ID:
512163
Durata (ore):
48
CFU:
6
SSD:
Chimica generale e inorganica
Anno:
2026
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (01/03/2027 - 11/06/2027)
Syllabus
Obiettivi Formativi
La chimica supramolecolare — la chimica del legame intermolecolare, definita da J.-M. Lehn come “chimica oltre la molecola” — costituisce oggi uno dei ponti più fecondi tra la chimica di base e le tecnologie funzionali: dai materiali intelligenti alla diagnostica, dalla catalisi biomimetica ai dispositivi molecolari su scala nanometrica. Il corso colloca lo studente magistrale all'interno di questo percorso — dal riconoscimento degli eteri corona (Pedersen, Cram, Lehn, Nobel 1987) alle macchine molecolari (Sauvage, Stoddart, Feringa, Nobel 2016) — fornendo gli strumenti concettuali e sperimentali per comprendere come interazioni deboli e reversibili possano essere sfruttate per costruire sistemi con funzioni definite, i “dispositivi supramolecolari” del titolo.
Risultati di apprendimento attesi (Descrittori di Dublino):
Conoscenza e comprensione — principi termodinamici, cinetici e strutturali del riconoscimento molecolare, classi di recettori sintetici e architetture supramolecolari (auto-assemblati, molecole interbloccate, macchine molecolari), metodi sperimentali di caratterizzazione.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione — analizzare la relazione struttura-funzione recettore-substrato, proporre strategie di progettazione di nuovi sistemi, interpretare dati sperimentali.
Autonomia di giudizio — valutare criticamente il potenziale applicativo (biomedico, dei materiali, ambientale) di un sistema supramolecolare descritto in letteratura, distinguendo proof-of-concept da tecnologie traslate al mercato.
Abilità comunicative — esporre, con terminologia scientifica appropriata e in inglese, i risultati di un lavoro di letteratura recente sulla chimica supramolecolare applicata.
Capacità di apprendimento — orientarsi autonomamente nello “stato dell'arte” del settore attraverso l'analisi di rassegne critiche e aggiornare nel tempo le proprie conoscenze.
Risultati di apprendimento attesi (Descrittori di Dublino):
Conoscenza e comprensione — principi termodinamici, cinetici e strutturali del riconoscimento molecolare, classi di recettori sintetici e architetture supramolecolari (auto-assemblati, molecole interbloccate, macchine molecolari), metodi sperimentali di caratterizzazione.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione — analizzare la relazione struttura-funzione recettore-substrato, proporre strategie di progettazione di nuovi sistemi, interpretare dati sperimentali.
Autonomia di giudizio — valutare criticamente il potenziale applicativo (biomedico, dei materiali, ambientale) di un sistema supramolecolare descritto in letteratura, distinguendo proof-of-concept da tecnologie traslate al mercato.
Abilità comunicative — esporre, con terminologia scientifica appropriata e in inglese, i risultati di un lavoro di letteratura recente sulla chimica supramolecolare applicata.
Capacità di apprendimento — orientarsi autonomamente nello “stato dell'arte” del settore attraverso l'analisi di rassegne critiche e aggiornare nel tempo le proprie conoscenze.
Prerequisiti
Buona conoscenza della chimica generale, inorganica e organica, con particolare riferimento alla chimica di coordinazione dei metalli di transizione e dei metalli alcalini/alcalino-terrosi. Sono utili conoscenze di base di chimica fisica (termodinamica ed equilibri in soluzione) e di spettroscopia (NMR, UV-vis). La preparazione ottenuta attraverso una laurea triennale di area chimica è necessaria e sufficiente per frequentare e comprendere gli argomenti di questo corso.
Metodi didattici
Le lezioni saranno di tipo frontale, svolte mediante presentazioni PowerPoint, i cui file saranno forniti agli studenti. Molti degli esempi di molecole e del loro funzionamento mostrati a lezione sono tratti da lavori scientifici originali e rassegne critiche di riferimento: agli studenti verranno forniti i riferimenti bibliografici corrispondenti in modo che, se desiderato, possano approfondire ciascun argomento in modo indipendente.
