Chemistry

Chemometrics come un strumento fundamentale per la ricerca chimica

Il ruolo della statistica nella chimica e nella ricerca
Distribuzioni di frequenza
Tabelle di contingenza
Tendenza centrale e variabilità
Distribuzione non-Gaussiana
Outliers
Correlazione
T-Test e Mann Whitney
Chisquare
ANOVA (one way, two way, ANCOVA, MANOVA)
Regressione lineare e non lineare
Regressione multipla
Regressione logistica binaria
Analisi discriminante
Analisi fattoriale / analisi delle componenti principali
Analisi delle serie temporali

chimica generale, statistica

lezioni frontali

prove in itinere
esame finale
mini progetti

Environmental Chemometrics - Principles and Modern Applications, Grady
Hanrahan;

Il principale obiettivo formativo del corso è fornire agli studenti/alle studentesse una solida base per la comprensione dei principi della biochimica rilevanti per i contesti lavorativi in campo biochimico e biomedico.
Alla fine del corso, gli studenti/le studentesse avranno acquisito nozioni fondamentali per lo studio delle relazioni struttura-funzione delle proteine e dei repertori omici in contesti fisiologici e patologici. Gli obiettivi di apprendimento (descrittori di Dublino, DD) attesi sono:
DD1) Conoscenza e capacità di comprensione
*Descrivere e comprendere i livelli strutturali e le relazioni struttura-funzione delle proteine, nonché i processi di (de)stabilizzazione, interazione ed evoluzione.
*Comprendere le potenziali applicazioni delle tecnologie “omiche” nello studio dei processi fisiologici e patologici e nello studio degli organismi complessi e della loro interazione con l’ambiente.
DD2) Conoscenze e capacità di comprensione applicate
*Selezionare e applicare tecniche biochimiche, database biologici e strumenti bioinformatici per lo studio delle proteine e delle loro modificazioni/interazioni.
*Selezionare e applicare tecniche omiche per lo studio delle macromolecole biologiche.
DD3) Autonomia di giudizio

• Raccogliere e valutare criticamente dati biochimici/bioinformatici, formulare ipotesi e cercare in modo indipendente informazioni scientifiche correlate.
  *Analizzare ed interpretare i risultati sperimentali e bioinformatici.
  DD4) Abilità comunicative
  *Leggere e presentare in modo critico la letteratura scientifica, migliorando le capacità espositive.
  *Comunicare informazioni, problemi e soluzioni inerenti alla disciplina ad interlocutori specializzati e non.
  DD5) Capacità di apprendere
  *Integrare conoscenze biochimiche e bioinformatiche per la comprensione dei sistemi viventi.
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  The main educational objective of the course is to provide students with a solid foundation for the understanding of the principles of biochemistry relevant to work contexts in the biochemical and biomedical fields. At the end of the course, students will have acquired fundamental notions for the study of the structure-function relationships of proteins and omics repertoires in physiological and pathological contexts. The expected learning outcomes (LOs – according to Dublin indicators) are:
  DD1) Knowledge and understanding
  *Describe and understand the structural levels and structure-function relationships of proteins, as well as the processes of (de)stabilization, interaction and evolution.
  *Understand the potential applications of "omics" technologies in the study of physiological and pathological processes and in the study of complex organisms and their interaction with the environment.
  DD2) Applying knowledge and understanding
  *Select and apply biochemical techniques, biological databases and bioinformatics tools for the study of proteins and their modifications/interactions.
  *Select and apply omics techniques for the study of biological macromolecules.
  DD3) Making judgements
  *Critically collect and evaluate biochemical/bioinformatic data, formulate hypothesis and independently search for related scientific information.
  *Analyse and interpret experimental and bioinformatics results.
  DD4) Communication skills
  *Read and critically present the scientific literature, improving presentation skills.
  *Communicate information, problems and solutions inherent to the discipline to specialist and non-specialist interlocutors.
  DD5) Learning skills.
  *Integrate biochemical and bioinformatics knowledge for the understanding of living systems.

Il corso affronta temi avanzati di chimica biologica con particolare attenzione alle relazioni struttura-funzione delle proteine, agli strumenti bioinformatici e alle discipline "omiche". Il programma è organizzato in tre moduli tematici:
Modulo I – Dalla sequenza alla struttura delle proteine (livelli strutturali, folding e stabilità, banche dati e strumenti strutturali quali PDB/RCSB e AlphaFold DB);
Modulo II – Controllo della funzione delle proteine e analisi di sequenza (regolazione e interazione delle proteine, strumenti di analisi di sequenza quali UniProt, BLAST e InterPro);
Modulo III – Discipline omiche e biologia dei sistemi (genomica, trascrittomica, proteomica, metabolomica e altre discipline omiche, strumenti di analisi di rete quali STRING).
Ogni modulo integra principi di base, esempi applicativi e casi studio.
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The course covers advanced topics in biological chemistry, focusing on protein structure–function relationships, bioinformatics tools and "omics" disciplines. The program is organized in three thematic modules:
Module I – From sequence to structure of proteins (levels of protein structure, folding and stability, structural databases and tools such as PDB/RCSB and AlphaFold DB);
Module II – Control of protein function and sequence analysis (regulation and interaction of proteins, sequence-analysis tools such as UniProt, BLAST and InterPro);
Module III – Omics disciplines and systems biology (genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics and other omics disciplines, network analysis tools such as STRING).
Each module combines core principles with working examples and case studies.

Conoscenze di biochimica di base, con particolare attenzione alle proprietà strutturali e funzionali delle proteine
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Knowledge of basic biochemistry, with a particular emphasis on protein structural and functional properties

Il programma è organizzato in 56 ore totali di attività, di cui 40 ore di lezioni frontali (svolte con presentazioni di Power point, video di supporto e discussioni attive – LO1) e 16 ore di laboratorio bioinformatico (svolto attraverso piattaforme e strumenti online quali UniProt, PDB/RCSB, Mol*, AlphaFold DB, ColabFold, STRING, InterPro, BLAST, Clustal Omega, PROSITE – LO2). Si useranno metodi di didattica innovativa quali problem-based learning, cooperative learning e learning by doing (LO 3-5).
Durante il corso sono previste valutazioni intermedie dell’apprendimento (facoltative) e la discussione di brevi seminari da parte degli studenti/delle studentesse (facoltativa).
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The program is organized in 56 hours of activities, of which 40 hours of lectures (carried out with Power point presentations, support videos and active discussions – LO1) and 16 hours of bioinformatics laboratory (carried out through online platforms and tools such as UniProt, PDB/RCSB, Mol*, AlphaFold DB, ColabFold, STRING, InterPro, BLAST, Clustal Omega, PROSITE – LO2). Innovative teaching methods such as problem-based learning, cooperative learning and learning by doing (LO 3-5) will be used.
During the course, there will be mid-term assessments of learning (optional) and the discussion of short seminars by students (optional).

La verifica dell’apprendimento mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi formativi del corso. Sono disponibili due opzioni:
Opzione 1 (consigliata ma non obbligatoria) che consiste in tre verifiche intermedie scritte (ciascuna valutata da 0 a 10 punti) ed un breve seminario (facoltativo, valutato da 1 a 3 punti) da svolgere durante il corso. Il voto finale sarà calcolato come somma dei punteggi così ottenuti.
Opzione 2, che consiste in un’unica prova scritta da svolgere in una delle date di appello previste dal corso. L’esame finale scritto sarà valutato con il punteggio massimo di 30.
Per ambedue le opzioni, le prove scritte prevedono domande di conoscenza (a risposta multipla, vero/falso, riconoscimento di immagini/strutture, completamento di definizioni - LO1), problemi e casi applicativi (LO2), domande interpretative e analisi di dati (LO3), domande aperte (LO4) e domande progettuali (LO5).
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Learning will be assessed to verify if the main learning objectives of the course are reached. Two options are available.
Option 1 (recommended but not mandatory) consisting of three midterm-written tests (scored 0 to 10 points each) and a short seminar (optional, scored 1 to 3 points) during the course. The final grade is the sum of the above points.
Option 2, consisting of a single final written test on the whole program to be taken during the regular exam sessions planned for the course. The exam will be scored up to 30.
For both the options, written tests will include knowledge questions (multiple choice, true/false, image/structure evaluation, completion of definitions - LO1), problems and application cases (LO2), interpretative questions and data analysis (LO3), open questions (LO4) and design questions (LO5).

Materiale didattico su Moodle (USienaIntegra) che include presentazioni, articoli scientifici, attività di laboratorio bioinformatico.
Testi di approfondimento:
Paulo Almeida, Proteins - Concepts in Biochemistry, 2016 (1st edition), Garland Science
Gregory A. Petsko & Dagmar Ringe, Protein Structure and Function, 2004 New Science Press Ltd
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Course materials on Moodle (USienaIntegra) includes presentations, articles, bioinformatic lab activities.
Recommended for additional reading:
*Paulo Almeida, Proteins - Concepts in Biochemistry, 2016 (1st edition), Garland Science
*Gregory A. Petsko & Dagmar Ringe, Protein Structure and Function, 2004 New Science Press Ltd

Lo studente imparerà: a comprendere le informazioni veicolate dalla letteratura scientifica;
come progettare un esperimento di chimica inorganica e quali tecniche sperimentali sono adatti;
come analizzare i risultati sperimentali;
come scrivere una relazione scientifica.

