ID:
50961
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
48
CFU:
6
SSD:
CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Url:
SCIENZE CHIMICHE/PERCORSO COMUNE Anno: 1
SCIENZE CHIMICHE/PERCORSO COMUNE Anno: 2
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (16/09/2024 - 20/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di fornire gli strumenti e le conoscenze utili a comprendere come la chimica sia disciplina fondamentale in molteplici ambiti (biologico, medico, ambientale, energetico, materiali, catalisi). Inoltre, partendo dalle proprietà chimiche degli elementi della tavola periodica, verranno indagate le loro funzioni nei sistemi biologici, sottolineando la forte connessione e analogia tra l'attività di un enzima, la sua struttura con la progettazione di un catalizzatore eterogeneo con caratteristiche desiderate. Questi aspetti verranno affrontati dal punto di vista del ricercatore che si avvale delle tecniche di analisi morfologica, strutturale e spettroscopica, utilizzando anche i contenuti di articoli scientifici rilevanti ed attinenti.
Al termine dell’insegnamento lo studente avrà compreso il ruolo dei metalli in molti sistemi biologici e saprà individuare le forti affinità tra i catalizzatori enzimatici e quelli prettamente inorganici eterogenei.
In particolare, le abilità acquisite dallo studente, consisteranno nel:
- saper collegare le caratteristiche e le proprietà di un catalizzatore (bio)inorganico con la tipologia di reazione che esso catalizza
- saper scegliere la tipologia di catalizzatore necessaria per una data reazione
- collegare le conoscenze sui siti catalitici enzimatici con quelle dei catalizzatori eterogenei, sapendone analizzare gli aspetti comuni
- applicare ai sistemi catalitici (bio)inorganici le competenze acquisite in corsi precedenti quali concetti di chimica di coordinazione, metodi chimico-fisici di caratterizzazione superficiale, metodi spettroscopici
Al termine dell’insegnamento lo studente avrà compreso il ruolo dei metalli in molti sistemi biologici e saprà individuare le forti affinità tra i catalizzatori enzimatici e quelli prettamente inorganici eterogenei.
In particolare, le abilità acquisite dallo studente, consisteranno nel:
- saper collegare le caratteristiche e le proprietà di un catalizzatore (bio)inorganico con la tipologia di reazione che esso catalizza
- saper scegliere la tipologia di catalizzatore necessaria per una data reazione
- collegare le conoscenze sui siti catalitici enzimatici con quelle dei catalizzatori eterogenei, sapendone analizzare gli aspetti comuni
- applicare ai sistemi catalitici (bio)inorganici le competenze acquisite in corsi precedenti quali concetti di chimica di coordinazione, metodi chimico-fisici di caratterizzazione superficiale, metodi spettroscopici
Prerequisiti
Per la comprensione dei contenuti del corso sono richieste competenze di chimica di coordinazione, di biochimica e di cinetica chimica. Inoltre, è richiesta la conoscenza dei principi di base dei principali metodi spettroscopici.
Metodi didattici
L’insegnamento verrà erogato in presenza in aula. Le diapositive utilizzate durante la lezione sono caricate nella Classroom dedicata.
Lo studente che sceglie questo insegnamento deve iscriversi alla Classroom utilizzando il codice
aysizjs
Lo studente che sceglie questo insegnamento deve iscriversi alla Classroom utilizzando il codice
aysizjs
Verifica Apprendimento
L’esame consiste di un colloquio orale che consta di una serie di domande riguardanti argomenti del corso che appartengono all’area della chimica bioinorganica/biocatalisi e della catalisi eterogenea. Una volta verificata la conoscenza di un argomento, si approfondirà l’esame in modo da valutare come lo studente è in grado di applicare dette competenze a casi ed esempi.
La valutazione dipende dal grado di conoscenza dimostrato e dalla capacità di applicare le conoscenze acquisite e si basa sia sulla padronanza che lo studente ha degli argomenti del corso e sia sulla sua capacità di collocare i contenuti in un quadro formativo più ampio.
La valutazione dipende dal grado di conoscenza dimostrato e dalla capacità di applicare le conoscenze acquisite e si basa sia sulla padronanza che lo studente ha degli argomenti del corso e sia sulla sua capacità di collocare i contenuti in un quadro formativo più ampio.
Testi
Di seguito sono riportati alcuni testi che sono stati utilizzati per le video lezioni e che rappresentano un utile supporto allo studio.
Questi testi sono presenti nella biblioteca universitaria e sono consultabili nell’ufficio del docente:
- Chimica bioinorganica: Bertini, Gray, Lippard, Valentine, “Bioinorganic Chemistry”, University Science Books, 1995
- Catalisi eterogenea e sistemi bifasici: Rothenberg, “Catalysis”, Wiley VCH 2008
Richards, "Surface and nanomolecular catalysis", CRC Press 2019
- Zeoliti: Sheldon, Arends, Hanefeld, “Green chemistry and catalysis”, Wiley-VCH
Questi testi sono presenti nella biblioteca universitaria e sono consultabili nell’ufficio del docente:
- Chimica bioinorganica: Bertini, Gray, Lippard, Valentine, “Bioinorganic Chemistry”, University Science Books, 1995
- Catalisi eterogenea e sistemi bifasici: Rothenberg, “Catalysis”, Wiley VCH 2008
Richards, "Surface and nanomolecular catalysis", CRC Press 2019
- Zeoliti: Sheldon, Arends, Hanefeld, “Green chemistry and catalysis”, Wiley-VCH
Contenuti
Il corso prevede 48 ore di lezione e si suddivide in tre parti principali:
CHIMICA BIOINORGANICA
• Concetti fondamentali di cinetica chimica e di cinetica enzimatica.
