprietà, analoghi, ibridazione, riconoscimento di composti non nucleotidici, riconoscimento da parte di aptameri di acidi nucleici, immobilizzazione di acidi nucleici, metodi di trasduzione, microarray di DNA

Applicazioni di nanomateriali nei sensori chimici: nanomateriali metallici, nanomateriali di carbonio, nanofibre polimeriche e inorganiche, micro e nanoparticelle magnetiche, nanomateriali semiconduttori, dendrimeri

Sensori Termochimici: Trasduttori di Temperatura, Sensori Termici Enzimatici, Principi di Trasduzione Termica nei Sensori Enzimatici, Sensori Termocatalitici per Gas Combustibili

Sensori Potenziometrici: Termodinamica della Cella Galvanica, Elettrodi di Riferimento, Selettività e Parametri Analitici. Sensori ionici potenziometrici, sensori ionici, recettori molecolari, scambiatori e recettori ionici, polimeri a impronta molecolare, polimeri conduttori. Sensori di gas potenziometrici.

Sensori basati su dispositivi elettronici a semiconduttore: condensatori a isolante metallico-semiconduttore (MIS), transistor a effetto di campo a isolante metallico-semiconduttore (MISFET), sensori di ioni FED e applicazioni, ISFET di pH, LAPS, EnFET, sensori di gas FED. Sensori di gas a ossido di metallo semiconduttore

Metodi di trasduzione dell'elettrochimica dinamica: analisi amperometrica, metodi allo stato stazionario, cronoamperometria a potenziale costante, polarografia, Voltammetria a scansione lineare (LSV) e Voltammetria ciclica (CV), Voltammetria a impulsi, Voltammetria ad onda quadra (SWV), Microscopia elettrochimica a scansione.

Biosensori amperometrici: sensori enzimatici amperometrici di prima, seconda e terza generazione, mediatori organici e inorganici, trasferimento di elettroni mediante polimeri redox. Sensori di affinità elettrochimica. Sensori elettrochimici di acidi nucleici.

Sensori basati sull'impedenza elettrica: sensori di affinità, sensori conduttometrici, sensori impedimetrici per gas e vapori

Sensori ottici: guide d'onda ottiche, trasduzione senza etichetta, spettrometria di risonanza plasmonica di superficie (SPR). Nanocristalli semiconduttori (Quantum Dots), nanotubi di carbonio come etichette ottiche, nanoparticelle metalliche nel rilevamento ottico

Sensori di massa: sensori di onde acustiche, microbilancia a cristalli di quarzo (QCM), sensori di gas e vapore QCM, sensori di affinità e sensori di acido nucleico. Sensori microcantilever.

• secondo semestre

Lo studente dovrà elaborare una proposta progettuale (4-6 pagine) su un sensore o un biosensore nuovo o migliorativo.

Formato: PDF con struttura secondo il format presente su Classroom insieme al materiale didattico del corso:

• Principio di funzionamento
• Materiali e metodi proposti
• Potenziali applicazioni
• Bibliografia essenziale

Presentare e discutere il progetto in sede d'esame orale (15-20 minuti):

• Illustrazione delle scelte progettuali
• Risposta a domande tecniche
• Analisi critica di limiti e sviluppi futuri

Criteri di valutazione:

• Originalità e fattibilità
• Correttezza scientifica
• Chiarezza espositiva
• Capacità di analisi critica

Bănică, F.-G. (2012). Chemical sensors and biosensors: Fundamentals and applications. John Wiley & Sons.

OBIETTIVI FORMATIVI - Italiano
A - Conoscenza e capacità di comprensione OF 1) Conoscere le fonti energetiche rinnovabili OF 2) Conoscere i principali metodi e dispositivi elettrochimici di accumulo dell’energia OF 3) Conoscere i principali metodi e dispositivi di conversione dell’energia OF 4) Comprendere i principi fondamentali dell’elettrochimica OF 5) Comprendere le proprietà dei materiali in termini di conducibilità ionica ed elettronica OF 6) Comprendere il metodo d’indagine della spettroscopia d’impedenza elettrochimica
B – Capacità applicative OF 7) Saper progettare un protocollo di analisi per lo studio delle proprietà elettrochimiche dei materiali in vista della loro applicazione in dispositivi di accumulo/conversione dell’energia OF 8) Saper dedurre dalle proprietà chimico-fisiche dei materiali la loro funzionalità in dispositivi di accumulo/conversione dell’energia OF 9) Saper monitorare le prestazioni di un dispositivo elettrochimico di accumulo/conversione
C - Autonomia di giudizio OF 10) Essere in grado di valutare l’applicabilità di materiali e dispositivi nei vari settori dell’accumulo e della conversione energetica (stazionario/mobile) riferendosi ai dati reperibili in letteratura e all’esito delle prove di laboratorio presentate durante il corso. OF 11) Essere in grado di individuare le tecniche di indagine elettrochimica più adeguate allo studio dei materiali in base alla loro natura e proprietà redox OF 12) Essere in grado di valutare la coerenza di materiali e dispositivi di accumulo/conversione con requisiti e target imposti dalle attuali politiche energetiche, a partire dai risultati presentati dallo studente nelle relazioni scritte sulle prove di laboratorio.
D – Abilità nella comunicazione OF 13) Saper comunicare il principio di funzionamento dei dispositivi di accumulo/conversione OF 14) Saper comunicare le proprietà dei materiali, con particolare riferimento alle loro caratteristiche di conducibilità elettrica OF 15) Saper comunicare i principi del metodo d’indagine elettrochimica, descrivendone la teoria di base con il supporto di equazioni e grafici
E - Capacità di apprendere OF 16) Avere la capacità di consultare la letteratura messa a disposizione sui materiali per dispositivi di accumulo/conversione OF 17) Avere la capacità di valutare l’adeguatezza di un metodo d’indagine elettrochimica per lo studio delle prestazioni di nuovi materiali attraverso la consultazione di schede tecniche e prospetti informativi