Studio di alcuni aspetti importanti della chimica bioinorganica moderna attraverso un esame approfondito di casi scientifici presenti nella letteratura e attività di laboratorio comprendenti i seguenti aspetti:
Omeostasi dello ione rame nei sistemi biologici.
Molecole leganti ioni metallici e aspetti farmacologici.
Composti naturali e ioni metallici
È prevista anche una panoramica delle attuali tecniche sperimentali utilizzate per studiare questi soggetti.

Chimica generale: tutti gli argomenti.
Stechiometria e calcolo.
Proprietà degli elementi: blocco s, blocco p(composti principali, i principali stati di ossidazione, ecc). Elementi di transizione: proprietà (composti principali, principali stati di ossidazione etc.).
Nomenclatura dei composti di coordinazione, il legame di coordinazione (teoria CFT ed MO). Simmetria applicata a molecole: gruppi del punto. Notazione di Mulliken. Tabelle dei gruppi del punto e loro utilizzo.
Principi di spettroscopia UV-visibile.
Principi di cinetica chimica, meccanismi di reazione di composti di coordinazione.
Chimica redox dei composti di coordinazione, principi di trasferimento di elettroni (teorie di Taube e Marcus).

Il corso è costituito da lezioni e attività di laboratorio tenute dal docente e spiegazioni sui problemi oggetto di studio.
Gli studenti saranno tenuti a presentare le relazioni scritte sulle attività di laboratorio svolte che saranno valutate e contribuiranno al punteggio della prova finale.

La valutazione degli studenti si baserà sulle relazioni di laboratorio e sul risultato dell'esame orale finale che consiste in una discussione che può vertere su qualsiasi degli argomenti del corso, nonché dei prerequisiti.

Libri di testo:
Inorganic Chemistry 4th edtion by Huheey J.E., Keiter E.A., Keiter R.L. – Harper & Collins College Publishers 1997.
Inorganic Chemistry 4th Edition by Gary L. Miessler and Donald A. Tarr. - Prentice Hall. Englewood Cliffs, NJ.
Il docente fornirà anche letteratura scientifica sui temi trattati e le diapositive delle lezioni.
Testi riguardanti i prerequisiti:
Advanced Inorganic Chemistry 6th Edition – J. Wiley & Sons NY 1999.Cotton FA, Wilkinson G., Murillo CA, Bochmann M -
Inorganic Chemistry 3rd Ed. Shriver DF, Atkins PW – - Oxford University press 1999.
Chemical Applications of Goup Theory Cotton FA – Wiley Interscience 1990.
Molecular Symmetry and Group Theory Carter R.L. – John Wiley & Sons 1998
Principles of Bioinorganic Chemistry Berg J, Lippard SJ – University Science Books 1994.
Biological Inorganic Chemistry Bertini, Gray, Stiefel Valentine –University Science Books 2007

Lo scopo del corso è di fornire nozioni avanzate sui meccanismi di reazione dei complessi di coordinazione e dei composti organometallici.
Alla fine del corso lo studente inoltre dovrà aver acquisito conoscenze specifiche su:

• reazioni di sostituzione dei leganti in complessi planari quadrati e ottaedrici, meccanismi di reazione e capacità di progettare semplici vie sintetiche di complessi planari quadrati e di analizzare dati sperimentali forniti.
• reazioni redox in complessi di coordinazione, meccanismi a sfera-interna e a sfera-esterna, complessi a valenza mista, principali fattori che influenzano la cinetica delle reazioni redox nei meccanismi a sfera-interna e a sfera-esterna; capacità di analizzare dati sperimentali forniti e fornire interpretazioni meccanicistiche basate su dati sperimentali.
• chimica organometallica: caratteristiche dei leganti e di specifiche classi di composti (carbonili, metalloceni e cluster metallici), principali reazioni dei composti organometallici e loro meccanismi; capacità di progettare semplici vie sintetiche di composti organometallici e di analizzare dati sperimentali forniti.
• analisi delle informazioni veicolate dalla letteratura scientifica;
• progettazione di un esperimento di chimica inorganica e quali tecniche sperimentali sono adatte all’investigazione sperimentale dello specifico sistema;
• sintesi di complessi di coordinazione e composti organometallici e loro caratterizzazione spettroscopica
• analisi i risultati sperimentali;
• scrittura una relazione scientifica.

Ripasso e approfondimento su reazioni di sostituzione dei leganti in complessi planari quadrati e ottaedrici e progettazione di vie sintetiche.
Reazioni redox in complessi di coordinazione. Meccanismi a sfera-esterna: ripasso dei concetti principali della teoria di Marcus, equazione classica di Marcus e confronto con determinazioni sperimentali, relazione incrociata di Marcus, regione inversa di Marcus e verifiche sperimentali, equazione classica e semi-classica. Meccanismi a sfera-interna: ripasso dei concetti principali, barriere al trasferimento elettronico, studi su complessi a ponte, classificazione dei complessi a valenza mista (Robin e Day), valutazione dell'accoppiamento mediante costante di equilibrio di comproporzione e misura della variazione di dipolo elettrico associata a transizione d'intervalenza, complesso di Creutz-Taube, transizioni MMCT e coefficiente d'estinzione molare. Svolgimento di esercizi sui principali argomenti trattati.
Chimica organometallica: caratteristiche dei leganti, carbonili dei metalli d, sintesi e proprietà di carbonili omoleptici, redox e basicità dei metallo-carbonili, reazioni del legante CO, proprietà spettroscopiche, metalloceni, cluster metallici, principali reazioni organometalliche e progettazione di vie sintetiche. Svolgimento di esercizi sui principali argomenti trattati.
Studio di alcuni aspetti importanti della chimica inorganica moderna attraverso casi scientifici presenti in letteratura. Attivazione di ossigeno da parte di ioni metallici in natura e in sistemi modello. Attivazione di azoto in natura e in sistemi modello. Produzione di idrogeno in natura e tramite composti sintetici. Trasferimento di elettroni fotoindotto: complessi metallici per la scissione dell'acqua, fotosintesi artificiale e impianti fotovoltaici.
Le attività di laboratorio (8 laboratori) saranno dedicate alla sintesi di complessi di coordinazione e composti organometallici e loro caratterizzazione spettroscopica.

Chimica generale: tutti gli argomenti.
Stechiometria e calcolo.
Proprietà degli elementi: blocco s, blocco p (composti principali, i principali stati di ossidazione, ecc). Elementi di transizione:
proprietà (composti principali, principali stati di ossidazione etc.).
Nomenclatura dei composti di coordinazione, il legame di coordinazione (teoria CFT ed MO). Simmetria applicata a molecole:
gruppi del punto. Notazione di Mulliken. Tabelle dei gruppi del punto e loro utilizzo.
Principi di spettroscopia UV-visibile.
Principi di cinetica chimica, meccanismi di reazione di complessi di coordinazione e composti organometallici.
Chimica redox dei complessi di coordinazione, principi di trasferimento di elettroni (teorie di Taube e Marcus).

Il corso consiste in:

• lezioni frontali (32 ore) con esposizione degli argomenti mediante presentazioni Power ed esercizi sui principali argomenti del corso (discussione in aula di svolgimenti e risultati)
• 8 laboratori (32 ore) dedicati alla sintesi di complessi di coordinazione e composti organometallici e alla loro caratterizzazione spettroscopica.
  Il materiale didattico proiettato durante le lezioni frontali verrà successivamente convertito in PDF e reso disponibile sulla piattaforma Moodle del corso accessibile mediante il seguente link:
  https://elearning.unisi.it/course/view.php?id=15534

La valutazione degli studenti si baserà sulla valutazione delle relazioni scientifiche delle attività di laboratorio e sul risultato dell'esame scritto.
La prova d'esame scritto include domande teoriche ed esercizi miranti a verificare l'apprendimento dei principi fondamentali alla base dei meccanismi di reazione di complessi di coordinazione e composti organometallici e la loro applicazione.
Valutazione: voto finale.

Testi principali:

• P.A. Atknis, T. Overton, J. Rourke, M. Weller, F.A. Armstrong “Shriver & Atkins’ Inorganic Chemistry” 5th edition - W. H. Freeman and Company, New York/ Oxford University Press
• G.L. Miessler, D.A. Tarr. “Inorganic Chemistry” 4 ed. – Prentice Hall. Englewood Cliffs, NJ
• R.B. Jordan. “Reaction mechanisms of Inorganic and Organometallic Systems” 3rd edition – Oxford University Press
• R.G. Wilkins. “Kinetics and Mechanism of Reactions of Transition Metal Complexes” 2nd throughly revised edition – Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
  Letteratura scientifica, articoli scientifici e materiale specifico sui temi trattati dal corso e il materiale didattico proiettato durante le lezioni frontali (in PDF) saranno resi disponibili sulla piattaforma Moodle del corso accessibile mediante il seguente link:
  https://elearning.unisi.it/course/view.php?id=15534
  Testi secondari (ripasso):
• Advanced Inorganic Chemistry 6th Edition – J. Wiley & Sons NY 1999.Cotton FA, Wilkinson G., Murillo CA, Bochmann M -
• Inorganic Chemistry 3rd Ed. Shriver DF, Atkins PW – - Oxford University press 1999.
• Chemical Applications of Goup Theory Cotton FA – Wiley Interscience 1990.
• Molecular Symmetry and Group Theory Carter R.L. – John Wiley & Sons 1998
• Principles of Bioinorganic Chemistry Berg J, Lippard SJ – University Science Books 1994.
• Biological Inorganic Chemistry Bertini, Gray, Stiefel Valentine –University Science Books 2007

The aim of the course is to provide the students with an overview of the physical and chemical properties of materials. In particular on the structure-property relationships

Crystal structure. Structure of crystalline solids. Basic principles of crystallography. Crystal lattices. Unit cells. Experimental methods to determine the structure of solids. Diffraction techniques. X-ray diffraction. Microscopy techniques: SEM, TEM. Scanning Probe Microscopies. Electronic structure of solids. Electrons in solids. Band structure. Metals, semiconductors, insulators. Density of states. Fermi energy. Free electron model. Block functions. Experimental and computational methods to study the electronic structure of solids. Defects of solids. Point defects. Thermodynamics of defects. Effect on defects on the properties of solids. Diffusion. Diffusion equations. Mechanisms of diffusion. Optical properties. Magnetic properties. Dielectrics. Vibrational properties of solids Review on some new types of materials. (Materials for energy and environmental applications).