• Chimica di coordinazione di interesse nei sistemi biologici: leganti di interesse biologico, aspetti termodinamici e cinetici, proprietà spettroscopiche e magnetiche. Effetti della catena polipetidica: controllo della geometria, del potenziale redox e dell'ambiente di reazione.
• Assimilazione, trasporto e storage del ferro: siderofori, transferrine, ferritina
• Assimilazione, trasporto e storage dell’O2: emoglobina e mioglobina, effetto cooperativo, competizione con CO, porfirine di Collmann
• Tossicità di O2: ROS, perossidazione lipidica, tocoferolo e acido ascorbico, Cu-Zn superossido dismutasi, catalasi, perossidasi.
• Funzioni dell’O2 nei sistemi biologici: monoossigenazione, citocromo P450, catalisi biomimetica, fosforilazione ossidativa: centri per il trasferimento elettronico. Citocromo c, proteine ferro-zolfo, citocromo c ossidasi.
• Rame: un’alternativa al ferro: proteine blu del rame
• Cobalto e magnesio: cobalamine e meccanismo, fotosintesi: clorofilla. Ruolo catalitico del magnesio: idrolisi e trasferimento di gruppi fosfato 8chinasi e fosfatasi)
• Zinco: idrolisi enzimatica, catalisi acido-base, anidrasi carbonica e carbossi peptidasi A
BIOCATALISI
• principi generali, enzimi isolati o cellule intere
• Strategie per immobilizzare gli enzimi: eupergit, smart polymers, cross linking
• analisi del processo di produzione di acrilamide, di penicilline e di farmaco antitumorale
CATALISI ETEROGENEA
• Catalisi eterogenea: concetti e principi generali. SSA, porosità, concetto di sito catalitico, metodiche di preparazione di catalizzatori eterogenei
• Caratterizzazione dei catalizzatori eterogenei: tecniche strutturali, di adsorbimento e desorbimento, termiche, spettroscopiche
• Catalisi con ossidi metallici: ruolo degli ossidrili superficiali, proprietà acido-base di Bronsted-Lowry e di Lewis
• Catalizzatori microporosi: zeoliti. Sintesi, struttura, tipi e applicazioni catalitiche. Zeoliti contenenti ioni di metalli di transizione (Sn e Ti). Caratterizzazione
• Catalizzatori mesoporosi: silice mesoporosa, modifiche superficiali e applicazioni catalitiche. Caratterizzazione
• Layered double hydroxides come catalizzatori basici: preparazione, proprietà ed applicazioni
• Catalizzatori metallici supportati: determinazione del punto di carica zero
• Catalisi bifasica: solventi fluorurati
• Fotocatalisi eterogenea
CHIMICA BIOINORGANICA
• Concetti fondamentali di cinetica chimica e di cinetica enzimatica.
• Chimica di coordinazione di interesse nei sistemi biologici: leganti di interesse biologico, aspetti termodinamici e cinetici, proprietà spettroscopiche e magnetiche. Effetti della catena polipetidica: controllo della geometria, del potenziale redox e dell'ambiente di reazione.
• Assimilazione, trasporto e storage del ferro: siderofori, transferrine, ferritina
• Assimilazione, trasporto e storage dell’O2: emoglobina e mioglobina, effetto cooperativo, competizione con CO, porfirine di Collmann
• Tossicità di O2: ROS, perossidazione lipidica, tocoferolo e acido ascorbico, Cu-Zn superossido dismutasi, catalasi, perossidasi.
• Funzioni dell’O2 nei sistemi biologici: monoossigenazione, citocromo P450, catalisi biomimetica, fosforilazione ossidativa: centri per il trasferimento elettronico. Citocromo c, proteine ferro-zolfo, citocromo c ossidasi.
• Rame: un’alternativa al ferro: proteine blu del rame
• Cobalto e magnesio: cobalamine e meccanismo, fotosintesi: clorofilla. Ruolo catalitico del magnesio: idrolisi e trasferimento di gruppi fosfato 8chinasi e fosfatasi)
• Zinco: idrolisi enzimatica, catalisi acido-base, anidrasi carbonica e carbossi peptidasi A
BIOCATALISI
• principi generali, enzimi isolati o cellule intere
• Strategie per immobilizzare gli enzimi: eupergit, smart polymers, cross linking
• analisi del processo di produzione di acrilamide, di penicilline e di farmaco antitumorale
CATALISI ETEROGENEA
• Catalisi eterogenea: concetti e principi generali. SSA, porosità, concetto di sito catalitico, metodiche di preparazione di catalizzatori eterogenei
• Caratterizzazione dei catalizzatori eterogenei: tecniche strutturali, di adsorbimento e desorbimento, termiche, spettroscopiche
• Catalisi con ossidi metallici: ruolo degli ossidrili superficiali, proprietà acido-base di Bronsted-Lowry e di Lewis
• Catalizzatori microporosi: zeoliti. Sintesi, struttura, tipi e applicazioni catalitiche. Zeoliti contenenti ioni di metalli di transizione (Sn e Ti). Caratterizzazione
• Catalizzatori mesoporosi: silice mesoporosa, modifiche superficiali e applicazioni catalitiche. Caratterizzazione
• Layered double hydroxides come catalizzatori basici: preparazione, proprietà ed applicazioni
• Catalizzatori metallici supportati: determinazione del punto di carica zero
• Catalisi bifasica: solventi fluorurati
• Fotocatalisi eterogenea
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
SCIENZE CHIMICHE
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
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