Il corso si inquadra nei processi formativi in ambito industriale ed applicativo specifici del Corso di Laurea. Il corso intende ampliare le conoscenze proprie della Chimica Fisica e dell’Elettrochimica, con particolare riguardo alle problematiche energetiche e agli aspetti di gestione delle risorse. I contenuti concettuali e metodologici sono affiancati da riferimenti agli aspetti economici e applicativi. Viene introdotto il concetto di smart grid e della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili sostenuta da opportuni sistemi di accumulo e conversione. Vengono descritti i materiali costituenti e i principi di funzionamento dei dispositivi di conversione ed accumulo dell’energia, fornendo allo studente la possibilità di approfondirne la comprensione attraverso esercitazioni guidate in laboratorio. Particolare enfasi è data alle metodologie più moderne per lo studio di sistemi avanzati di accumulo elettrochimico dell’energia.

1) PRINCIPI DI ELETTROCHIMICA

La cella elettrochimica e suoi costituenti: elettrodi ed elettroliti. La teoria della conducibilità ionica. Semielementi galvanici ed elettrodi di riferimento. Termodinamica delle celle elettrochimiche. Cinetica elettrochimica: sovratensioni ohmiche e polarizzazioni elettrodiche di diffusione, trasferimento di carica e cristallizzazione. Il metodo della spettroscopia d’impedenza elettrochimica.

2) SISTEMI PER L'ACCUMULO ELETTROCHIMICO DI ENERGIA

Pile e accumulatori elettrochimici: parametri operativi e caratteristiche funzionali. Cenni storici. Accumulatori Pb-acido e Ni-MH. Accumulatori (batterie) litio e litio-ione: principio di funzionamento, configurazioni di cella e materiali elettrodici ed elettrolitici di nuova generazione. Sviluppo e ricerca del settore.

3) VETTORE ENERGETICO IDROGENO E TECNOLOGIE CORRELATE

Metodi di produzione di idrogeno. Sistemi per l'accumulo di idrogeno: idrogeno compresso e liquefatto; idruri metallici; materiali nanostrutturati. Le tecnologie ad idrogeno. Le celle a combustibile: i) termodinamica di una cella a combustibile; ii) diverse tipologie di celle a combustibile e loro applicazioni (sistemi stazionari, mobili e trazione elettrica).

4) FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI E DISPOSITIVI PER LA LORO CONVERSIONE

Fonti energetiche primarie. Energia solare. Semiconduttori: diodi a giunzione ed effetti fotovoltaici. Celle fotovoltaiche. Celle fotoelettrochimiche. Celle fotoelettrochimiche rigenerative con sensibilizzatore molecolare. Celle fotoelettrochimiche per la decomposizione dell’acqua.

ESERCITAZIONI di laboratorio

a) Valutazione della conducibilità ionica di una soluzione elettrolitica aprotica.

b) Studio di un accumulatore al litio e valutazione dei processi di scarica e carica: capacità specifica dell’accumulatore, sovratensioni ed efficienza coulombica.

c) Studio di una cella a combustibile ad elettrolita polimerico attraverso l’analisi della curva di polarizzazione e potenza.

Si prevedono tre prove in itinere facoltative, da calendarizzare in accordo con gli studenti fin sai promi giorni del corso, al termine dei moduli 1, 3 e 4. L’esonero è svolto in forma scritta e consiste di tre parti: un esercizio numerico, 10 domande a risposta multipla, 1 domanda aperta breve. Gli studenti che alle prove in itinere conseguono un punteggio uguale o superiore a 25/30 possono essere esonerati dalla prova orale, anche in forma parziale.

La prova orale verrà svolta dopo il termine del corso, nelle sessioni d'esame previste. Per superare l'esame occorre conseguire un voto non inferiore a 18/30. Lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente delle proprietà dei materiali funzionali, dei metodi elettrochimici utili alla loro diagnostica e del principio di funzionamento dei dispositivi di accumulo e conversione dell’energia.

Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente. Per l’assegnazione del punteggio, il docente si avvale di una griglia di valutazione presentata, discussa e condivisa con gli studenti all’inizio del corso.

• M.A. Navarra

Fondamenti di elettrochimica e chimica fisica dei materiali (dispense del docente).

• Materiale didattico predisposto dal docente su metodi d’indagine elettrochimica, dispositivi elettrochimici di accumulo e conversione energetica e sul vettore idrogeno.
• C.H. Hamann, A. Hamnett, W. Vielstich

Electrochemistry. 2nd Edition, Wiley-VCH.

• W.F. Smith, J. Hashemi

Scienza e tecnologia dei materiali. IV Edizione 2012, McGraw-Hill

• Rolando Roque-Malherbe

The Physical Chemistry of Materials: Energy and Environmental Applications. 1st Edition 2017, CRC Press

• Ming-Fa Lin, Wen-Dung Hsu

Green Energy Materials Handbook. 1st Edition 2019, CRC Press

Obiettivi del corso
Le sostanze organiche bioattive rappresentano un insieme, strutturalmente vario, di composti ad alto valore aggiunto e di interesse industriale. Il corso si propone di approfondirne le caratteristiche, in particolare nel caso di composti organici naturali come fonte di molecole biologicamente e farmacologicamente attive. Si illustreranno le principali categorie di sostanze naturali bioattive insieme ad alcuni loro analoghi e derivati sintetici. Saranno anche descritte moderne metodologie per l’ottenimento di tali sostanze e dei loro derivati e alcuni casi di studio di interesse industriale. Obiettivi generali del corso sono la conoscenza e comprensione delle vie biosintetiche che portano alle sostanze bioattive e dei principali tipi di bioattività espressi dalle molecole organiche naturali e sintetiche da loro derivate. Obiettivi specifici del corso saranno l’approfondimento delle principali categorie di molecole bioattive di origine naturale e dei loro analoghi e derivati sintetici, la comprensione delle principali vie metaboliche e delle basi dell’attività, e l’approfondimento delle metodologie sintetiche moderne per l’ottenimento, anche industriale. Risultati di apprendimento attesi saranno la capacità di descrivere i principali percorsi metabolici che portano a sostanze naturali bioattive, la capacità di correlare bioattività e gruppi funzionali presenti, di approfondire le basi delle moderne metodologie di sintesi per l’ottenimento di sostanze naturali bioattive; di descrivere gli argomenti trattati in un corretto linguaggio scientifico.

Sostanze naturali bioattive, descrizione delle principali classi.

Metaboliti primari e secondari. Panoramica sulle vie metaboliche fondamentali, connessioni tra vie biosintetiche, mattoni di partenza biosintetici e loro caratteristiche.

Principali meccanismi di costruzione: reazioni di alchilazione mediante SN e addizione elettrofila, condensazione aldolica e di Claisen, formazione di immine e reazione di Mannich, amminazione riduttiva e meccanismo della reazione di transamminazione, reazioni di decarbossilazione.

Descrizione delle principali vie che portano a metaboliti secondari: via dell’acetato, dello shikimato, del mevalonato. Biosintesi degli alcaloidi.

Descrizione e discussione dei principali tipi di bioattività e approfondimento di alcuni composti bioattivi (importanti anche a livello industriale). Metodologie moderne per l’ottenimento di sostanze naturali bioattive e loro derivati: sintesi biomimetica, processi “domino”. Sintesi di bioconiugati di metaboliti secondari.

• Presentazione del corso. Generalità sulle sostanze naturali. Metaboliti primari e secondari, building blocks. Meccanismi biosintetici (10 ore)
• Testi di riferimento: Slides, libro di testo (cap. 1 e 2)
• Le vie metaboliche dell'acetato, shikimato e mevalonato (20 ore)
• Testi di riferimento: Slides, libro di testo (cap. 3, 4, 5)
• Alcaloidi (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides, libro di testo (cap. 6)
• Principali tipi di bioattività. Esempi di importanti sostanze bioattive. Metodologie moderne per l'ottenimento di sostanze bioattive (10 ore)
• Testi di riferimento: Slides, libro di testo, articoli

Durante il colloquio, si avrà modo di valutare quanto sono sviluppate le capacità e acquisite le conoscenze necessarie a descrivere le principali classi di sostanze naturali bioattive; quali conoscenze teoriche siano state sviluppate nell’ambito delle vie metaboliche che portano a tali sostanze e dei loro meccanismi d’azione. La prova orale consente inoltre di valutare se lo studente ha sviluppato le conoscenze correlate ad alcune moderne metodologie sintetiche per l’ottenimento di composti bioattivi e se il linguaggio adottato sia adeguato ad un percorso di laurea magistrale.

Dewick “Chimica, biosintesi e bioattività delle sostanze naturali” PICCIN

Articoli scientifici e slides delle lezioni