No propaedeutic course requested, but a knowledge of the basic principles of physics and physical chemistry is recommended

Lectures in class.

Written exam with questions on the topics of the course.

C. Kittel. Introduction to solid state physics. N. Aschcroft, N. Mermin, Solid state physics Solid State Chemistry: An Introduction, E. A. Moore. Materials provided by the lecturer. Materals available on USiena Integra (Moodle)

Studio della Risonanza magnetica nucleare a livello intermedio e avanzato, con particolare enfasi verso la parte teorico/tecnica di questa spettroscopia per fornire allo studente le basi effettive per capire le applicazioni dell’NMR in altri campi applicativi quali la strutturistica molecolare.

Introduzione alla spettroscopia NMR. Le radiazioni elettromagnetiche. Interazione tra campo magnetico e nuclei magneticamente attivi. Precessione di Larmor. Energia di interazione e livelli energetici. Transizioni energetiche e spettroscopia NMR.
Chemical Shift: origine, meccanismi ed effetti.
Accoppiamento dipolare nucleare mediato dagli elettroni: J coupling.
Assegnazione spettri NMR semplici.
Aspetti Tecnici NMR: Preparazione, Acquisizione, Processing, Analisi.
LOCK , Tuning/Matching, Shimming, grad-shim.

• Acquisizione spettro NMR
  Impulsi: battimenti; relazione tra larghezza di banda e lunghezza dell’impulso; ampiezza di un impulso e frequenza di nutazione. il Transmitter.
  Modello vettoriale di precessione; Sistema di riferimento ruotante; Precessione e Nutazione nel sistema di riferimento ruotante.
  Calibrazione degli impulsi.
  Osservazione del segnale NMR.
  Receiver. Mixer. Quadrature detection.
  Campionamento del segnale: ADC. Condizione di Nyquist. Acquisition time, digital resolution. Receiver Gain.
• Processing di uno spettro NMR; Correzione di fase, funzioni di apodizzazione, cicli di fase.
• Altri Argomenti
  Rilassamento Nucleare longitudinalee trasversale.
  Sequenze Inv. Recovery e spin-echo.
  Composite pulses.
  Eccitazione selettiva: Hard pulses vs shaped pulses; utilizzazione dei gradienti. Solvent Suppressione con e senza l’uso di gradienti di campo.
  J-modulated spin-echo, Cenni di spettroscopia NMR Bidimensionale.

Conoscenza delle basi di fisica e chimica fisica acquisite nei corsi della laurea triennale. Conoscenze di base della spettroscopia NMR.

Lezioni frontali corredate da esercizi in aula e alcune lezioni pratiche allo strumento NMR.

Esame scritto basato su domande aperte, domande a risposta multipla, esercizi.
l'Esame è suddiviso in due parti:
1) 1° esame parziale sulla prima parte del corso, tenuto a metà corso (facoltativo);
2) 2° esame parziale sulla 2a parte del corso, tenuto a fine
corso (facoltativo).
3) Esame completo tenuto nelle sessioni canoniche.

M. H. Levitt - Spin Dynamics - Wiley
J. Keeler - Understanding NMR spectroscopy - Wiley
T.D.W. Claridge - High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry - Pergamon press

Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: impostare e interpretare simulazioni vibroniche di spettri di assorbimento ed emissione; calcolare l'energia di riorganizzazione e l'accoppiamento elettronico per processi di trasferimento di carica; applicare la Regola d'Oro di Fermi per descrivere processi fotofisici radiativi e non radiativi.

Panoramica dei processi fotofisici e fotochimici
Processi fotofisici. Processi radiativi: assorbimento ed emissione di luce, regole di selezione, forma spettrale delle bande e transizioni vibroniche.
Processi non radiativi: decadimento senza emissione di radiazione, conversione interna, intersystem crossing e Regola d’Oro di Fermi.
Resa quantica e competizione tra i diversi processi. Progetto computazionale sulla simulazione degli spettri di assorbimento ed emissione risolti vibronicamente dell’antracene. Progetto computazionale sull’ intersystem crossing nel benzofenone.
Processi di trasferimento di carica:
Teoria di Marcus, energia di riorganizzazione e metodi per calcolarla, accoppiamento elettronico e metodi per calcolarlo.
Progetto computazionale sul trasferimento di carica nei cristalli di naftalene.

Chimica Organica di base, Chimica Fisica e Meccanica Quantistica di base, Spettroscopia di base, Elementi di teoria di Marcus

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche al computer per lo svolgimento dei progetti computazionali. Per gli studenti e le studentesse non frequentanti sono disponibili il materiale didattico sulla piattaforma USienaIntegra e il ricevimento su appuntamento con il docente.

L'esame orale consiste nella presentazione da parte dello studente di un progetto computazionale svolto durante il corso (simulazione di spettri vibronici, intersystem crossing, o trasferimento di carica), seguita da domande relative sia al progetto presentato sia agli aspetti teorici del corso. La valutazione considera la correttezza dell'impostazione computazionale, la capacità di interpretare i risultati ottenuti, e la comprensione dei fondamenti teorici sottostanti.

Photochemistry and Photophysics, V. Balzani, P. Ceroni, A. Juris, Wiley-VCH
Electrons in Molecules: From Basic Principles to Molecular Electronics, J.-P. Launay, M. Verdaguer, Oxford.
Photochemistry - A Modern Theoretical Perspective, M. Persico, G. Granucci, Springer

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:
1. Comprendere le basi teoriche delle simulazioni di dinamica molecolare.
2. Implementare simulazioni di dinamica molecolare utilizzando pacchetti software appropriati.
3. Eseguire simulazioni di sistemi molecolari e analizzarne il comportamento.
4. Interpretare i risultati delle simulazioni e metterli in relazione con le osservazioni sperimentali.
5. Applicare le simulazioni di dinamica molecolare per studiare problemi scientifici specifici.
6. Identificare e superare le sfide e le limitazioni comuni delle simulazioni MD.

Il corso fornisce una comprensione approfondita delle simulazioni di dinamica molecolare (MD), un potente strumento computazionale utilizzato per studiare il comportamento di atomi e molecole nel tempo. Il corso copre i concetti fondamentali, i quadri teorici, le tecniche numeriche e le applicazioni pratiche delle simulazioni MD in varie aree delle scienze molecolari. Attraverso lezioni, esercitazioni al computer ed esercizi pratici, gli studenti impareranno a progettare, eseguire e analizzare simulazioni di dinamica molecolare.
Programma del corso:
Parte 1: Introduzione alla dinamica molecolare

• Panoramica delle simulazioni di dinamica molecolare
• Sviluppo storico e tappe fondamentali
• Applicazioni e rilevanza in diversi campi scientifici
• Concetti di base: atomi, molecole, forze, energia e integrazione temporale
• Insiemi statistici e termostati
  Parte 2: Campi di forza e funzioni di energia potenziale
• Campi di forza classici: interazioni legate e non legate
• Funzioni di energia potenziale interatomica: Lennard-Jones, Coulombiana, ecc.
• Parametrizzazione e validazione dei campi di forza
• Approssimazioni e limitazioni nelle rappresentazioni dei campi di forza
  Parte 3: Algoritmi di simulazione e integrazione temporale
• Integrazione delle equazioni del moto di Newton: Verlet, leapfrog e altri metodi
• Stabilità numerica, passo temporale e interazioni a lungo raggio
• Algoritmi di termostatazione: rescaling della velocità, Langevin e altri
• Algoritmi avanzati: time-stepping multiplo, metodi ibridi
  Parte 4: Configurazioni iniziali ed equalizzazione
• Generazione di configurazioni iniziali: strutture cristalline, costruttori molecolari
• Solvatazione e condizioni al contorno periodiche
• Tecniche di equalizzazione: minimizzazione dell'energia, NPT, ensemble NVT
  Parte 5: Analisi e visualizzazione della simulazione
• Analisi delle traiettorie: RMSD, funzioni di distribuzione radiale, numeri di coordinazione
• Funzioni di correlazione temporale: diffusione, rilassamento e spettri vibrazionali
• Strumenti di visualizzazione: grafici molecolari, animazioni e grafici di dati
  Parte 6: Introduzione agli argomenti avanzati della dinamica molecolare
• Tecniche di campionamento avanzato: metadinamica, scambio di repliche, ecc.
• Simulazioni a grana grossa e su mesoscala
• Effetti quantistici nella dinamica molecolare
• Metodi di analisi avanzati: Modelli di stato Markov, calcoli di energia libera
  Parte 7: Prospettive future
• Sfide nelle simulazioni MD: dimensioni del sistema, scala temporale, accuratezza
• Calcolo ad alte prestazioni e parallelizzazione
• Recenti progressi e tecniche emergenti
• Problemi aperti e direzioni future
• Buona conoscenza della chimica fisica e della meccanica quantistica
• Familiarità con la shell UNIX o simili (es. bash, csh)
• Lezione frontale
• Esercitazioni al computer ed esercizi di codifica
• Compiti e problemi a casa
• Project work

• Progetto finale: Progettare ed eseguire uno studio di simulazione di dinamica molecolare su un argomento scelto e presentare i risultati in una relazione scritta e in una presentazione orale.

