Catalogo dei Corsi di studio

Obiettivi generali
Il corso di Metodi Fisici in Chimica Organica e Radiochimica ha l’obiettivo di fornire allo studente le conoscenze fondamentali delle moderne tecniche cromatografiche e spettroscopiche, comunemente impiegate nello studio di molecole organiche nei laboratori di ricerca e di controllo. Il Corso ha inoltre l’obiettivo di fornire la capacità di Individuare le tecniche cromatografiche più adatte alla soluzione di problemi reali, e di comprendere spettri UV, IR, MS e NMR di molecole organiche. Vengono inoltre fornite conoscenze di base della chimica nucleare e della preparazione dei radiofarmaci. Al termine del corso lo studente acquisirà le competenze per analizzare in maniera approfondita spettri NMR, IR e MS, per ricavare a partire dalla loro analisi combinata la struttura di composti incogniti, e per prevedere le proprietà spettroscopiche di nuovi composti.

Obiettivi specifici
1. Conoscenza e comprensione dello studente
Lo studente conosce e comprende i fondamenti delle moderne tecniche cromatografiche: adsorbimento, partizione, aspetti cinetica, equazione di van Deemter, composizione e morfologia delle fasi stazionarie, semplici relazioni struttura-ritenzione, interazione soluto-fase stazionaria-fase mobile. Lo studente conosce e comprende i fondamenti delle tecniche spettroscopiche: interazione materia-radiazione. Spettro elettromagnetico, lunghezza d’onda, frequenza, contenuto energetico, intensità della radiazione, assorbimento, emissione, scattering, stati eccitati, quantizzazione. Lo studente conosce e comprende i principi teorici e le applicazioni pratiche delle spettroscopie IR (oscillatore armonico, anarmonico, vibrazioni fondamentali, overtone, bande di combinazione, assorbimenti caratteristici dei principali gruppi funzionali), 1H-NMR e 13C-NMR (nuclei in un campo magnetico, risonanza, processi di rilassamento, schermo e costanti di schermo, accoppiamento spin-spin omo- ed etero-nucleare, sistemi di spin e notazione di Pople, relazione di Karplus) e MS (processi di ionizzazione e frammentazione, analizzatori). Lo studente conosce e comprende i principi teorici e le applicazioni pratiche delle tecniche strumentali accoppiate (LC-MS). Lo studente è in grado di comprendere come i parametri spettrali possono essere influenzati dalle condizioni sperimentali (stato fisico del campione, concentrazione, solvente, temperatura).

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente è in grado di scegliere la tecnica cromatografica più adatta in funzione della struttura dei composti da analizzare ed è in grado di descrivere il processo per la scelta di fasi stazionarie, fasi mobili e rivelatori. Lo studente è in grado di controllare e ottimizzare i parametri cinetici e termodinamici del processo cromatografico, ed è in grado di applicare le conoscenze acquisite a nuove problematiche tipiche dei contesti di ricerca e in ambito lavorativo. Lo studente è in grado di interpretare spettri IR, NMR, MS di semplici composti organici puri, ed è capace di scegliere la tecnica spettroscopica o la combinazione di più tecniche adatte alle diverse indagini strutturali (controllo della conversione di gruppi funzionali, identificazione di impurezze, ). Lo studente è in grado di applicare le tecniche strumentali conosciute a nuove problematiche che si possono presentare in ambiti di ricerca o di lavoro.

3. Capacità critiche e di giudizio
Lo studente è in grado di integrare le conoscenze acquisite durante il corso con quelle proprie del filone chimico fisico-organico che caratterizza il Corso di Laurea in CTF (studio di equilibri, velocità di reazione, meccanismi di reazione, studio di intermedi, selettività, stereochimica). Lo studente sarà in grado di acquisire da banche dati ed interpretare dati multispettrali utili alla soluzione di problemi tipici in ambiti di ricerca e di produzione quali laboratori di sintesi, di controllo di qualità di principi attivi, laboratori di analisi di prodotti di origine naturale, di miscele complesse di metaboliti. Tali capacità sono stimolate e sviluppate tipicamente durante lo svolgimento di esercizi di interpretazione di spettri, durante le lezioni ed esercitazioni.

4. Capacità di comunicare quanto si è appreso
Lo studente sarà in grado di comunicare quanto appreso in maniera chiara e rigorosa, sia a interlocutori non esperti sia ad esperti del settore. Lo studente è stimolato alla comunicazione interpersonale tipicamente durante le esercitazioni in aula.

5. Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo
Lo studente avrà sviluppato capacità autonome di apprendimento relative alle tecniche cromatografiche e spettroscopiche attraverso la consultazione di banche dati, materiale bibliografico e letteratura scientifica disponibili on-line.

Programma

Modulo 2 - Spettrometria di massa e radiochimica (3CFU CHIM/03)
Introduzione alla spettrometria di massa, aspetti generali.
Parti fondamentali di uno spettrometro di massa: sorgenti ioniche (EI, CI, ESI, API, FI, MALDI), analizzatori di massa (settore magnetico, elettrostatico, a doppia focalizzazione, quadrupolo, tempo di volo). Lo spettro di massa. Processi primari e secondari. Risoluzione e determinazione del peso molecolare. (5 h)
La ionizzazione chimica e le sue possibili applicazioni. Misura della affinità protonica e studio dei meccanismi di reazione. (4 h)
Tecniche diagnostiche per lo studio della struttura di specie cariche, MIKE e CAD. Lo studio di intermedi di reazione. Cenni sullo studio di specie neutre e radicaliche mediante spettrometria di massa. (3 h)
Fondamenti di Chimica Nucleare e Radiochimica.
Numero atomico e numero di massa. Difetto di massa ed energia di legame. La stabilità dei nuclei, curva di stabilità ed equazione di Weizsacker. (2 h)
Processi spontanei: decadimento b- ed esistenza del neutrino; decadimento alfa ed energia associata; decadimento b+; cattura elettronica; emissione gamma; conversione interna. Legge del decadimento e tempo di dimezzamento. (4 h)
Reazioni nucleari. Reazioni indotte da protoni, deuteroni, particelle alfa e neutroni. Energia delle reazioni nucleari. Decadimento dell’238Uranio e reazioni di fissione dell’235U. Reazioni di fusione nucleare. (3 h)
Contatori. Metodi analitici di diluizione isotopica ed isotopica inversa. Analisi per attivazione. Metodi di datazione di Libby e geocronologico U-Th-He. Cenni sulla PET. (3 h)

Testi adottati

Per la parte relative alla spettrometria di massa:

1) Textbook:“Identificazione spettroscopica di composti organici” R.M. Silverstein, F.X. Webster Casa Editrice Ambrosiana
2) E. De Hoffmann, J. Charette, V. Stroobant "Mass Spectrometry Principles and Applications" John Wiley & Sons
3) Alison E. Ashcroft "Ionization Methods in Organic Mass Spectrometry" RSC

Per la parte relativa alla radiochimica:

F. Cacace “Principi di Chimica Nucleare e Radiochimica”.

Bibliografia di riferimento

Gopal B. Saha “Fundamentals of Nuclear Pharmacy” Springer, Fifth Edition

Prerequisiti

Conoscenze di base di Chimica Generale

Modalità di valutazione

La valutazione avviene alla fine del corso mediante una prova orale, avente l'obiettivo di verificare le conoscenze generali acquisite.

Concorrono a determinare la votazione finale, nella sua gradualità, elementi quali la proprietà di linguaggio, la capacità critica, la capacità di fare collegamenti.

Per superare l'esame occorre conseguire un voto non inferiore a 18/30. Lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti trattati.
Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente degli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente.