Al termine del corso, gli studenti dovranno: * Avere un’idea generale di cosa sia la chimica computazionale e di come possa integrare ed anche guidare la chimica sperimentale, a partire da quella organica * Essere in grado di “portare nel laboratorio” il ragionamento del chimico computazionale, ad esempio: ** Facilitando la comprensione ed il ragionamento sui meccanismi di reazione ** Proponendo modifiche ragionevoli in laboratorio laddove un particolare composto non manifestasse delle proprietà desiderate. ** Esercitandosi a spiegare risultati inattesi in un particolare esperimento. * Avere presente a grandi linee i concetti teorici dietro alle principali classi di calcolo, ed i principali pacchetti software per svolgerli. * Ragionare su potenziali sbocchi professionali ed accademici.
Prerequisiti
Nessuno. Agli studenti è però raccomandata una conoscenza di base dei comandi Linux e di un linguaggio di programmazione quale Python.
Metodi didattici
Didattica frontale ed esperienze pratiche (teoria, natura del software utilizzato, ecc.) Fornitura di protocolli dettagliati per lo svolgimento di ciascuna esperienza Assistenza nello svolgimento dell’esperienza, se necessario mostrando esempi al proiettore. L’esperienza sarà interattiva: verranno proposti problemi e poste semplici domande da affrontare durante ogni esperienza per verificare la comprensione dei calcoli effettuati, ed esercitarsi a leggere i risultati.
Verifica Apprendimento
Una relazione scritta su un’esperienza scelta fra le ultime 3 formerà un terzo del voto finale, per un massimo di 10 punti. Le relazioni saranno da consegnare due settimane prima dell’appello a cui ci si intende iscrivere. Verranno valutati i seguenti aspetti: 1) Forma (2 punti) 2) Correttezza teorica (4 punti) 3) Spunti aggiuntivi per lavori futuri (4 punti) I restanti due terzi verranno attribuiti tramite un esame orale, comprendente 5 domande casuali, ciascuna riguardante aspetti teorici, aspetti visti durante le esperienze, nonché la stessa relazione presentata. Massimo 4 punti a domanda (max. 20 punti per questa parte).
Testi
Appunti delle lezioni e materiale fornito dal docente (anche per le esercitazioni). “Understanding Molecular Simulation”, D. Frenkel, B. Smit “Computer Simulation of Liquids”, M. P. Allen, D. J. Tildesley “Molecular Modelling - Principles and Applications”, A. R. Leach “Introduction to Computational Chemistry”, F. Jensen “Oxford Chemistry Primers — Computational Chemistry”, J. Harvey “Introduzione alla Chimica Organica Computazionale”, A. Bottoni
Contenuti
Le 48 ore di corso comprenderanno almeno 4 esperienze pratiche, intercalate a spiegazioni teoriche. Ogni lezione si svolgerà in sessioni da 3 ore. Esperienze: Formati molecolari, modellizzazione molecolare, visualizzazione molecolare Simulazioni di dinamica molecolare di una piccola proteina Calcoli quantomeccanici per lo studio di molecole organiche semplici Screening virtuale di librerie di farmaci mediante il docking molecolare Esempi di Software utilizzati: Gaussian, Amber, VMD, PyMOL, AutodockVINA Elementi di teoria integrati con casi studio, ove possibile: Principi e teoria della dinamica molecolare, con cenni di termodinamica statistica Come leggere i risultati di una simulazione molecolare: elementi geometrici, RMSD, profili di densità, funzione di distribuzione radiale, analisi delle componenti principali, Cenni sul clustering Metodi di campionamento aumentato per la simulazione di eventi rari Cenni sui metodi Monte Carlo Metodi QM: set di base, pseudopotenziali, approccio Hartree-Fock, approccio DFT, approcci post-SCF a determinanti multiple e perturbativi, metodi semiempirici Metodi ibridi QM/MM Simulazioni di energia libera Le simulazioni molecolari nell’industria farmaceutica ed agrochimica: tecniche di disegno di farmaci structure-based e ligand-based, farmacofori, docking molecolare, cheminformatica, bioinformatica, predizione di folding e modellizzazione per omologia Le simulazioni molecolari nell’industria dei materiali Cenni sull’intelligenza artificiale
Lingua Insegnamento
INGLESE
Altre informazioni
L'anno accademico 2025-26 è il primo in cui viene proposto questo corso.