Programmi dei Corsi Istituzionali del Dottorato in Scienze Chimiche


II   SEMESTRE (1 APRILE-30 GIUGNO 2022)

 

7) Nanotecnologie e nanomateriali per applicazioni industriali                              6 CFU

Prof. Cleofe Palocci

Obiettivi formativi:

Come è noto lo sviluppo di nuovi materiali si affianca da sempre all’evoluzione tecnologica della nostra società: le aziende più competitive investono ingenti risorse umane ed economiche nell’innovazione dei materiali e dei processi produttivi per trovare nuove soluzioni progettuali e far fronte alle sempre più stringenti esigenze del mercato. Ad oggi, ad esempio, è diventato sempre più importante formare ricercatori dotati di competenze specialistiche in settori di punta quali quello delle nanoscienze e nanotecnologie, al fine di fornire conoscenze “trasversali” necessarie a interagire operativamente in diversi campi disciplinari.

 

Il corso è articolato nei seguenti contenuti:

  • Approccio “bottom up e top down” nella preparazione di nanomateriali
  • Proprietà dei materiali nanometrici (“size effect”)
  • Principali metodi di nanofabbricazione
  • I microreattori fluidici per la sintesi di nanoparticelle (lab on chip)
  • Principali tecniche di caratterizzazione dei materiali nanostrutturati
  • Applicazioni dei nanomateriali in diversi settori industriali ed in particolare nel settore biotecnologico

 

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8) Chemiometria Applicata con elementi di MATLAB                                              6 CFU

 

Prof. Federico Marini

 

Programma:

  1. Richiami di algebra matriciale e introduzione all’ambiente MATLAB. Scalari, vettori, matrici, prodotti vettoriali e matriciali e loro rappresentazione in ambiente matlab. Tipologie di variabili MATLAB e funzioni algebriche elementari.
  2. Calibrazione univariata e multivariata. Il metodo dei minimi quadrati. Regressione lineare univariata. Calcolo delle bande di confidenza e degli errori di previsione. Generalizzazione al caso multivariato: la regressione lineare multipla. Esercitazioni in MATLAB.
  3. Disegno sperimentale. Disegni simultanei e sequenziali. Disegni fattoriali a due livelli (completi e frazionati). Calcolo degli effetti e della loro significatività. Disegni di screening. Superfici di risposta. Esercitazioni in MATLAB.
  4. Analisi Esplorativa. Introduzione all’analisi multivariata. L’analisi delle componenti principali. Criteri per la scelta delle PC. Identificazione degli outliers. Esercitazioni in MATLAB.
  5. Regressione sulle variabili latenti. La regressione sulle componenti principali. L’algoritmo PLS. Selezione delle variabili ed interpretazione del modello. Esercitazioni in MATLAB.
  6. Problemi di classificazione in chimica. Classificazione discriminante e modellante. L’analisi discriminante lineare e quadratica. Il metodo PLS-DA. SIMCA e la classificazione modellante. Coomans plot. Esercitazioni in MATLAB.
  7. Curve resolution. Multivariate curve resolution (MCR) e le sue applicazioni chimiche. Scelta dei constraints. Estensione al caso di più matrici di dati: l’analisi multiset. Applicazioni all’analisi di immagini. Esercitazioni in MATLAB.
  8. Metodi multiway. Segnali chimici multidimensionali e loro rappresentazione attraverso arrays di dati. Introduzione all’analisi multi-way. Il metodo PARAFAC. Esercitazioni in MATLAB.

 

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9) Diagrammi di fase: base termodinamica, determinazione sperimentale e assessment computazionale                                                                                                    6 CFU 

 

Prof. Andrea Ciccioli

 

Programma:

Secondo principio della termodinamica: la produzione di entropia come driving force dei processi spontanei. Potenziali termodinamici. Il potenziale chimico. Stabilità delle fasi e condizioni di equilibrio tra fasi. La regola delle fasi (richiami).

Modellazione delle fasi e diagrammi di fase di sistemi monocomponente. Equazioni di Clapeyron e Clausius-Clapeyron (richiami). Equazione di Planck. Regola della leva. Equazioni di stato dei fluidi reali (cenni). Costruzione di Maxwell. Il punto critico. Rappresentazioni P-T, V-T, P-V, P-V-T.

Modellazione delle fasi e diagrammi di fase in sistemi multicomponente. Termodinamica delle soluzioni ideali: comportamento raoultiano ed henriano (richiami). Soluzioni regolari e subregolari. Curve di energia di Gibbs, tangente comune, tie lines. Diagrammi di fase con soluzioni ideali e regolari. Lacune di miscibilità. Approssimazione quasi-chimica. Soluzioni reali. Equazioni di Gibbs-Duhem e Duhem-Margules. Polinomio di Redlich-Kister. Fasi intermedie stechiometriche e non stechiometriche. Compound energy formalism; modello a sottoreticoli per fasi intermedie non stechiometriche. Casistica di diagrammi di fase a due componenti T-x e P-x con esempi di sistemi metallici, ceramici, organici. Diagrammi di fase a tre componenti.

