CHIMICA SUPRAMOLECOLARE

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

Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:
- Conoscere le forze intermolecolari alla base dei processi di riconoscimento molecolare; comprendere i fondamenti teorici dei metodi di determinazione della stechiometria di un complesso e delle costanti di associazione; conoscere le principali classi di recettori macrociclici (Conoscenza e capacità di comprensione - knowledge and understanding);
- determinare costante di associazione e stechiometria di un complesso supramolecolare a partire da dati spettroscopici (Capacità di applicare conoscenza e comprensione - applying knowledge and understanding)
- analizzare la struttura supramolecolare di un complesso tra un recettore e un substrato e individuare le interazioni e forze responsabili della stabilità del complesso; individuare la tecnica migliore per determinare stechiometria e costante di formazione di un complesso supramolecolare; identificare il grado di complementarietà e preorganizzazione di un legante; individuare le vie sintetiche più opportune per la preparazione di composti macrociclici o le strategie per la preparazione di auto-assemblati supramolecolari (Autonomia di giudizio - making judgements);
- saper esporre e discutere criticamente un articolo di letteratura su uno specifico argomento della chimica supramolecolare utilizzando, in maniera appropriata, la terminologia tipica del chimico supramolecolare (Abilità comunicative – communication skills).

Prerequisiti

Per poter seguire con profitto il corso è fondamentale avere solide basi di Chimica Generale, Chimica Fisica e Chimica Organica.

Contenuti dell'insegnamento

Il corso intende fornire agli studenti i concetti fondamentali della Chimica Supramolecolare: Il riconoscimento molecolare.
Forze intermolecolari.
Metodi per la determinazione delle stechiometrie dei complessi e delle costanti di complessazione.
Metodologie per la sintesi dei composti macrociclici.
Complessazione di cationi.
Complessazione di anioni.
Complessazione di molecole neutre.
Selfassembly.
Catalisi Supramolecolare.
Applicazione della chimica supramolecolare nel Drug-Discovery.

Programma esteso

I vari aspetti della Chimica Supramolecolare. Il riconoscimento molecolare. Forze intermolecolari. Metodi per la determinazione delle stechiometrie dei complessi e delle costanti di complessazione (NMR, UV, Fluorescenza, Calorimetria, Potenziometria, ...). Percentuali di estrazione e coefficienti di distribuzione. Metodologie per la sintesi dei composti macrociclici (crown e aza-crown, calixareni, resorcinareni, ciclodestrine). Modificazioni sintetiche di macrocicli. Eteri corona, criptandi e ciclofani nella complessazione cationica: metodi di sintesi e di studio dei complessi (Ka - variazioni di energia libera di Gibbs, entalpia e entropia). Applicazioni nel campo dell'imaging (MRI, Sonde luminescenti, radiolabeling), dei composti radioterapici, della disintossicazione da metalli e del trattamento di rifiuti radioattivi. Complessazione di molecole neutre con eteri corona, ciclodestrine e ciclofani: studio dei complessi-parametri termodinamici e cinetici, effetto della struttura del "guest" e del solvente. Complessazione anionica. Self-assembly. Cavitandi da ciclotriveratrilene e da resorcina e loro utilizzo nel riconoscimento molecolare. Calix[n]areni come piattaforme molecolari per la sintesi di recettori per cationi, anioni e molecole neutre. Discussione di esempi applicativi del riconoscimento molecolare: elettrodi iono selettivi (ISE), membrane ionoselettive, cromoionofori, sensori piezoelettrici e di fluorescenza.
intermolecolari. Catalisi Supramolecolare. Chimica supramolecolare bioorganica.

Bibliografia

Testi di base:Supramolecular Chemistry, P.D. Beer, P. A. Gale, D.K. Smith, Oxford University
Primers, OUP, 1999.Core concepts in supramolecular chemistry and nanochemistry, J. W. Steed, D. R. Turner, K. J. Wallace, Chichester : John Wiley & Sons, 2007
Lo studente, inoltre, potrà approfondire gli argomenti trattati su:
Supramolecular Chemistry: From Molecules to Nanomaterials, J. W. Steed, P. A. Gale, Wiley 2012 (ISBN: 978-0-470-74640-0).
Altre monografie di interesse:
Supramolecular Chemistry: From Molecules to Nanomaterials, J. W. Steed, P. A. Gale, Wiley 2012 (ISBN: 978-0-470-74640-0); Supramolecular Chemistry: Concepts and Perspectives. J.-M. Lehn, VCH Ed., Weinheim, 1985.
Comprehensive Supramolecular Chemistry. Executive editors Jerry L. Atwood.[et
al.] ; chairman of the editorial board Jean Marie Lehn. - [Oxford] : Pergamon, 1996.
- 11v.
Calixarenes Revisited. C.D. Gutsche, J.F. Stoddart Ed., Royal Society of Chemistry,
Cambridge, 1998.
Container molecules and their guests. D.J. Cram and J.M. Cram. - London : Royal
Society of Chemistry, 1994.
Crown ethers and cryptands. G.W. Gokel. - London : Royal Society of Chemistry,
1991.
Cyclophanes. F. Diederich. - London : Royal Society of Chemistry, 1991
TUTTI i testi sono disponibili nella biblioteca di Chimica.

Metodi didattici

Le attività didattiche si suddivideranno in lezioni frontali in aula ed esercitazioni sia in aula che in laboratorio. Le lezioni saranno condotte privilegiando modalità di apprendimento attivo. Le esercitazioni in laboratorio saranno condotte a gruppi e avranno come oggetto l’effettuazione di una titolazione seguita con una tecnica spettroscopica; le esercitazioni in aula tratteranno l’analisi dei dati per la determinazione di stechiometria e costante di formazione di un complesso host-guest.Le slide utilizzate a supporto delle lezioni verranno caricate con cadenza settimanale sulla piattaforma Elly. Per scaricare le slide è necessaria l’iscrizione al corso on line.

Modalità verifica apprendimento

La valutazione sommativa degli apprendimenti prevede una prova orale in cui lo studente è invitato a esporre un articolo di letteratura sulla Chimica Supramolecolare attraverso cui sappia dimostrare la conoscenza, applicazione e capacità di comunicazione dei concetti alla base della Chimica Supramolecolare.

La soglia di sufficienza verrà raggiunta dallo studente che avrà sviluppato
la capacità di comprendere approfonditamente le interazioni deboli alla base della chimica supramolecolare e le metodologie per studiarle. Sarà anche richiesta una conoscenza di minima delle principali classi di recettori supramolecolari.

Si valuteranno inoltre la capacità di individuare le via sintetiche più opportune per la sintesi di macrocicli (fino ad ulteriori 6 punti) e la capacità di mettere in relazione la struttura dei complessi supramolecolari con le loro proprietà chimico-fisiche (ulteriori 6 punti).

Altre informazioni

Il docente è a disposizione dello studente per eventuali chiarimenti o spiegazioni degli argomenti trattati durante il corso.
Le date definitive degli appelli sono indicative e devono essere concordate col docente che è disponibile a modificarle a seconda delle esigenze dello studente.