Molecular Dynamics Simulation
Giovanni Ciccotti, Mauro Ferrario and Christof Schuette , Eds.
Published: November 2014 Pages: 626
© 2014 MDPI; under CC-BY license
ISBN 978-3-906980-65-2 (hardback); ISBN 978-3-906980-66-9 (PDF)
https://doi.org/10.3390/books978-3-906980-66-9

L'obiettivo del corso è quello di fornire le conoscenze di base della chimica fisica biologica. Il corso ha lo scopo di fornire le informazioni necessarie alla comprensione delle proprietà delle macromolecole biologiche e delle interazioni alla base della loro funzione biologica. Al fine del raggiungimento degli obiettivi, il corso quindi parte dalla descrizione delle macromolecole e delle loro caratteristiche, descrive le tecniche adatte per la loro caratterizzazione e mostra le applicazioni dell'utilizzo.

Nella chimica fisica biologica vengono studiate le proprietà fisiche di macromolecole biologiche che forniscono una descrizione della loro struttura a tutti i livelli. Vengono analizzate le biomolecole, la loro struttura, configurazione e conformazione, la simmetria, le interazioni molecolari. Nel corso vengono analizzate anche le tecniche biofisiche per lo studio e la caratterizzazione delle macromolecole. Metodi di separazione, calorimetria, spettrofotometria UV-Vis, spettroscopie di risonanza magnetica: NMR ed EPR, fluorescenza, dicroismo circolare, IR, spettrometria di massa, cristallografia a raggi X.
Durante il corso verranno effettuate lezioni di esercitazioni per l’applicazione delle tecniche ai sistemi in analisi.

Conoscenze di base di Chimica e Matematica

Lezioni; discussioni in classe; esercitazioni

Esame orale con presentazione di un seminario su applicazioni relative agli argomenti del corso.

K.E. Van Holde, W.C. Johnson, P.S. Ho, Principles of Physical Biochemistry
D. Klostermeier, M.G. Rudolph, Biophysical Chemistry
P.F. Knowles, D. Marsh, H.W.E. Rattle, Magnetic Resonance of Biomolecules
M. A. A. Khalid, Biophysical Chemistry: Advance Applications
https://elearning.unisi.it/course/view.php?id=15296

Il corso mira a fornire agli studenti una preparazione introduttiva, ma completa, sugli aspetti fondamentali dell’elettrochimica, integrando elementi teorici ed esperienze di laboratorio. Al termine del percorso gli studenti saranno in grado di descrivere i principi di base delle reazioni elettrochimiche collegando la teoria alla realtà sperimentale, applicare le principali tecniche elettrochimiche, come voltammetria, potenziometria ed elettrolisi, per l’analisi di sistemi semplici, interpretare criticamente i dati sperimentali derivanti da misure elettrochimiche di base e analizzare il ruolo dei catalizzatori inorganici nei processi di conversione energetica, con particolare attenzione alla scissione elettrochimica dell’acqua e alla comprensione dei parametri che influenzano efficienza e selettività della reazione, sviluppando al contempo autonomia operativa in semplici attività di laboratorio elettrochimico nel rispetto delle norme di sicurezza.

Il corso introduce i processi elettrodici fondamentali, approfondendo i concetti di potenziali elettrochimici e la termodinamica delle celle. Vengono analizzate la cinetica delle reazioni elettrochimiche e i fenomeni di trasferimento di massa, inclusi migrazione e diffusione. Si studiano inoltre le metodologie basate su potential sweep e le tecniche a corrente controllata. Infine, il corso affronta lo studio degli strati elettroattivi e degli elettrodi modificati, essenziali per le applicazioni avanzate in elettrochimica.

Chimica Generale ed Inorganica

Per garantire un’esperienza di apprendimento completa, il corso integra diverse metodologie interattive. Tra queste, lezioni frontali, discussioni di gruppo, sessioni di domande e risposte, tutte finalizzate a favorire la partecipazione attiva, sviluppare il pensiero critico e promuovere l’apprendimento basato sui problemi. Inoltre, la sessione pratica di laboratorio consente agli studenti di applicare direttamente le conoscenze acquisite, consolidando così l’apprendimento.

L’approvazione dei report di laboratorio, che costituiscono il 50% del voto finale, è requisito necessario per accedere all’esame scritto relativo alla parte teorica, che rappresenta il restante 50% della valutazione finale.

Larry R. Faulkner, Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, New York, Wiley, 1980. Inoltre, verranno fornite le slides del corso tramite Moodle e saranno consigliate letture di articoli e pubblicazioni su riviste accademiche specializzate per approfondire le tematiche trattate.

Fornire agli studenti gli strumenti necessari per la simulazione al calcolatore di proprietà molecolari, spettroscopiche e di reattività di composti modello.

Il corso prevede esercitazioni al computer riguardanti sistemi di interesse chimico precedute da una introduzione in cui verranno puntualizzati i concetti necessari per lo svolgimento delle esercitazioni stesse.
Le esperienze in laboratorio avranno come oggetto: calcolo di uno spettro IR e analisi vibrazionale; calcolo di massimi di assorbimento di uno spettro UV-VIS; calcolo dei parametri di uno spettro EPR e NMR; ricerca conformazionale.

Il corso richiede una buona conoscenza della meccanica quantistica, della spettroscopia molecolare e dei principi della chimica computazionale.

Lezioni introduttive alle esercitazioni ed esercitazioni pratiche.
Gli studenti saranno tenuti a presentare una relazione di laboratorio per almeno 2 degli argomenti del corso. Le presentazioni saranno valutate e contribuiranno alla valutazione finale.

L’esame consisterà in una prova di laboratorio e in una prova orale con relativa preparazione e discussione di una relazione su una tematica svolta durante il corso.

• Computational Spectroscopy, J. Grunenberg Ed., Wiley-VCH, 2010
• A. R. Leach, Molecular Modeling, Principles and Applications, Pearson Education, England, 2001.
• J. B. Foreman, Æ. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, Pittsburgh, USA, 1996.
• C.J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry, Wiley, Weinheim, 2004.
• J. M. Goodman, Chemical Applications of Molecular Modelling, RSC, 1998.

The specific objectives below reported contribute to the general educational objective of the Course to create flexible professionals able synthesize new organic molecules taking advantages from the most modern approaches and methodologies.
The student is able to critically process literature on an assigned topic from the field and is able to present a seminar on this topic to peers. The student is able to actively participate in the seminars presented by peers.
OBJECTIVE 1: KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
The course aims to provide students with basic knowledge on cutting edge synthetic methodologies to efficiently the design a suitable/efficient/sustainable synthesis of complex compounds.
OBJECTIVE 2: APPLIED KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
The student will be able to apply the acquired theoretical knowledge to the resolution of practical problems of industrial interest, using a sectorial language in English. In particular, the student will develop a robust knowledge and ability to apply photocatalysis, biocatalysis, electrocatalysis and mechanochemistry to do a retrosynthetic analysis and plan the preparation of complex molecules.
OBJECTIVE 3: INDEPENDENT JUDGMENT
The student will acquire the ability to compare and evaluate the effectiveness of different synthetic approaches/techniques for obtaining the same product thanks to the knowledge of traditional and more modern techniques for the transformation of functional groups. The acquired knowledge will allow the student to orient himself in the issues related to the prediction of possible products formed during a chemical transformation including the stereochemistry of the different stereogenic centers formed. The students will be able to confront different synthetic approaches and methodologies to establish the most sustainable one.
OBJECTIVE 4: COMMUNICATION SKILLS
The student will be able to discuss the issues related to obtain complex molecules, with an advanced technical language.
OBJECTIVE 5: ABILITY TO LEARN
At the end of the lessons the student will be able to recover the main online resources, of a scientific and institutional nature, useful to stay updated on the evolution of the scientific debate and to face different research issues.

CONTENTS: The course of Emerging Synthetic Methodologies focuses on the new technologies and approaches recently reported in the literature for the synthesis of complex molecules.
The theoretical and practical aspects of photocatalysis, biocatalysis, electroorganicchemistry and mechanochemistry will be used to address specific case studies in problem solving sessions. During the course, independently from the single specific topic treated, basic notions of Green Chemistry such as Atom economy, catalysis, will be presented.
The course includes 4 units (the indicated number of lessons for each unit is approximate):
UNIT 1 – PHOTOCATALYSIS
Theoretical bases of photocatalysis. General review on the most recent literature on photocatalysis and industrial experimental applications [5 hours]
UNIT 2 – BIOCATALYSIS
Theoretical bases of biocatalysis. General review on the most recent literature on biocatalysis and industrial applications [5 hours]
UNIT 3 – ELECTROORGANIC CHEMISTRY
Theoretical bases of electroorganic chemistry. General review on the most recent literature on electroorganic chemistry and industrial applications [4 hours]
UNIT 4 – MECHANOCHEMISTRY
Theoretical bases of mechanochemistry. General review on the most recent literature on mechanochemistry and industrial applications [5 hours]
10 hours lessons will be dedicated to transversal activities in COIL exchange with the University of Leuven (BE)

The student has advanced knowledge of organic synthesis

The lessons will be delivered with three teaching methods depending on the topic. A) Traditional participatory lectures in which some theoretical contents are presented and the classroom is asked to actively contribute through the structuring of group works. B) Team works in which small groups of students will be involved in solving problems related to the synthesis of various compounds. C) Problem solving starting from industrial or literature based problems.
For a better monitoring of the activities during the course 2 anonymous evaluation tests are carried out on metimeter platform: a first test is given during the first lesson to know the expectations and basic knowledge of the students and the second after 24 hours of lectures to monitor student activity and eventually reformulate the course and change the approach used, if necessary. Lecture notes and bibliographic references are uploaded to a dedicated Moodle space. The teaching material, when possible / useful is loaded in advance of the relative lesson.