Breve rassegna dei metodi sperimentali di determinazione dei diagrammi di fase. Metodo isotermi e non-isotermi. Tecniche di miscroscopia e di analisi elementare. Metodi calorimetrici e di analisi termica. Misure magnetiche, elettriche, dilatometriche. Metodi di equilibrio (elettrochimici, tensimetrici) per la misura di proprietà termodinamiche. Metodi spettroscopici. Misure ad alta pressione.

Il metodo CALPHAD. Assessment computazionale dei diagrammi di fase a partire da informazioni sperimentali e teoriche. Software di ottimizzazione.

 

 

 

 

 

10) Small angle X-ray scattering, basi e applicazioni                                             6 CFU 

Dott.ssa Alessandra Del Giudice

 

Obiettivi:

Il corso si propone di far acquisire agli studenti le competenze necessarie per riconoscere in quali casi possa essere vantaggioso effettuare un esperimento di diffusione dei raggi X e gli strumenti per pianificarlo, effettuarlo e analizzarne i dati in modo da ottenere informazioni utili alla propria ricerca.

 

Programma:

Introduzione: perché fare esperimenti di small angle scattering.

Teoria generale: geometria del fenomeno di scattering ed equazioni fondamentali del campo diffuso (diffusione da un punto, da due punti, da una distribuzione di diffusori, richiamo alla trasformata di Fourier). Espressione dell’intensità diffusa. Introduzione alla funzione di correlazione spaziale e la distribuzione delle distanze a coppie. Concetto di contrasto. Le unità di misura dell’intensità diffusa. Esempi di calcolo di “scattering length density”.

Diffusione da una particella isolata: il fattore di forma. Dove trovare le espressioni dei fattori di forma. La polidispersità. Esempi con dati simulati.

L’approssimazione di Guinier e il raggio di girazione. La legge di Porod. Volume e invariante. Il plot di Kratky. Esempio su pendenze caratteristiche globulare/rod-like/lamella-like. Esempio su stato di folding proteina.

Sistemi non diluiti: il fattore di struttura. Esempio su particelle interagenti. Esempio su sistema gerarchico.

Schema di un esperimento SAXS. Informazioni sulla strumentazione. Dettagli sulla preparazione di un esperimento.

Il trattamento dei dati: correzioni, riduzione 2D->1D, sottrazione background, intensità su scala assoluta.

Analisi dei dati: introduzione a diversi approcci per diverse applicazioni; la trasformata indiretta di Fourier e software con cui calcolarla; il fitting mediante modelli e possibili software da adoperare. Linee guida e cautele da mantenere nell’interpretazione dei dati.

Caso studio: nanoparticelle in soluzione

Caso studio: proteina in soluzione

Caso studio: aggregati micellari, globulari vs. elongati

Caso studio: fasi liquido-cristalline

 

Testi di approfondimento:

Glatter O; Kratky O, eds. (1982). Small Angle X-ray ScatteringAcademic PressISBN 0-12-286280-5

 

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11) Identificazione e sintesi di prodotti naturali da piante superiori: dalla ricerca di base alla fase clinica di sperimentazione                                                                                         3 CFU 

 

Dott.ssa Deborah Quaglio

 

Program:

Plants represent a rich source of structurally diverse secondary metabolites, which can be exploited in the development of new clinically important compounds. Indeed, due to their biodiversity, medicinal plants stand for the largest library of compounds that has ever existed. The successful application of computer-aided methods in screening a unique and high-diversity in house collection library composed of around one thousand individual natural products, isolated mainly from indigenous plants collected in biodiversity-rich countries especially of the tropics and subtropics, and enlarged with their semi-synthetic and synthetic derivatives, as well as plant material extracts, up to including two thousand components will be deepened. During the last ten years, the in house library provided some lead compounds that have been developed and, in some cases, patented as anticancer and antimicrobial agents. The main classes of the library will be described, including (but not limited to) alkaloids, terpenoids, Diels-Alder-type adducts, isoflavones, chalcones, and cannabinoids focusing on the chemical features and biological activity of these compounds identified during the years, with particular attention for those currently under patent or in preclinical phase.

La reazione di metatesi olefinica:dai macrocicli alle macchine molecolari

An updated visit to the olefin metathesis reaction as a powerful tool for the construction of sophisticated macromolecular architectures will be described. Today, the reaction has proved to be one of the most popular processes, not only for the synthesis of novel cage and huge calixarene-based macrocycles, or more complex structures containing these privileged moieties, but also for the construction of complicated topologically intriguing molecules, such as catenanes, rotaxanes and knots. Notably, their use ranges from chemistry and biology, as catalysts and drug delivery systems, respectively, to materials research, as molecular motors and switches. The reaction effectiveness arises from the intrinsic specificity for the highly stable reactive end-groups (e.g. alkene moieties) and the feasibility to perform the reaction in relatively non-polar solvents, maximizing the supramolecular interactions often involved in the templation strategies. By moving from calixarene-based macrocycles to mechanically interlocked molecules, several synthetic strategies involving the olefin metathesis reaction will be highlighted underlying its increased utility and future potential in the synthesis of molecular machines.

