CHIMICA ORGANICA DEI MATERIALI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
CHIMICA ORGANICA (CHIM/06)
Anno accademico di offerta: 
2017/2018
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Conoscenza e comprensione: l’obiettivo principale è di fornire allo studente gli strumenti per la comprensione e la discussione dei materiali organici, ibridi e nanomateriali usando i concetti acquisiti nella Chimica organica; particolare attenzione sarà posta alle reazioni della moderna sintesi organica che permettono di modificare “ad hoc” le proprietà dei materiali.

Capacità di apprendimento: gli studenti acquisiranno il linguaggio specifico della Chimica dei materiali e svilupperanno la capacità di collegare I vari aspetti dei materiali, dalle proprietà chimiche di base alle applicazioni tecnologiche.

Prerequisiti

Conoscenza dei concetti sviluppati nei corsi di Chimica Organica 1, Chimica Organica 2 e in Chimica e tecnologia dei polimeri.

Contenuti dell'insegnamento

Inizialmente saranno discusse le reazioni di generali che caratterizzano i materiali organici, la resistenza a queste e i metodi per evitarle. In particolare verranno richiamate le nozioni delle reazioni radicaliche, la pirolisi, lai ossidazione, la combustione e le reazioni fotochimiche e con radiazioni. Verranno inoltre illustrati esempi di reazioni di tipo polare condotte su materiali organici e in particolare l’effetto di acidi e basi.
Saranno quindi illustrate le proprietà dei materiali organici che sono rilevanti dal punto di vista applicativo, e le loro connessioni con la struttura molecolare e con le interazioni non-covalenti intermolecolari.
Secondariamente saranno richiamate le proprietà chimiche delle principali classi di materiali di interesse tecnologico/industrial, da materiali comuni (come legno, carta, tessuti, polimeri) a materiali speciali come i materiali ibridi organico-inorganico, i nanomateriali, biomateriali,
con esempi di applicazioni recenti. Infine, saranno illustrate le strategie per ottenere una modifica mirata dei materiali, delle interfacce, e di nanomateriali organici.

Programma esteso

Reattività (2 CFU) Cinetica delle reazioni organiche e nella Chimica dei materiali organici. Degradazione dei materiali organici per trattamento chimico e metodi per evitarla. Reazioni radicaliche controllate: principi e applicazioni nella chimica dei materiali. Pirolisi e processi collegati. Analisi di materiali mediante pirolisi. Ossidazione, auto-ossidazione e foto-ossidazione di materiali organici. combustione. Fotochimica organica. Fotodegradazione e fotostabilità. Effetto delle radiazioni. Reazioni polari su materiali organici: esempi di applicazione. Condizioni acide o basiche : effetti sulle varie classi di composti. Acidità e basicità estreme: definizione e scale per misurarle.

B-Proprietà (1 CFU) Proprietà ottiche ed elettroniche. Interazioni intermolecolari e proprietà di rigidità, elasticità, adesività, plasticità, cristallinità e di stati amorfi. Proprietà Stereochimiche dei materiali. Elicità. Solubilità: descrittori e teorie dei solventi. Rigonfiamento e formazione di gel. Biodegradabilità. Auto-riparazione.

C-Struttura (1 CFU)
Classi principali di materiali organici di interesse tecnologico o industriali. Materiali organici comuni: legno, carta, tessuti. Richiami della struttura dei polimeri, e focalizzazione di alcuni polimeri per applicazioni in alta tecnologia. Materiali che formano gel. Rivestimenti organici. Materiali
ibridi organici-inorganici. Biomateriali. Biointerfasi.
Nanomateriali organici. Nanomateriali basati su carbonio: fullerene, nanotubi, nanografene, nanodiamanti. Esempi di materiali funzionali per applicazioni avanzate.

D-Modificazioni “ad hoc” (2 CFU) Trasformazione dell’intero materiale (Es: biomineralizzazione, formazione di fibre al carbonio). Chimica delle superfici e trattamenti superficiali. Bioconiugazione e chimica bioortogonale. Reazioni organiche dei nanomateriali al carbonio.

Bibliografia

Dispense del docente.

Testi di approfondimento:
F.A. Carey e R.J. Sundberg Advanced Organic Chemistry 5th Edition, Springer, 2007

J. March Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanisms, and Structure, 7th Edition, John Wiley & Sons, 2013

B. Fahlman Materials Chemistry-second edition Springer, 2011

Molecular Materials: Preparation, Characterization, and Applications, Sanjay Malhotra, B. L. V. Prasad, Jordi Fraxedas CRC press.

Functional Organic Materials: Syntheses, Strategies and Applications, Thomas J. J. Müller, Uwe H. F. Bunz, John Wiley & Sons, 2007

Metodi didattici

Lezioni orali e studio di casi in classe mediante lavoro autonomo degli studenti su un argomento a scelta. Si intende usare in questo corso avanzato un approccio interattivo in cui lo studente, a partire da problemi concreti, venga messo in grado, dalla discussione degli stessi, di collegarli alle conoscenze di base della Chimica e in particolare della Chimica Organica.

Modalità verifica apprendimento

Alla fine del corso verranno organizzate presentazioni tenute dagli studenti stessi, che diventeranno parte integrante della valutazione. A partire da questa, l’esame consisterà in una prova scritta e una prova orale. Le conoscenze necessarie per superare l'esame sono: Capacità Dimostrazione diconoscenza e comprensione, sostenuta da una conoscenza di base di Chimica Organica, nella applicazione di questi concetti alla Chimica dei Materiali con professionalità ed originalità. Capacità di applicare le conoscenze di Chimica Organica dei materiali in un contesto più ampio e multidisciplinare, mediante la comprensione dei collegamenti con le altre materie del Corso di Laurea Magistrale in Chimica; maturità e conoscenza necessarie per intraprendere ulteriori studi con un grado di autonomina auto-diretto. Abilità Dimostrazione della conoscenza della struttura e reattività di materiali organici, materiali ibridi e dei nanomateriali organici e le loro applicazioni. Conoscenza dei rapporti tra struttura e proprietà dei materiali organici. Conoscenza delle trasformazioni principali e reattività dei materiali organici e dei metodi di sintesi per la loro modificazione “ad hoc”. Capacità di approfondire un argomento specifico e di collegarlo alle cnoscenze gnerali. La prova scritta consiste in 3 domande, sotto forma di casi di studio. L’esame è superato se si risponde correttamente a 2 domande su 3 o, in alternativa, se almeno il 60% del contenuto totale espresso è corretto e completo. La prova orale consiste nella discussione della prova scritta con un approfondimento della parte teorica, in particolare gli aspetti non inclusi nella prova scritta.

Altre informazioni

Le dispense del docente e i materiali bibliografici aggiuntivi saranno disponibili in vari formati scaricabili dal sto web