Verifica Apprendimento
Esame orale, volto a verificare la preparazione dello studente sui principali argomenti del corso. Potrebbe essere richiesto l'approfondimento di un argomento tratto dalla letteratura scientifica recente — in particolare dalle rassegne di riferimento sulle tecnologie supramolecolari applicate — con presentazione PowerPoint.
Testi
I docenti forniranno dettagliati appunti/diapositive delle lezioni. Testi di riferimento:
1. S. Kubik, Supramolecular Chemistry: From Concepts to Applications, De Gruyter, 2021; 2. G.T. Williams, C.J.E. Haynes, M. Fares, C. Caltagirone, J.R. Hiscock, P.A. Gale, “Advances in applied supramolecular technologies,” Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 2737–2763; 3. D.E. Balderston, E. Feo, A. Leonescu, M. Stevens, A.M. Wilmshurst, P.A. Gale, C.J.E. Haynes, G.T. Williams, J.R. Hiscock, “Advances in applied supramolecular technologies 2021–2025,” Chem. Soc. Rev. 2025, 54, 8888–8924.
1. S. Kubik, Supramolecular Chemistry: From Concepts to Applications, De Gruyter, 2021; 2. G.T. Williams, C.J.E. Haynes, M. Fares, C. Caltagirone, J.R. Hiscock, P.A. Gale, “Advances in applied supramolecular technologies,” Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 2737–2763; 3. D.E. Balderston, E. Feo, A. Leonescu, M. Stevens, A.M. Wilmshurst, P.A. Gale, C.J.E. Haynes, G.T. Williams, J.R. Hiscock, “Advances in applied supramolecular technologies 2021–2025,” Chem. Soc. Rev. 2025, 54, 8888–8924.
Contenuti
Introduzione alla chimica supramolecolare: dal legame covalente al legame intermolecolare; sviluppo storico del campo (Pedersen, Lehn, Cram) e Premio Nobel per la Chimica 1987.
Analisi quantitativa della formazione dei complessi: equilibri di legame 1:1 e di ordine superiore, costanti di stabilità e dissociazione, energia libera di Gibbs, entalpia ed entropia di complessazione, cinetica di formazione dei complessi; metodi per la determinazione della stechiometria (metodo delle variazioni continue di Job) e della costante di stabilità mediante NMR, spettroscopia UV-vis, spettroscopia di fluorescenza, potenziometria e calorimetria di titolazione isoterma.
Comprendere il riconoscimento molecolare: interazioni non covalenti (ione-ione, ione-dipolo, dipolo-dipolo, legame a idrogeno, legame alogeno, interazioni catione-π, anione-π, aromatiche-aromatiche e di dispersione), energie di legame, ruolo del solvente (in particolare dell'acqua), principi di progettazione dei recettori: complementarità, preorganizzazione, effetto chelato e macrociclico, multivalenza, cooperatività, allosterismo.
Le principali classi di recettori macrociclici e molecolari; classificazione dei substrati (cationi, anioni, zwitterioni, molecole neutre).
Strategie di auto-assemblaggio molecolare: effetti template, assemblaggio mediato dall'effetto idrofobico, da legami a idrogeno (capsule, tubi), da legami alogeno e da legami di coordinazione (eliche, griglie, anelli, gabbie), auto-assemblaggio covalente, chimica combinatoriale dinamica, chimica dei sistemi.
Molecole meccanicamente interbloccate: topologia molecolare e legame meccanico, strategie sintetiche per catenani, nodi e rotassani mediante coordinazione metallica, interazioni a trasferimento di carica, legame a idrogeno, legame alogeno ed effetto idrofobico.
Macchine molecolari: dispositivi derivati da rotaxani (navette, interruttori) e da catenani, macchine senza legame meccanico.
