Catalogo dei Corsi di studio

Obiettivi generali
L'obiettivo generale di questo corso è quello di fornire agli studenti un approfondimento avanzato delle conoscenze di metodologie cromatografiche e spettroscopiche già acquisite nell’ambito del Corso di Metodi Fisici in Chimica Organica, che essi frequentano nel secondo semestre del terzo anno di corso. Le tecniche cromatografiche permettono la determinazione della composizione qualitativa e quantitativa di miscele complesse, ottenute sia da processi sintetici sia da processi di tipo estrattivo da droghe vegetali e matrici ambientali. Per questo motivo, esse si inseriscono a pieno titolo nella complessa sequenza che, partendo dalla progettazione strutturale di nuove molecole, porta, attraverso la caratterizzazione di nuovi principi di interesse terapeutico, alla produzione e al controllo del farmaco.
L’acquisizione di queste conoscenze a un livello particolarmente avanzato consentirà agli studenti di avere dimestichezza con le più moderne tecniche di separazione di miscele complesse (HPLC, UHPLC, HILIC) e con i concetti basilari dell’accoppiamento tra cromatografia liquida e spettrometria di massa (LC-MS).

Obiettivi specifici
Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente ha una conoscenza approfondita e avanzata delle metodologie cromatografiche e spettroscopiche già presentate nell’ambito del Corso di Metodi Fisici in Chimica Organica. Conosce le più moderne tecniche di separazione di miscele complesse (HPLC, UHPLC, HILIC) e i concetti basilari dell’accoppiamento tra cromatografia liquida e spettrometria di massa (LC/MS).

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine del corso lo studente conosce i materiali cromatografici più ampiamente utilizzati, i principi teorici e le fasi stazionarie chirali più innovative per l’analisi di farmaci chirali; ha familiarità con il concetto dell'inversione dell'ordine di eluizione di enantiomeri. Conosce alcune delle applicazioni più recenti nel campo della proteomica (approccio delle colonne monolitiche capillari) e della ricognizione molecolare stereoselettiva in fase gassosa.

Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo studente è in grado di decidere autonomamente quale metodica analitica sia più utile per risolvere un particolare tipo di problema che potrebbe incontrare in campo lavorativo, dalla caratterizzazione di nuovi principi attivi di interesse terapeutico alla produzione e controllo della qualità del farmaco.

Abilità comunicative
Al termine del corso lo studente possiede la capacità di comunicare all’esterno le conoscenze che ha appreso durante il corso, sia nei riguardi della comunità scientifica che con il mondo del lavoro. Deve, in particolare, saper porgere in modo chiaro e diretto le informazioni relative alla più moderne tecniche cromatografiche e alle loro possibili applicazioni in campo farmaceutico.

Capacità di apprendimento
Lo studente che abbia superato l’esame è in grado di proseguire lo studio attraverso la lettura degli articoli più recenti apparsi in letteratura che il docente mette a sua disposizione sulla piattaforma e-learning.

Programma

Basi teoriche della cromatografia: ritenzione, selettività, efficienza, risoluzione. Meccanismi di separazione generali [2 ore].

Materiali cromatografici: colonne capillari, micro-impaccamenti silicei, materiali ibridi organico-silicei, impaccamenti monolitici [2 ore].

Separazioni cromatografiche stereoselettive: principi teorici e fasi stazionarie chirali innovative. Farmaci chirali: dalla talidomide ai farmaci approvati dalla FDA nel 2015. Concetto dell'inversione dell'ordine di eluizione di enantiomeri [4 x 2 ore].

Cromatografia a interazione idrofilica (Hydrophilic Interaction Chromatography, HILIC): immobilizzazione di zuccheri mediante l'approccio della click-chemistry. Analisi cromatografica di zuccheri: concetto della interconversione "on-column" (anomerizzazione) [3 x 2 ore].

Trasferimento di metodi dalla HPLC (High Performance Liquid Chromatography) alla UHPLC (Ultra High Performance Liquid Chromatography) [2 ore].

Colonne capillari monolitiche e loro applicazioni nel campo della proteomica. Analisi di proteine istoniche e delle loro modificazioni post-traduzionali (PTM): acetilazione ed enzimi coinvolti (istone acetiltransferasi, HAT e istone deacetilasi, HDAC). Screening di potenziali farmaci inibitori di HDAC mediante l'approccio delle colonne monolitiche capillari [2 x 2 ore].