The learning is verified with 2 different protocols for attending students participating to team project works and not-attending students.
Attending students participating to team project works and COIL will be evaluated on the base of the results of team project works (max 14 points). An oral test including problem solving will used for the final (max 16 points). The critical sensibility and the student's ability to analyze complex practical problems will be also considered for the final evaluation. An open badge will be recognized for COIL activities. 2 of the final 6 CFUs will be recognized for the COIL activity as Erasmus exchange CFU.
Non-attending students’learning will be verified through a written test (max 24 points) preparatory to an oral test (6 points) to be taken in the same appeal. The written test includes: 3 theoretical questions, 5/6 exercises and 1 optional complex problem solving exercise. The critical sensibility and the student's ability to analyze complex synthetic problems will be also considered for the final evaluation. An insufficient oral test will undo the relative written test.

Own slides and selected review papers on new synthetic methodologies.

Upon completion of this course, students will be able to: Understand the fundamental chemical principles underlying fragrance composition and perception. Identify key natural and synthetic raw materials used in perfumery and their chemical structures. Describe various methods for the extraction and synthesis of fragrance compounds. Analyze the relationship between chemical structure and odor perception. Evaluate basic principles of fragrance formulation and compounding. Discuss quality control, safety, and regulatory aspects in the fragrance industry. Critically assess sustainability challenges and green chemistry approaches in fragrance production. Apply chemical knowledge to solve problems related to fragrance analysis and design.

The course combines frontal lessons with integrated teaching and learning activities to enhance practical understanding and critical thinking. Module 1: Introduction to Fragrance Chemistry (4 hours frontal + 2 hours active learning) Frontal Lessons (4 hours): History and cultural significance of fragrances. Definition of fragrance chemistry, perfumery, and aromatherapy. The human sense of smell: olfaction mechanism and receptors. Basic concepts of odor perception: intensity, tenacity, hedonic tone, and notes (top, middle, base). Active Learning (2 hours): Scent Exploration Workshop: Students engage with various single aroma chemicals and simple accords (e.g., citrus, floral, woody) to develop their olfactive vocabulary. Guided discussion on initial perception. Module 2: Natural Raw Materials (4 hours frontal + 2 hours active learning) Frontal Lessons (4 hours): Overview of natural sources: flowers, fruits, woods, resins, spices. Extraction methods: steam distillation, solvent extraction (absolutes), enfleurage, cold pressing. Chemical composition of key natural extracts (e.g., rose oil, jasmine absolute, sandalwood oil). Quality control and adulteration of natural ingredients. Active Learning (2 hours): Natural Extract Analysis: Practical session (demonstration or guided analysis if resources allow) comparing samples from different extraction methods (e.g., essential oil vs. absolute of the same plant). Discussion of chromatographic profiles (simulated or real examples). Module 3: Synthetic Aroma Chemicals (6 hours frontal + 2 hours active learning) Frontal Lessons (6 hours): Importance and advantages of synthetic aroma chemicals. Key chemical classes: aldehydes, ketones, esters, alcohols, ethers, terpenes, macrocycles. Synthesis pathways for common aroma molecules (e.g., vanillin, coumarin, musks, ionones). Structure-odor relationships (SAR) for selected examples. Stereochemistry and its impact on odor. Active Learning (2 hours): SAR Case Study: Students work in small groups to analyze sets of related molecules with varying structures and discuss their perceived odors. Problem-solving exercise on predicting odor based on structural modifications. Module 4: Fragrance Formulation and Application (4 hours frontal + 2 hours active learning) Frontal Lessons (4 hours): Basic principles of fragrance compounding: accords, bases, and finished fragrances. Dilution and carriers (solvents, waxes, etc.). Fragrance types (e.g., Eau de Cologne, Eau de Toilette, Eau de Parfum). Applications: fine fragrances, personal care, home care. Stability and compatibility in different matrices. Active Learning (2 hours): Mini-Formulation Challenge: Teams receive a limited palette of aroma chemicals and attempt to create a simple accord (e.g., "green note," "fruity accord"). Discussion of challenges and outcomes. Module 5: Safety, Regulatory, and Sustainability Aspects (2 hours frontal) Frontal Lessons (2 hours): Safety assessment of fragrance ingredients (IFRA standards, allergenic compounds). Regulatory frameworks (EU Cosmetics Regulation, REACH). Green Chemistry principles in fragrance manufacturing: sustainable sourcing, waste reduction, solvent selection, energy efficiency. Biodegradability and environmental fate of fragrance compounds. Future trends in sustainable perfumery.

Organic Chemistry

The course employs a combination of interactive methodologies to foster comprehensive learning: Frontal Lessons: Direct instruction, conceptual explanations, and theoretical frameworks. Active Learning Sessions: Hands-on activities, guided scent exploration, problem-solving exercises, group discussions, and mini-projects. Case Studies: Analysis of real-world examples and challenges in the fragrance industry. Q&A and Discussion: Encouraging active participation and critical thinking.

The final grade will be based on a combination of: Oral Exam (60%): Assesses theoretical knowledge of fragrance chemistry principles, raw materials, synthesis, and regulatory aspects. Practical Assignment/Project (30%): Evaluation of group work on topics such as SAR analysis, sustainable ingredient proposal, or mini-formulation report, demonstrating application of concepts. Active Participation (10%): Engagement in in-class discussions, practical activities, and teamwork.

Course Slides and Notes: Provided by the lecturer on the University's e-learning platform (Moodle). Recommended Textbooks: The Chemistry of Fragrances: From Perfumer to Consumer (Edited by Charles Sell) Scent and Chemistry: The Molecular World of Odors (Günther Ohloff, Wilhelm Pickenhagen, Philip Kraft) Relevant chapters from Organic Chemistry and Analytical Chemistry textbooks. Scientific Articles and Reviews: A curated list of recent, relevant research papers on fragrance chemistry, green chemistry in perfumery, and sensory science. Online Resources: Reputable databases (e.g., PubChem for chemical structures), industry association websites (e.g., IFRA), and academic journals.

Objective 1: Knowledge and understanding. The primary aim is to equip you with robust theoretical knowledge on green chemistry. This forms the bedrock for everything else we will learn. Objective 2: Applied knowledge and understanding. It's not enough to just know the theory; you must be able to apply it. You will gain the ability to use the acquired theoretical knowledge to solve practical problems of industrial interest, all while using appropriate technical English. Specifically, you will develop a strong ability to apply the principles of green chemistry. Objective 3: Independent judgment. Through this course, you will acquire the capacity to compare and evaluate the sustainability of different chemical processes. This knowledge will enable you to navigate and identify potential critical issues in the design and development of sustainable processes. Objective 4: Communication skills. In the scientific and industrial world, effective communication is paramount. You will learn to discuss problems related to process sustainability using advanced technical language, preparing you for professional interactions. Objective 5: Ability to learn. By the end of this module, you should be proficient in identifying and utilizing key online scientific and institutional resources. This skill is vital for staying updated on the evolving scientific discourse and tackling diverse research problems independently.

A. Recorded Lectures (6 actual hours, equivalent to 12 hours of frontal lessons) (Based on the presumed content of the file Lesson_1-24_GreenChemistry.pdf and standard Green Chemistry principles) Introduction to Green Chemistry: Definition and history of Green Chemistry. The 12 Principles of Green Chemistry: detailed analysis. Importance of Green Chemistry in the context of sustainability and the circular economy. Metrics and Sustainability Assessment: E-Factors (Environmental Factor), atom economy, yield, mass intensity. Basic concepts of Product Life Cycle Assessment (LCA). Sustainable Solvents: Alternatives to traditional solvents: water, ionic liquids, supercritical solvents (CO2), deep eutectic solvents (DES). Bio-derived solvents. Green Catalysis: Importance of catalysis in Green Chemistry. Homogeneous, heterogeneous, biocatalysis (enzymes) in green processes. Green Reactions and Processes: Solvent-free reactions or reactions with minimal solvents. Introduction to Flow Chemistry. Use of microwaves, ultrasound, and light in sustainable chemical synthesis. Renewable Raw Materials and Safer Product Design: Biomass as a source of chemicals. Design of less hazardous chemical products. Waste Prevention: Strategies to minimize waste at the source. Recycling and reuse of materials and reagents. B. In-Person (Non-Frontal) Lessons (12 hours) - In-depth Studies and Practical Applications (These hours will be dedicated to interactive activities to consolidate understanding and application of the principles, in line with the "non-frontal" nature.) Problem Solving Sessions and Advanced Exercises: Practical application of sustainability metrics to complex case studies. Exercises in designing "greener" syntheses. Analysis of Scientific Articles and Industrial Case Studies: Guided discussion of recent research and real-world applications of Green Chemistry in the pharmaceutical and biotechnological industry. In-depth study of specific green technologies (e.g., click chemistry, photo-induced chemistry). Group Projects/Brainstorming on Current Challenges: Students will work in small groups to propose green solutions to real chemical or biotechnological problems. Presentation and discussion of project results. Seminars with External Experts (if available): Presentations by professionals from the industrial sector or research to provide a practical and updated perspective on Green Chemistry applications.

