CHIMICA

LAUREA MAGISTRALE

CHIMICA ORGANICA DEI MATERIALI

Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2021/2022
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
CHIMICA ORGANICA (CHIM/06)
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 all’influenza delle relazioni struttura-attività, e 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.
In particolare, alla fine del corso lo studente sarà in grado di:
• conoscere le tecniche di sintesi e di caratterizzazione strutturale di composti e materiali organici e di materiali ibridi organici/inorganici
• conoscere le correlazioni tra struttura e proprietà delle molecole e dei materiali.

• comprendere e prevedere la relazione fra struttura e proprietà di sistemi anche complessi;
• comprendere una problematica legata alla sua professione, di eseguire una valutazione critica e di proporre soluzioni specifiche;
• pianificare e condurre a termine una sperimentazione attraverso attività individuale e/o di gruppo.
• recuperare le informazioni bibliografiche necessarie a pianificare ed effettuare la sintesi di materiali e molecole organiche e di materiali ibridi organici/inorganici.

• interpretare osservazioni, raccogliere ed interpretare dati dalla misurazione in laboratorio;
• programmare attività sperimentale valutandone tempi e modalità;
• organizzare il lavoro di gruppo;
• adattarsi ad ambiti di lavoro e tematiche diverse;
• dare giudizi che includano riflessioni su importanti questioni scientifiche ed etiche.
• comunicare in forma scritta e verbale su problematiche chimico/scientifiche, anche con utilizzo di sistemi multimediali ed anche in lingua inglese;
• sostenere un contraddittorio sulla base di un giudizio sviluppato autonomamente su problematiche inerenti ai propri studi;
• interagire con altre persone e lavorare in gruppo anche su progetti multidisciplinari, sebbene sia anche in grado di lavorare in piena autonomia sia da un punto di vista della programmazione temporale che degli obiettivi e dei metodi per raggiungerli;
• svolgere attività di formazione e di addestramento sperimentale rivolte a studenti della laurea triennale.
• recuperare agevolmente le informazioni dalla letteratura, banche dati ed internet;
• apprendere in modo autonomo, affrontando nuove tematiche scientifiche o problematiche professionali;
• continuare a studiare autonomamente soluzioni a problemi complessi anche interdisciplinari, reperendo le informazioni utili per formulare risposte e sapendo difendere le proprie proposte in contesti specialistici e non.

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 verranno richiamate le proprietà chimiche delle principali classi di materiali di interesse tecnologico/industriale, 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.
Secondariamente si introduranno le relazioni struttura-attività e se ne illustreranno le applicazioni alla Chimica dei materiali. Verranno 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.
Verranno illustrati i principi della cinetica nelle reazioni organiche, in particolare quelle rilevanti nella chimica dei materiali. Inoltre verranno discusse le reazioni di degradazione di materiali organici, la resistenza a queste e i metodi per evitarle. Si introdurranno le scale per descrivere alcune condizioni estreme di acidità o basicità. Inoltre saranno descritte le reazioni di ossidazione, pirolisi e combustione.
Infine, verranno illustrate le strategie per ottenere una modifica mirata dei materiali, delle interfacce, e di nanomateriali organici.

Programma esteso

A-Struttura (1 credito)
Classi principali di materiali organici di interesse tecnologico o industrial. 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. Esempi di matriali funzionali per applicazioni avanzate.
B-Proprietà (1 credito)
Descrittori molecolari della struttura. Relazioni struttura-attività. Proprietà ottiche ed elettroniche. Interazioni intermolecolari e proprietà interesse tecnologico. Proprietà stereochimiche dei materiali. Solubilità: descrittori e teorie dei solventi. Rignfiamento e formazione di gel. Biodegradabilità. Auto-riparazione.
C-Reattività (2 crediti)
Cinetica delle reazioni dei materiali organici. Degradazione dei materiali organici per trattamento chimico e metodi per evitarla. Condizioni acide o basiche estreme: effetti sulle varie classi di composti. Scale di acidità e basicità in solventi non-acquosi. Ossidazione, autoossidazione e fotoossidazione di materiali organici. Pirolisi e combustione. Fotodegradazione e fotostabilità.
D-Modificazioni “ad hoc”.
Trasformazione dell’intero materiale (Es: biomineralizzazione, formazione di fibre al carbonio). Chimica delle superfici e trattamenti superficiali. Reazioni radicaliche controllate: principi e applicazioni nella chimica dei materiali. Bioconiugazione e chimica bioortogonale. Reazioni organiche dei nanomateriali.

Bibliografia

Dispense del docente.

Testi di approfondimento:
B.D. Fahlman,
Materials chemistry
Springer Science & Business Media 2011

Functional Hybrid Materials
Editor: P. Gomez-Romero, C. Sanchez
Wiley-VCH, 2004.

Hybrid Materias
Editor: G. Kickelbick
Wiley-VCH-2007

Eric V. Anslyn, Dennis A. Daugherty: Modern Physical Organic Chemistry, University Science Books, 2006
F.A. Carey e R.J. Sundberg Advanced Organic Chemistry 5a Edizione, Springer, 2007
J. March Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanisms, and Structure , 7th Edition John Wiley & Sons , 2013

Metodi didattici

Lezioni orali

Modalità verifica apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale.
Le conoscenze necessarie per superare l'esame sono:
Capacità
Dimostrazione di conoscenza 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”.
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 saranno disponibili in vari formati scaricabili da web.