 

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12) Le competenze dei chimici nelle perizie legali                                                 3 CFU 

 

Dott.ssa Giuseppina Gullifa

 

Programma:

Le perizie legali. La figura del Consulente Tecnico di Ufficio (CTU)

L’accreditamento presso tribunali e procure.

Il consulente di parte (CTP).

La legislazione vigente: cenni di procedura penale e civile.

Presentazione delle evidenze sperimentali in dibattimento.

Esempi di stesura di perizia.

Il Repertamento: procedure di campionamento in ambito forense.

Crimescope. Luminol.

Analisi ripetibili e non ripetibili.

La catena di custodia. Le linee guida.

 

Le metodologie analitiche forensi.

Il bianco di campo.

Caratterizzazione e quantificazione di principi attivi e stupefacenti.

Caratterizzazione e quantificazione di sostanze dopanti.

Caratterizzazione di falsi documentali.

Le perizie sui materiali.

Il rumore: una problematica emergente.

Acceleranti di fiamma: incendi dolosi e frodi alle assicurazioni.

Esempi di perizie svolte sinergicamente tra chimici e ingegneri, biologi, fisici, periti grafologi, ecc.

 

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13) Green Analytical Chemistry                                                                  6 CFU 

 

Prof.  Javier González-Sálamo

 

Course program:

Module 1. Introduction to Green Analytical Chemistry

  1. Principles of Green Chemistry
  2. Transition to Green Analytical Chemistry
  3. Evaluation of the greenness of an analytical methodology

Module 2. Sorbent-based extraction techniques

  1. Miniaturized sorbent-based extraction techniques
  2. Polymeric materials
  3. Carbonaceous materials
  4. Metal and covalent organic frameworks
  5. Natural sorbents

Module 3. Solvent-based extraction techniques

  1. Miniaturized solvent-based extraction techniques
  2. Ionic liquids
  3. Deep eutectic solvents
  4. Supramolecular solvents
  5. Switchable hydrophilicity solvents

Module 4. Applications

  1. Environmental analysis
  2. Food analysis
  3. Pharmaceutical analysis

Module 5. Practical experiences

  1. Synthesis of nanomaterials and green solvents
  2. Application of nanomaterials and green solvents in miniaturized extraction techniques
  3. Application of the QuEChERS method
  4. Critical discussion of research articles

 

 

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14) Microscopia Elettronica su Materiali Micro e/o Nanostrutturati                  6 CFU 

 

Dott.  Roberto Matassa

 

Programma:

  • Nozioni di base: dalla Microscopia ottica alla Microscopia Elettronica.
  • Tecniche convenzionali ed avanzate di microscopia elettronica.
  • Preparazione dei campioni. “Un Obbiettivo Indispensabile!”.
  • Analisi morfologica, chimica e strutturale su regioni micro e nanoscopiche.
  • Le potenzialità dell’analisi quantitativa delle immagini (QIA).
  • Strategie scientifiche ed organizzative per la caratterizzazione di materiali di interesse agli Studenti. (Le Infrastrutture Europee di Microscopia).
  • La microscopia elettronica al laboratorio “P. M. Motta” della “Sapienza”.

 

15) Catalisi Omogenea II                                                                                                   3 CFU

 

Dott. Giorgio Olivo

 

Il corso da 6 CFU (48 ore di lezione) è strutturato in due moduli da 3 CFU (24 ore), frequentabili anche indipendentemente. Ogni modulo consiste in 12 lezioni da 2 ore ognuna (programma di seguito).

L’esame si svolge attraverso presentazione di un lavoro di letteratura su argomenti pertinenti alla classe durante le lezioni.

 

 

Modulo 2: Catalisi avanzata

1) Organocatalisi: concetti di base

(catalisi via imminio/enammina, chiralità)

2) Organocatalisi: estensioni

(phase transfer, chiral phosphoric acids, squaramides, NHC)

3) Oragnocatalisi: reazioni RedOx

(dioxiranes, hypervalent iodine, Hantzsch esters, frustrated lewis pairs)

4) Organocatalisi e radicali

(richiamo di photoredox catalysis, SOMO activation, trasferimento di chiralità su radicali)

5) Chimica supramolecolare: concetti di base

(interazioni deboli, riconoscimento)

6) Catalisi supramolecolare via Riconoscimento

(Effective Molarity, applicazioni da Breslow, Bach, Reek, …)

7) Macchine molecolari & catalisi

(macchine molecolari, esempi, e applicazioni in catalisi, temporal regulation)

8) Catalisi supramolecolare via confinement

(Capsule e metal-organic cages)

9) Da catalisi omogenea a eterogenea: MOFs e COFs in catalisi

(struttura, vantaggi, esempi)

10) Biocatalisi: concetti di base

(Relazioni struttura/reattività, risoluzioni cinetiche, uso in sintesi organica)

11) Biocatalisi: design di enzimi più efficienti

(superare la specificità di substrato: directed evolution, substrati civetta)

12) Biocatalisi & metalli di transizione

(streptavidin-biotin technology, reazioni artificiali in vivo e in vitro)

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