c.i. PROGETTAZIONE MOLECOLARE E CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

Modulo PROGETTAZIONE MOLECOLARE

Il corso intende introdurre i fondamenti della Chimica Supramolecolare, con attenzione agli aspetti inorganici, attraverso lo studio delle forze e delle interazioni non covalenti, dei fenomeni di auto-assemblaggio e del ruolo degli ioni metallici nella formazione di strutture funzionali. Saranno discussi esempi tratti da sistemi presenti in biologia e in natura, per comprendere come i principi supramolecolari regolino la creazione di architetture complesse. Saranno illustrate le logiche della progettazione supramolecolare e come tradurre i principi teorici in sintesi di specie con proprietà chimico-fisiche mirate.

In accordo con i Descrittori di Dublino, il corso contribuisce a sviluppare:

• Conoscenza e comprensione: principi gerarchici, equilibrio termodinamico e cinetico, ruolo delle conformazioni nel modulare le proprietà dei polimeri.

• Capacità applicative: utilizzo delle conoscenze acquisite tramite esempi tratti da testi e letteratura scientifica.

• Autonomia di giudizio: valutazione critica dei processi logico-deduttivi impiegati nella progettazione supramolecolare.

• Abilità comunicative: esposizione chiara e rigorosa di concetti scientifici e percorsi logici.

• Capacità di apprendimento: sviluppate attraverso discussioni in aula e verificate mediante esame orale.

I metodi didattici adottati durante il corso comprendono lezioni frontali, partecipate e/o cooperative, finalizzate all’acquisizione delle conoscenze di Chimica Inorganica Supramolecolare (per un totale di 21 ore). Sono inoltre previste esercitazioni pratiche, attività di ricerca individuale e lavori di gruppo, mirati a sviluppare la capacità di applicare in modo critico e consapevole le conoscenze di base acquisite.

Sono richieste conoscenze in Chimica inorganica, Chimica Organica, Chimica Fisica e Chimica Analitica.

La frequenza è regolata dal regolamento didattico del Corso di Laurea, ma una partecipazione assidua e costante aumenta significativamente la comprensione della materia e le probabilità di successo nell’esame.

La Chimica Inorganica Supramolecolare: definizione e cenni storici; ambiti di studio, con particolare attenzione alle differenze e connessioni tra chimica molecolare e chimica supramolecolare.

Principi alla base della Chimica Supramolecolare:  interazioni elettrostatiche, di Van der Waals, di dispersione, di stacking, legami a idrogeno, effetto idrofobo; effetti del solvente. Effetti chelato, macrociclico, criptato; cooperatività. Concetto di preorganizzazione molecolare. Aspetti termodinamici e cinetici.

Riconoscimento molecolare e autoassemblaggio: sistemi molecolari auto-assemblanti; architetture molecolari e relazioni struttura-proprietà. recettori per cationi (calixareni, siderofori); serie Hofmeister; recettori per anioni; principi di design molecolare.

Nanosistemi supramolecolari: i principali nanosistemi e strategie di costruzione.

Principali applicazioni: catalisi; applicazioni biomediche, sensing e dispositivi sensoriali, macchine molecolari, naturali e artificiali.

L’esame orale sarà articolato in due parti:

1) Presentazione individuale

• Ogni studente preparerà una presentazione PowerPoint su un argomento di chimica inorganica supramolecolare concordato con il docente.

• Contenuti: caratteristiche chimico-fisiche, meccanismi di autoassemblaggio, interazioni non covalenti, applicazioni.

• Valutazione: capacità di analizzare criticamente la letteratura, conoscenza dei meccanismi, discussione dei dati e applicazione delle conoscenze a nuovi argomenti.

2) Discussione teorica

• Domande del docente basate sul programma del corso.

• Obiettivo: verificare la comprensione dei concetti fondamentali, delle interazioni non covalenti, dell’autoassemblaggio e della chimica dei metalli nei sistemi supramolecolari.

Concetti di complementarietà e preorganizzazione;

Effetti chelato; macrociclico e criptato; Cooperatività; tecniche per lo studio di sistemi supramolecolari; Hofmeister series; Recettori per il binding di cationi; Recettori per il binding di aninoni; Spiegare il concetto di autoassemblaggio in Chimica Supramolecolare e descrivere come le interazioni non covalenti guidano la formazione di strutture ordinate; Fornire un esempio di sistema naturale o inorganico in cui l’autoassemblaggio gioca un ruolo fondamentale.