Introduzione alla spettrometria di massa (MS). Definizioni. Sorgenti di ionizzazione: impatto elettronico (EI), ionizzazione chimica (CI), ionizzazione per elettronebulizzazione (ESI), ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI), ionizzazione per desorbimento da laser assistita da matrice (MALDI). Analizzatori: quadrupolo, tempo di volo, trappola ionica. Ionizzazione a pressione atmosferica (API) [2 ore].

Electrospray ionization (ESI). Fattori che influenzano la nebulizzazione. Voltaggio del capillare, tensione superficiale del solvente. Flusso del solvente. Conducibilità e forza ionica del solvente. Disegno della sorgente. Capillare, sampling cone, geometrie on- e off-axis, z-spray [2 ore].

Accoppiamento HPLC/ESI-MS: diretto e con splitting. Scelta del sistema HPLC da accoppiare alla ESI. Compatibilità con solventi e additivi. Requisiti strutturali degli analiti. Effetto del modificatore organico. Effetto del pH dell’eluente. Effetto del tampone. Agenti di coppia ionica in ESI. Cationizzazione. Addizioni post-colonna. Effetto dell'acido trifluoroacetico e sua neutralizzazione. APCI: disegno della sorgente, corona discharge, compatibilità e campo di applicazione. Complementarità con la tecnica ESI. Scelta del sistema HPLC da accoppiare alla tecnica APCI. Compatibilità con solventi e additivi. Requisiti strutturali degli analiti [2 x 2 ore].

Termini e definizioni: rapporto massa/carica; ioni multi-carica; ione molecolare; risoluzione; intervallo di massa; spettri di massa di biomolecole [2 ore].

Spettrometria di massa tandem (MS/MS). Dissociazione indotta da collisione (CID). Modalità di scansione in massa tandem: (1) scansione dello ione prodotto; (2) scansione dello ione precursore; (3) scansione di perdita neutra; (4) Monitoraggio di reazione selezionata [2 ore].

Studi di ricognizione molecolare stereoselettiva in fase gassosa. Lo spettrometro di massa come reattore. Orbitrap. Complessi host-guest e loro frammentazione. Molecole host tetrammidiche A2B2 e A2C2 e loro abilità discriminante nei confronti di guest amminoacidici [2 x 2 ore].

Esercizi frontali in aula e illustrazione del software ChemDraw per la rappresentazione di molecole organiche e la previsione della frammentazione (uso della funzione "mass fragmentation"). Presentazione e interpretazione di spettri di massa di farmaci modello [12 esercitazioni numeriche].

Testi adottati

Il materiale didattico, contenente le lezioni del docente e un’accurata bibliografia sugli argomenti trattati, viene caricato sulla pagina web del docente della piattaforma e-learning e reso disponibile agli studenti iscritti al corso.

Prerequisiti

Per un’agevole comprensione degli argomenti trattati nel Corso si consiglia di aver acquisito le nozioni presentate nel corso di Metodi Fisici in Chimica Organica.

Modalità di frequenza

Trattandosi di un insegnamento opzionale, la frequenza al corso è facoltativa ma fortemente consigliata.

Modalità di valutazione

L'acquisizione dei CFU del corso è subordinata al superamento della prova finale, il cui svolgimento è previsto a partire dalla fine del corso, durante i periodi di esame stabiliti dal consiglio di corso di laurea.
Per accedere all'esame, gli studenti si devono iscrivere sulla piattaforma INFOSTUD. La prova orale consiste di 3 domande su tutto il programma (durata media dell’esame: 30 minuti). Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, evidenziando una naturale capacità di collegamento rapido tra di essi.

Data inizio prenotazione	Data fine prenotazione	Data appello
01/02/2022	14/02/2022	15/02/2022
10/06/2022	20/06/2022	21/06/2022
08/07/2022	19/07/2022	20/07/2022
10/09/2022	25/09/2022	29/09/2022
10/10/2022	23/10/2022	24/10/2022
10/11/2022	20/11/2022	21/11/2022
01/01/2023	18/01/2023	19/01/2023