Basic knowledge of General Chemistry and Organic Chemistry

Teaching Methods: The course adopts a blended learning approach: Recorded Lectures: Available on the University's e-learning platform (Moodle or equivalent) for self-study. They will be organized into 24 slots of 15 minutes each, totaling 6 hours of video, equivalent to 12 hours of traditional frontal instruction. In-Person (Non-Frontal) Lessons: Interactive sessions, exercises, discussions, and group work to foster practical application and in-depth understanding of concepts.

The learning is verified with 2 different protocols for attending students participating to team project works and non-attending students. For attending students assessment will be a combination of:- a written test including: 2-3 theoretical questions, 3-5 exercises to verify understanding of the key principles and concepts of Green Chemistry (70%), and active participation with the evaluation of engagement in discussions and in-class activities. (30%). For non-attending students assessment will be a a written test including: 2-3 theoretical questions, 3-5 exercises to verify understanding of the key principles and concepts of Green Chemistry.

Recorded lectures and slides available on the Moodle platform. Scientific articles and reviews on the topic of Green Chemistry in the pharmaceutical and biotechnological industry. Recommended textbooks (e.g., "Green Chemistry: Theory and Practice" by P.T. Anastas and J.C. Warner, or specific texts on sustainable pharmaceutical chemistry). Relevant online resources and databases.

Finalità del Corso Integrato. Il corso fornisce una preparazione avanzata sui principi, i metodi e le applicazioni della chimica computazionale, della spettrometria di massa e della catalisi, e li presenta come tre approcci complementari allo stesso oggetto: la struttura, la reattività e la trasformazione delle molecole organiche. Il Modulo I fornisce la controparte predittiva e interpretativa; il Modulo II gli strumenti sperimentali di identificazione e caratterizzazione; il Modulo III la progettazione e l'esecuzione di trasformazioni catalitiche. Lo studente è chiamato a confrontare i tre punti di vista sugli stessi problemi chimici.
Contributo al Corso di Studio. L'insegnamento contribuisce agli obiettivi formativi della Laurea Magistrale in Chemistry fornendo una padronanza autonoma e critica di metodi teorici, analitici e sintetici avanzati, sviluppando la capacità di scegliere lo strumento adeguato a un dato problema e di valutare l'affidabilità del risultato ottenuto, e addestrando alla comunicazione scientifica scritta e orale.
Risultati di apprendimento attesi. Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:
LO1 - Conoscenza e comprensione. Descrivere le basi teoriche, le approssimazioni e l'ambito di applicabilità dei metodi computazionali, delle tecniche di ionizzazione e di analisi in spettrometria di massa e dei principali sistemi catalitici impiegati in sintesi organica.
LO2 - Conoscenza e comprensione. Spiegare il significato chimico di una superficie di energia potenziale, di uno spettro di massa e di un ciclo catalitico, e collegarli al meccanismo di reazione.
LO3 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Impostare ed eseguire calcoli su molecole organiche, interpretare spettri di massa e condurre in laboratorio una reazione catalitica, purificando e caratterizzando i prodotti.
LO4 - Autonomia di giudizio. Scegliere e giustificare il metodo computazionale, la tecnica analitica o il protocollo catalitico adeguati a uno specifico quesito chimico e alle risorse disponibili, e stimare l'affidabilità dei risultati per confronto con dati sperimentali o di riferimento.
LO5 - Autonomia di giudizio. Valutare criticamente vantaggi, limiti e implicazioni di sicurezza e sostenibilità delle procedure adottate.
LO6 - Abilità comunicative e capacità di apprendimento. Presentare in forma scritta e discutere oralmente il progetto e le attività sperimentali svolte, con uso corretto della letteratura, e proseguire in autonomia l'aggiornamento su metodi in rapida evoluzione.

Il Corso Integrato è costituito da tre moduli da 4 CFU ciascuno, che affrontano lo studio delle molecole organiche e delle loro reazioni da tre direzioni complementari: calcolo, misura e sintesi.
Modulo I: Computational Chemistry (40 h: 24 h di lezione, 16 h di laboratorio informatico). Possibilità e limiti della chimica computazionale; approssimazione di Born-Oppenheimer e superficie di energia potenziale; calcoli single-point, di ottimizzazione, di frequenza e di proprietà. Campi di forza, tipi atomici e analisi conformazionale. Teoria di Hartree-Fock e set di base (split-valence, funzioni di polarizzazione e diffuse, set correlation-consistent, errore di sovrapposizione). Algoritmi di ottimizzazione, punti stazionari, ricerca degli stati di transizione e coordinata intrinseca di reazione. Correlazione elettronica (CI, Moeller-Plesset, coupled cluster) e teoria del funzionale della densità: funzionali, correzioni di dispersione, fallimenti noti. Metodi semiempirici, tight-binding e multiscala QM/MM. Proprietà molecolari e di reazione: termochimica, teoria dello stato di transizione, spettri IR, Raman, NMR e UV-Vis, cariche e potenziali elettrostatici, orbitali di frontiera. Solvatazione implicita ed esplicita; benchmarking, statistica dell'errore e scelta del metodo. I laboratori informatici trattano l'ambiente software, l'analisi conformazionale, la convergenza dei set di base, la ricerca dello stato di transizione e l'IRC, il benchmarking di funzionali, i flussi multilivello, il calcolo e la visualizzazione delle proprietà e il progetto individuale.
Modulo II: Mass Spectrometry (48 h: 16 h di lezione, 32 h di laboratorio). Principi e strumentazione; introduzione del campione; sorgenti e tecniche di ionizzazione (ionizzazione elettronica e chimica; electrospray, APCI, APPI; MALDI; metodi ambient quali DART, REIMS, DESI, paper spray). Tecniche accoppiate GC-MS e HPLC-MS. Spettrometria di massa imaging. Analizzatori che separano gli ioni nello spazio (magnetico, elettrostatico, quadrupolo, TOF) e nel tempo (trappola ionica, FT-ICR, Orbitrap). Alta risoluzione e misura della massa accurata; massa nominale, monoisotopica e media. Spettrometria di massa tandem e tipi di scansione; decomposizioni indotte da collisioni (CID), elettroni (ECD, ETD), fotoni (IRMPD, ion spectroscopy) e superfici (SID). Screening neonatale; ion mobility. Analisi quantitativa e scelta dello standard interno (SIM, SRM, MRM). Interpretazione degli spettri: ione molecolare, molecola protonata e deprotonata, isotopi, regola dell'azoto, ioni frammento. Applicazioni in ambito biologico, biomedico e biotecnologico.
Modulo III: Catalysis: Principles and Laboratory Practice (48 h: 16 h di lezione, 32 h di laboratorio). Catalisi omogenea, eterogenea e biocatalisi, con esempi rilevanti nella sintesi organica. Stadi elementari della catalisi con metalli di transizione: addizione ossidativa, eliminazione riduttiva, inserzione migratoria, beta-eliminazione. Reazioni palladio-catalizzate: Heck, cross-coupling (Suzuki, Negishi, Stille, Kumada), Sonogashira, amminazione di Buchwald-Hartwig. Metatesi di olefine, catalisi con oro e con ferro. Organocatalisi: attivazione covalente e non covalente, acidi di Broensted, legame a idrogeno, ioni imminio ed enammine. Fotochimica: isomerizzazione, radiazione solare, fotosensibilizzanti, catalisi foto-ossidoriduttiva e sue combinazioni con organocatalisi e metalli di transizione. I laboratori comprendono un'addizione di Michael catalizzata da tiouree, una reazione di Sonogashira catalizzata da palladio, una reazione di Suzuki-Miyaura catalizzata da nichel e una reazione fotochimica, ciascuna con purificazione e caratterizzazione dei prodotti, e una reazione catalitica finale ai fini della valutazione.

Non sono previste propedeuticità obbligatorie dal Regolamento didattico del Corso di Studio.
Si danno per acquisite le conoscenze e le abilità seguenti; agli studenti che non se ne sentano sicuri se ne raccomanda vivamente il ripasso prima dell'inizio dell'insegnamento:

• Chimica organica di base: struttura, stereochimica, analisi conformazionale, principali meccanismi di reazione e linguaggio impiegato per descriverli.
• Chimica fisica di base: termodinamica (entalpia, entropia, energia di Gibbs, costanti di equilibrio), cinetica chimica ed equazione di Arrhenius, elementi di termodinamica statistica.
• Fondamenti di chimica quantistica: equazione di Schroedinger, orbitali atomici e molecolari, principio variazionale, descrizione LCAO di molecole semplici. Questa preparazione rende considerevolmente più agevole seguire il Modulo I.
• Matematica elementare: derivate, derivate parziali, gradienti, matrici e diagonalizzazione di matrici, al livello normalmente acquisito in una laurea triennale in Chimica.
• Tecniche di base di laboratorio di chimica organica: esecuzione di una reazione, lavorazione, purificazione mediante cristallizzazione e cromatografia, e interpretazione elementare dei dati spettroscopici, per le attività pratiche dei Moduli II e III.
  Non è richiesta alcuna esperienza pregressa del sistema operativo Linux, della riga di comando o della programmazione: gli elementi necessari sono insegnati da zero nel primo laboratorio informatico del Modulo I e praticati lungo tutto il modulo.

