2017/2018

2017/2018

DM270

CHIM/03 (CHIMICA GENERALE E INORGANICA)

DIPARTIMENTO DI CHIMICA

CHIMICA

PERCORSO COMUNE

1°

Secondo Semestre (01/03/2018 - 20/06/2018)

6

48 ore di attività frontale

Italiano

ORALE

LICCHELLI MAURIZIO (titolare) - 3 CFU
AMENDOLA VALERIA - 3 CFU

Allo studente di questo corso viene richiesta una buona conoscenza della chimica inorganica con particolare riferimento alla chimica di coordinazione dei metalli di transizione e dei metalli alcalini e conoscenze di base di matematica, di fisica e di chimica biologica. Sono inoltre utili conoscenze approfondite di chimica fisica e di chimica organica. La preparazione ottenuta attraverso una laurea triennale di area chimica è necessaria e sufficiente per frequentare e comprendere gli argomenti di questo modulo del corso.

Il corso mira a fornire agli studenti le conoscenze relative al disegno di sistemi supramolecolari
e allo studio delle loro proprietà e prepararli alla conoscenza di aspetti qualitativi e quantitativi delle interazioni tra le molecole che sono alla base della chimica supramolecolare. A tale scopo saranno trattati estesamente i seguenti argomenti: significato e funzioni dei sistemi supramolecolari; chimica host-guest e relativi aspetti termodinamici; processi di riconoscimento in sistemi sintetici e biologici; trasporto attraverso membrane artificiali; segnalazione del processo di riconoscimento (sensori molecolari per substrati ionici, neutri e di interesse biologico); processi di Self-Assembly e il passaggio logico da semplici supramolecole inorganiche ad architetture multicomponente; macchine molecolari in grado di svolgere movimenti e dispositivi molecolari per la trasformazione di energia in movimento e informazione a livello molecolare; nanocapsule e loro applicazioni come reattori e catalizzatori molecolari.
Alla fine del corso lo studente dovrà aver acquisito un background che gli consenta la comprensione
dello “state of the art” della chimica supramolecolare pubblicato nella letteratura scientifica.

Il linguaggio della Chimica Supramolecolare. Chimica host-guest e relativi aspetti termodinamici. Processi di riconoscimento di substrati cationici: cationi di differenti geometrie (sferica, tetraedrica, planare, etc.) come ioni metallici e di natura organica. Riconoscimento di specie anioniche e neutre. Utilizzo diverse tipologie di recettori sintetici: eteri corona, criptandi, sferandi, calixareni, carcerandi, ciclodestrine, ciclofani, etc.. Processi di trasporto attraverso membrane naturali e sintetiche utilizzando carrier specificamente studiati per substrati di diversa natura. Processi di trasformazione del substrato: catalisi supramolecolare e contenitori molecolari. Segnalazione del processo di riconoscimento: disegno di sensori molecolari per substrati ionici, neutri e di interesse biologico (es. amminoacidi, nucleotidi). Sensori elettrochimici, colorimetrici e fluorescenti. Interruttori molecolari.
Sistemi programmati; doppi e tripli elicati (da due a n centri metallici), chiralità e self-assembly: cooperatività, autoriconoscimento, doppie e triple eliche chirali; altri sistemi multicomponente (contenenti cationi metallici): cilindri, griglie, scaffali. Interazioni intermolecolari, legame di idrogeno e di alogeno. Macchine e dispositivi supramolecolari: sintesi e topologia di catenani e rotaxani; movimenti molecolari, immagazzinamento dati a livello molecolare, elettronica molecolare (macchine e motori: shuttles, catenati semovibili, rotori, freni); traslocazione cationica e sua segnalazione; isteresi e memorie molecolari (self-assembling/disassembling di elicati e isteresi elettrochimica). Caratterizzazione dei sistemi supramolecolari in soluzione, tecniche utilizzate (spettrometria di massa, spettroscopia di assorbimento e(o di emissione, tecniche NMR) ed esempi. Effetto template di primo e secondo livello. Da elicati ciclici a nodi supramolecolari, strategie sintetiche e ruolo dell’anione. Applicazioni dei sistemi supramolecolari come nano-reattori (esempi in letteratura: capsule di Raymond e Fujita). Ruolo termodinamico della capsula (esempi di Raymond e Nitschke). Dai nano-reattori ai catalizzatori supramolecolari: confronto e discussione delle diverse strategie sintetiche.

Le lezioni saranno solo di tipo frontale, prevalentemente effettuate mediante presentazioni PowerPoint i cui files saranno forniti agli studenti. Molti degli esempi di molecole e loro funzionamento mostrati a lezione sono presi da lavori scientifici apparsi su riviste: agli studenti verranno forniti i riferimenti alle pubblicazioni in modo che, se desiderato, possano approfondire ciascun argomento in modo indipendente.

I docenti forniranno dettagliati appunti delle lezioni. Testi di riferimento:
1. J.M. Lehn, Supramolecular Chemistry, Concepts and Perspectives, VCH, 1995;
2. P.D. Beer, P.A. Gale, D.K. Smith, Supramolecular Chemistry, Oxford University Press, 1999;
3. F. Vögtle, Supramolecular Chemistry: an introduction, Wiley, 1993

Esame orale per valutare la conoscenza acquisita dallo studente durante il corso.

Esame orale per valutare la conoscenza acquisita dallo studente durante il corso.