Catalisi supramolecolare: trasformazioni stechiometriche e catalitiche mediante partecipazione di gruppi funzionali e per confinamento, mimetici sintetici degli enzimi, sistemi auto-replicanti.
Trasporto e rilevamento molecolare: trasporto di cationi, anioni e acqua attraverso membrane (canali e carrier), principi del sensing chimico, sensori ottici ed elettrochimici per singolo e multiplo analita.
Applicazioni dei sistemi supramolecolari: medicina (farmaci, formulazioni farmaceutiche, imaging), processi di separazione (cromatografia, estrazione, precipitazione), chimica dei materiali (polimeri auto-assemblati, reti, gel), catalisi, elettronica molecolare, prodotti di consumo.
Dal laboratorio al mercato: sviluppi applicativi e traslazionali della chimica supramolecolare, dai primi esempi commerciali fino alle tecnologie più recenti (2021-2025), analizzati attraverso rassegne critiche della letteratura.
Analisi quantitativa della formazione dei complessi: equilibri di legame 1:1 e di ordine superiore, costanti di stabilità e dissociazione, energia libera di Gibbs, entalpia ed entropia di complessazione, cinetica di formazione dei complessi; metodi per la determinazione della stechiometria (metodo delle variazioni continue di Job) e della costante di stabilità mediante NMR, spettroscopia UV-vis, spettroscopia di fluorescenza, potenziometria e calorimetria di titolazione isoterma.
Comprendere il riconoscimento molecolare: interazioni non covalenti (ione-ione, ione-dipolo, dipolo-dipolo, legame a idrogeno, legame alogeno, interazioni catione-π, anione-π, aromatiche-aromatiche e di dispersione), energie di legame, ruolo del solvente (in particolare dell'acqua), principi di progettazione dei recettori: complementarità, preorganizzazione, effetto chelato e macrociclico, multivalenza, cooperatività, allosterismo.
Le principali classi di recettori macrociclici e molecolari; classificazione dei substrati (cationi, anioni, zwitterioni, molecole neutre).
Strategie di auto-assemblaggio molecolare: effetti template, assemblaggio mediato dall'effetto idrofobico, da legami a idrogeno (capsule, tubi), da legami alogeno e da legami di coordinazione (eliche, griglie, anelli, gabbie), auto-assemblaggio covalente, chimica combinatoriale dinamica, chimica dei sistemi.
Molecole meccanicamente interbloccate: topologia molecolare e legame meccanico, strategie sintetiche per catenani, nodi e rotassani mediante coordinazione metallica, interazioni a trasferimento di carica, legame a idrogeno, legame alogeno ed effetto idrofobico.
Macchine molecolari: dispositivi derivati da rotaxani (navette, interruttori) e da catenani, macchine senza legame meccanico.
Catalisi supramolecolare: trasformazioni stechiometriche e catalitiche mediante partecipazione di gruppi funzionali e per confinamento, mimetici sintetici degli enzimi, sistemi auto-replicanti.
Trasporto e rilevamento molecolare: trasporto di cationi, anioni e acqua attraverso membrane (canali e carrier), principi del sensing chimico, sensori ottici ed elettrochimici per singolo e multiplo analita.
Applicazioni dei sistemi supramolecolari: medicina (farmaci, formulazioni farmaceutiche, imaging), processi di separazione (cromatografia, estrazione, precipitazione), chimica dei materiali (polimeri auto-assemblati, reti, gel), catalisi, elettronica molecolare, prodotti di consumo.
Dal laboratorio al mercato: sviluppi applicativi e traslazionali della chimica supramolecolare, dai primi esempi commerciali fino alle tecnologie più recenti (2021-2025), analizzati attraverso rassegne critiche della letteratura.
Lingua Insegnamento
INGLESE
Altre informazioni
Ulteriori informazioni potranno essere richieste direttamente al docente.
Corsi
Corsi
CHIMICA
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
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