L'insegnamento si compone di 136 ore complessive, articolate in lezioni frontali e attività pratiche: Modulo I, 24 h di lezione e 16 h di laboratorio informatico; Modulo II, 16 h di lezione e 32 h di laboratorio; Modulo III, 16 h di lezione e 32 h di laboratorio.
Integrazione fra i moduli. I tre moduli condividono l'oggetto di studio - la molecola organica e la sua reattività - e sono costruiti in modo che ciascuno fornisca uno strumento diverso per affrontarlo. Il Modulo I, collocato nel primo semestre, introduce la descrizione teorica di strutture, meccanismi e proprietà spettroscopiche; i Moduli II e III, collocati nel secondo semestre, riprendono gli stessi temi sul piano sperimentale, rispettivamente attraverso l'identificazione e la caratterizzazione dei composti e attraverso la progettazione e l'esecuzione di trasformazioni catalitiche. Gli esempi trattati (analisi conformazionale, meccanismi di sostituzione ed eliminazione, reazioni pericicliche, organocatalisi, caratterizzazione spettroscopica) ricorrono nei diversi moduli, così che lo studente possa confrontare risultati calcolati e risultati misurati.
Lezioni. Lezioni frontali con diapositive, comprensive di esempi svolti, discussioni e domande in classe. Il materiale didattico è reso disponibile sulla pagina dell'insegnamento, quando possibile in anticipo rispetto alla lezione corrispondente.
Laboratorio informatico (Modulo I). Esercitazioni pratiche, individuali o in piccoli gruppi, guidate da schede scritte; ciascuna introduce almeno un'abilità pratica non trattata a lezione e richiede l'interpretazione dei risultati numerici ottenuti. Si utilizzano diversi pacchetti di chimica computazionale eseguiti sulle risorse di calcolo del Dipartimento, raggiunte da remoto. Nell'ultimo laboratorio a ciascuno studente è assegnato un progetto computazionale individuale, sviluppato in autonomia e redatto sotto forma di breve relazione scientifica.
Laboratorio sperimentale (Moduli II e III). Esercitazioni a posto singolo: ogni studente dispone della dotazione e dei materiali necessari per eseguire il processo, isolare i prodotti e procedere alle successive caratterizzazioni, documentando le attività su un quaderno di laboratorio.
Studenti e studentesse non frequentanti. Diapositive, schede di laboratorio e materiali di supporto dei tre moduli sono pubblicati sulle rispettive pagine dell'insegnamento e restano accessibili per tutto l'anno accademico. Data la componente pratica dell'insegnamento, chi non possa frequentare è invitato a contattare i docenti dei singoli moduli all'inizio del semestre, così da concordare l'accesso alle risorse necessarie, il progetto individuale e le modalità di svolgimento delle attività di laboratorio.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova distinta per ciascuno dei tre moduli, ciascuna valutata in trentesimi. Non sono previste prove in itinere.
Modulo I: Computational Chemistry. Unico esame orale, basato su un progetto computazionale individuale e sull'intero programma del modulo. A ciascuno studente è assegnato un progetto diverso, svolto in autonomia e redatto come breve articolo scientifico (introduzione, dettagli computazionali con riferimenti alla letteratura, risultati in tabelle e figure, discussione, conclusioni), da inviare al docente almeno una settimana prima dell'esame. L'esame si apre con la presentazione e la discussione della relazione, in cui lo studente giustifica la scelta di metodo, set di base e modello e valuta l'affidabilità dei risultati (LO3, LO4, LO5, LO6), e prosegue con domande sui restanti argomenti del programma (LO1, LO2, LO5). Il voto del modulo è determinato per circa il 40% dalla relazione e per circa il 60% dalla discussione orale.
Modulo II: Mass Spectrometry. Esame orale sui contenuti del modulo, volto ad accertare la conoscenza dei principi, della strumentazione e delle applicazioni della spettrometria di massa e la capacità di interpretare uno spettro (LO1, LO2, LO3).
Modulo III: Catalysis: Principles and Laboratory Practice. Esame orale finale con domande dirette e aperte, integrato dalla valutazione della pratica di laboratorio: lo studente esegue una reazione catalitica durante l'ultima esercitazione, consegna un report dettagliato dell'attività svolta e il quaderno di laboratorio con i dettagli operativi e tecnici di tutte le reazioni condotte (LO1, LO2, LO3, LO4, LO5, LO6). Il voto del modulo è la media della valutazione orale e di quella della pratica di laboratorio.
Criteri di valutazione. Ciascuna prova è superata con una votazione pari o superiore a 18/30. Per le prove superate si applicano i seguenti criteri: 18-21 comprensione sufficiente, autonomia limitata; 22-24 comprensione più che sufficiente, autonomia parziale; 25-27 comprensione buona, autonomia ottima; 28-30 comprensione eccellente, lo studente argomenta e lavora in autonomia. È prevista la possibilità di ottenere la lode.
Voto finale del Corso Integrato. Il Corso Integrato è composto da tre moduli da 4 CFU ciascuno, di pari peso. Il voto finale è la media aritmetica dei voti conseguiti nei tre moduli.
Studenti e studentesse non frequentanti. Le modalità di verifica sono identiche. Chi non frequenta deve contattare i docenti dei singoli moduli all'inizio del semestre, per ricevere l'assegnazione del progetto individuale del Modulo I, l'accesso alle risorse di calcolo necessarie a svolgerlo e le indicazioni per le attività di laboratorio dei Moduli II e III.

Ciascun modulo ha i propri testi di riferimento e la propria lista bibliografica consigliata, indicati in dettaglio nel syllabus del modulo e resi disponibili, insieme al materiale didattico, sulla pagina USiena Integra (Moodle) del modulo stesso.
Modulo I: Computational Chemistry. Testo principale: Frank Jensen, "Introduction to Computational Chemistry", 3a edizione, Wiley, 2017; le diapositive indicano, lezione per lezione, i capitoli e i paragrafi da studiare. Letture integrative consigliate (non richieste per l'esame): Andrew R. Leach, "Molecular Modelling: Principles and Applications", 2a edizione, Pearson Education EMA, 2001; Christopher J. Cramer, "Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models", 2a edizione, Wiley, 2004. Il docente fornisce diapositive, schede di laboratorio, file di input, script e le specifiche del progetto individuale, oltre ad articoli di rassegna e metodologici indicati durante le lezioni.
Modulo II: Mass Spectrometry. Edmond de Hoffmann, Vincent Stroobant, "Mass Spectrometry: Principles and Applications", J. Wiley & Sons, o qualsiasi altro testo di contenuto simile.
Modulo III: Catalysis: Principles and Laboratory Practice. Per la pratica di laboratorio il docente fornisce direttamente articoli dalla letteratura più recente sull'argomento. Testo di riferimento generale: Clayden, Greeves, Warren, Wothers, "Organic Chemistry", 2a edizione, Oxford University Press.
Studenti e studentesse non frequentanti. I testi di riferimento sono i medesimi previsti per i frequentanti. Tutto il materiale didattico dei tre moduli resta disponibile sulle rispettive pagine dell'insegnamento per l'intero anno accademico; chi non possa frequentare è invitato a contattare i docenti dei singoli moduli all'inizio del semestre, così da concordare eventuali percorsi di lettura guidata e le modalità di svolgimento delle attività pratiche.

The training objectives are based on the introduction of concepts related to industrial biotechnology or white biotechnology. The replacement at industrial level of "Green" approaches as well as the introduction of the concepts of Biorefineries and circular bioeconomy

“White Biotechnology”, an overview
Why enzymes for industrial processes?
-The nature of enzymes, Enzyme classification, Industrial enzyme production
Optimization of industrial enzymes by molecular engineering
-Rational Enzyme Design, Directed evolution
Basics of Bioreaction Engineering
-Biocatalyst recycling and Recovery (Immobilization)
Bioreactors
Processes:
-Enzymes applications in the food industry
-Enzymes applications in non food industry
-Textiles; Pulp and paper processing; Enzymes for the synthesis of fine chemicals
Circular Economy concepts
The Biorefinery concept: Wood Biorefinery; Microalgae and Shell Biorefineries
Biofuels
Plastics and Bio-based plastics
Active Biocomposites
Chitin and Chitinases
Biosensors

The knowledge acquired in the chemistry courses is required

Activation of the MOODLE platform for our course:
http://elearning.unisi.it/moodle
On this space all the teaching materials will be uploaded ( lessons, papers and so on).
Lectures and questions in class. Laboratory classes on course topics

The student will be assigned a topic which he will have to deepen and present in English with discussion and questions.

-Industrial Biotransformations
Ed. by A. Liese, K. Seelbach, C.Wandrey – Wiley-VCH

• Industrial Biotechnology
  Products and Processes
  Ed. by ChristophWittmann and James C. Liao – Wiley-VCH

The specific objectives herein reported, contribute to the general educational objective of the Course: to create chemists capable of applying the most advanced computational techniques to a given chemical question.
Students will be able to critically process literature from the field.
OBJECTIVE 1: KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
The course aims to provide students with basic knowledge on cutting edge computational techniques.
OBJECTIVE 2: APPLIED KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
The students will be able to apply the acquired theoretical knowledge to the resolution of practical, computational problems.
OBJECTIVE 3: INDEPENDENT JUDGMENT
The student will acquire the ability to compare and evaluate the effectiveness of different computational techniques to solve chemical problems.
OBJECTIVE 4: COMMUNICATION SKILLS
The student will be able to discuss the issues related to advanced computational techniques, using proper and technically sound language and terminology.
OBJECTIVE 5: ABILITY TO LEARN
At the end of the course, the students will be able to read and understand the literature of the specific sector, in order to keep themselves updated.

The course “Multiconfigurational Methods in Computational Chemistry” aims at presenting the class of computational chemistry tools, collectively known as wavefunction-based post Hartree-Fock methods.
Specifically, the course will start with a brief recap of the Hartree-Fock method, providing a common mathematical background.
Next, the difference between multireference and multiconfigurational methods will be presented. Examples of the former will be provided, but the course will concentrate on the latter ones.
The complete active space self-consistent field (CASSCF) method will be introduced, along with its variant restricted active space self-consistent field (RASSCF). The possibility of computing electronic excited states energies will be shown for both CAS and RASSCF methods.
Finally, the second order perturbation theory correction to both CAS and RAS (CASPT2 and RASPT2) will be briefly discussed, along with its varied current variants.
All arguments will be revisited during the computational laboratory exercises, which account for half of the course (16 of the 32 total hours). During the exercises, several key aspects of the methods will be analyzed and put in a chemical perspective.

The students have a basic knowledge of quantum mechanical methods, such as Hartree-Fock.

The course is organised in 16 hours of traditional participatory lectures, in which the theoretical contents are presented, and 16 hours of computer-based laboratory exercises, during which students put into practice what they learned during the lectures. All teaching materials (slides, exercises and guided study material) are uploaded to the course Moodle page (USiena Integra). The same materials are provided to all students, so non-attending students can follow the course and carry out the laboratory exercises independently, with no additional or different requirements with respect to attending students.

The assessment consists of a single final examination; there are no intermediate tests. Each student prepares a short written report on a chemical problem investigated using multiconfigurational methods, showing the usefulness of such techniques (LO: applied knowledge and understanding, independent judgment). Students then present their results orally and answer a few questions on the general topics of the course, in order to assess their knowledge and understanding of the methods and their ability to discuss them with proper scientific language (LO: knowledge and understanding, communication skills, ability to learn). The evaluation takes into account the correctness and soundness of the computational work, the critical discussion of the results, and the clarity of the oral presentation. The final mark is expressed out of thirty. The examination requirements and criteria are the same for both attending and non-attending students.

The teaching material consists of the lecturer's own slides and a selection of literature articles, all made available to students on the course Moodle page (USiena Integra). The list of recommended and suggested readings is available in Leganto at the following permanent link: https://sbart-unisi.alma.exlibrisgroup.com/leganto/public/39SBART_SBS_MAIN/lists/24008512310003297?auth=LOCAL§ion=24008512680003297
The same reference material and readings apply to both attending and non-attending students.

Lo studente dovrà acquisire la padronanza dei concetti collegati alla chimica della conservazione dei beni culturali, imparando a conoscere le proprietà dei principali materiali utilizzati in questo ambito e dei relativi possibili approcci conservativi e analitici.

Principi di Chimica Fisica applicati ai Beni Culturali

• Chimica fisica delle interfasi
• Tensioattivi e strutture molecolari
• Parametri di solubilità
• Emulsioni e microemulsioni
• Gel e loro proprietà
• Nanoparticelle (sintesi e proprietà)
• Detergenza e dewetting
  Chimica dei Materiali
• Pigmenti
• Leganti
• Tinte e vernici, dall'antichità a oggi
• Dipinti mobili (tela e tavola)
• Pittura murale e affreschi
• Materiali lapidei
• Carta e legno
• La seta
• I metalli
• Vetro e ceramica
• Le materie plastiche
  Chimica del Restauro
• Pulitura
• Consolidamento
• Protezione
• Casi studio
  Tecniche di Indagine per i Beni Culturali
• La diagnostica
• Tecniche di scattering
• Analisi termiche
• Analisi reologiche
• Microscopia elettronica
• Microscopia confocale
• XRF

Buone conoscenze base di chimica-fisica, chimica organica e inorganica.

Lezioni frontali.

Esame orale.

Slides e articoli selezionati

L'obiettivo del corso è fornire agli studenti una conoscenza di base dell'approccio retrosintetico al fine di poter progettare una sintesi totale di diversi tipi di molecole mediante un pensiero logico, razionale e ragionevole. Il corso si propone anche di sviluppare negli studenti la capacità analizzare criticamente, sulla base della loro conoscenza della chimica organica, diverse strategie e scegliere la migliore.

1. Introduzione all'approccio retrosintetico 1.1 Disconnessioni e sintoni 1.2 L’ordine delle reazioni e chemoselettività 2. Disconnessione C-X a un gruppo 2.1 Disconnessione accanto all’ossigeno 2.2 Disconnessione accanto all’azoto 2.2 Sintesi di ammine 3. Disconnessione C-X a due gruppi 3.1 Relazioni 1,3-di-X 3.2 Relazioni 1,2-di-X 3.3 Relazioni 1,1-di-X 4. Disconnessione C-C a un gruppo 4.1 Disconnessioni 1,1 4.2 Disconnessioni 1,2 4.3 Disconnessioni 1,3 5. Disconnessione C-C a due gruppi 5.1 Composti 1,3-difunzionali 5.2 Composti 1,5-difunzionali 5.3 Sintoni naturali vs non naturali 5.4 Composti 1,2-difunzionali 5.5 Composti 1,4-difunzionali 6. Riconnessioni 6.1 Scissione ossidativa C=C 6.2 Composti 1,6-difunzionali 7. Retrosintesi di eterocicli 7.1 Pirroli, tiazoli 7.2 Piridine, pirimidine 7.3 Indoli

conoscenze base di chimica organica

48 ore di lezione frontale nelle quali verranno comunque istituiti dei momenti di riflessione ed esercitazione per permettere agli studenti di fare il punto della situazione e fissare i contenuti ricevuti attraverso il confronto con il docente ed i colleghi. Tali momenti, in cui non verranno assegnati voti, permetteranno comunque anche al docente di verificare quanto i contenuti trasmessi siano stati effettivamente fatti propri dallo studente e in caso negativo ritornare su quei punti ritenuti più deboli.

Prova finale scritta contenente sia domande volte a verificare la conoscenza dei contenuti del corso; sia domande volte a verificare l'effettiva capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite alla risoluzione di esercizi di retrosintesi di molecole con diverso grado di complessità.

S. Warren, P. Wyatt ORGANIC SYNTHESIS THE DISCONNECTION APPROACH second edition, Wiley J. Clayden, N. Greeves, S. Warren ORGANIC CHEMISTRY, second edition, Oxford K. C. Nicolaou, J. S. Chen CLASSIC IN TOTAL SYNTHESIS III, Wiley-VCH

Gli studenti acquisiranno le conoscenze di base per capire la chimica dei nanomateriali soft e le loro molteplici applicazioni in diversi ambiti industriali

-Introduzione alla materia soft -Forze intermolecolari -Superfici e interfasi, tensione superficiale, effetto idrofobico e auto-aggregazione -Cristalli liquidi -Anfifili, parametro critico di impacchettamento, curvatura interfasale, mesofasi lipidiche -Sistemi dispersi, aggregati supramolecolari -Nanovettori -Tecniche di caratterizzazione chimico-fisica -Polimeri smart: proprietà e applicazioni -Materiali polimerici responsivi a stimoli (temperatura, pH, luce) -Materiali ibridi: delivery controllato, biosensori, ingegneria dei tessuti

Conoscenze di chimica di base e di chimica fisica

Lezione frontale

Esame orale con presentazione su argomento a scelta tra quelli trattati nel corso e domande su altri argomenti del corso

Israelachvili J. N. Intermolecular and Surface Forces, 2011 3rd Edition Academic Press Ian W. Hamley Introduction to Soft Matter. Wiley 2007 Smart Polymers and Their Applications 1st Edition Editors: Maria Rosa Aguilar Julio San Román Elsevier 2014 Materiale (articoli scientifici, slides) fornito dalla docente

By the end of the course, students should have acquired a knowledge of:
The principal chemical and physical processes occurring at surfaces and interfaces;
The relationships of surface versus bulk properties of materials;
The effect of surfaces and interfaces on the structural, electronic, mechanical and chemical properties of materials;
The physical chemistry of nanostructured materials.

Surfaces and interfaces. Surface energy. Thermodynamics of surfaces.
Surfactants. Aggregates of surfactants. Micelles. Surfactants and nanotechnology.
Structure of solid surfaces. Surface crystallography. Relaxation and reconstruction phenomena. Electronic properties. Surface vs. bulk electronic properties. Chemical composition of surfaces. Segregation phenomena.
Chemical reactivity. Adsorption. Physisorption and chemisorption. Methods for the investigation of the structure and composition of surfaces and interfaces. Nanostructured systems. Chemical and physical properties of nanoparticles, nanotubes quantum dots, quantum wires and ultrathin films.
Methods for the preparation and characterization of nanostructured materials.

No propaedeutic course requested, but a knowledge of the basic principles of physical chemistry is recommended

Class lectures.

Oral exam. For the exam the student must prepare a power point presentation on one of the topics of the course. The presentation should be a review based on articles or book chapters found by the student with the assistance of the lecturer.

Materials provided by the lecturer. Materals available on USiena Integra (Moodle)

Orale