Metodi chimici per le biotecnologie

A.A. 2021/2022
8
Crediti massimi
88
Ore totali
SSD
CHIM/02 CHIM/06
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni di base di i) chimica analitica ii) chimica fisica iii) spettrometria di massa iv) spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, per rendere gli studenti autonomi nello studio di processi e reazioni di interesse biologico. Il corso, opportunamente accompagnato da esercitazioni pratiche di laboratorio, è dedicato all'acquisizione di competenze relative alle più comuni tecniche analitiche di base e strumentali (elettroanalitiche, spettroscopiche, cromatografiche, NMR e di massa).
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di:
-interpretare dati di titolazioni analitiche (pHmetria, complessazione, precipitazione, redox)
- comprendere e applicare principi di conduttimetria, spettroscopia e cromatografia, anche in relazione alle esperienze di laboratorio
- comprendere e applicare principi della termodinamica e gli aspetti teorici e pratici della cinetica chimica
- commentare e discutere equazioni e grafici presentati a lezione
- interpretare spettri e individuare la struttura di semplici composti organici dai relativi spettri 1H e 13C NMR e MS.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
In relazione alle modalità di erogazione delle attività formative per l'a.a. 2021/22, verranno date indicazioni più specifiche nei prossimi mesi, in base all'evoluzione della situazione sanitaria. La didattica in fase emergenziale si svolgerà in modalità sincrona sulla piattaforma TEAMS o similari. Le esercitazioni si svolgeranno in modalità sincrona e saranno registrate e messe a disposizione degli studenti che non potranno partecipare. Eventuali registrazioni saranno disponibili su TEAMS (STREAM o ONEDRIVE) o similari.
Poiché il corso prevede esercitazioni in laboratorio, si valuterà di svolgerle in piccoli gruppi. In caso di impossibilità a svolgere esami in presenza, gli stessi si svolgeranno sulla piattaforma exam.net in abbinamento a zoom o similari.
Programma
Elementi di Chimica Analitica
Principi analitici di base. Preparazione di soluzioni standard ed esercizi sulla preparazione delle soluzioni.
Approfondimenti delle titolazioni colorimetriche (acido-base, complessometriche, di precipitazione, redox).
Esercizi sul trattamento dei dati di titolazione. Tecniche elettroanalitiche conduttimetriche: conduttimetri a diretta ed indiretta. Tecniche spettroscopiche: UV-vis, fluorimetria, polarimetria.
Tecniche di separazione cromatografica: TLC, GC, HPLC. Tecniche elettroanalitiche potenziometriche: pH-metria diretta ed indiretta.

Elementi di Chimica Fisica
Fondamenti: Equazione di stato dei gas perfetti. Legge di van der Waals per i gas reali Termodinamica chimica: il primo principio (conservazione dell'energia). Energia interna ed entalpia. Secondo principio ed entropia. Variazioni entropiche nel sistema e nell'ambiente. Il carattere spontaneo delle reazioni chimiche. Energia di Gibbs e sua variazione. Il potenziale chimico. Cinetica chimica. Leggi cinetiche, costanti (coefficienti) di velocità e ordini di reazione.
Metodi per la determinazione della legge cinetica.
Reazioni di ordine zero, uno e due. La dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. L'equazione di Arrhenius.

Spettrometria di Massa e NMR
Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): Fenomeno della risonanza, parametri spettrali: lo spostamento chimico e le costanti di accoppiamento, esperimenti mono dimensionali del protone e del carbonio 13, effetto Overhauser: cenni alla teoria, esempi ed applicazioni.
Spettrometria di massa: Strumentazione e registrazione degli spettri, metodi di ionizzazione, principali reazioni di frammentazione di composti organici, esempi ed applicazioni.

LABORATORIO SPERIMENTALE: durante il laboratorio sperimentale ci si propone di acquistare familiarità nella preparazione di soluzioni e nella determinazione/risoluzione di miscele mediante l'uso di opportune tecniche analitiche, la raccolta di dati sperimentali (dati spettrofotometrici, di conducibilità, di pH), che vengono poi processati sulla base di opportune relazioni chimico-fisiche.
Prerequisiti
Conoscenze dei concetti di base della chimica generale, inorganica e organica, della struttura molecolare, della matematica e del calcolo numerico
Metodi didattici
Lezioni frontali, esercitazioni in aula, esercitazioni in laboratorio
Materiale di riferimento
- S. P.J. Higson, Analytical Chemistry, Oxford University Press
- G. D. Christian, Analytical Chemistry, Wiley-VCH
- P.W. Atkins, Physical Chemistry, una qualunque edizione
- Guida Pratica alla Interpretazione di Spettri NMR, Antonio Randazzo, Loghia, 2018
- Dispense dei docenti
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La verifica dell'apprendimento avverrà mediante esame scritto. L'esame è organizzato in una prova scritta del valore massimo di 30/30 (trenta) e lode. La prova sarà divisa in tre parti: una parte verterà sugli elementi di chimica analitica, una sugli elementi di chimica fisica e una su MS ed NMR. Ogni parte sarà composta da una domanda teorica ed un esercizio ed assegnerà un massimo di 10 (dieci) punti. Il voto finale terrà in considerazione anche la valutazione della relazione sulle esperienze svolte in laboratorio fino a un massimo di 3 punti aggiuntivi.
Eventuali informazioni aggiuntive sulle modalità di valutazione saranno illustrate durante il corso.
L'esame avrà una durata di due ore e mezza.
Eventuali informazioni aggiuntive sull'esame verranno fornite durante il corso.
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 0
CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA - CFU: 0
Esercitazioni: 24 ore
Esercitazioni di laboratorio a posto singolo: 24 ore
Lezioni: 40 ore
Docente/i
Ricevimento:
Appuntamento via email
Dipartimento di Chimica, piano rialzato, ala B, stanza R12S/R11S
Ricevimento:
lun-ven 10:30-11:30
ufficio docente
Ricevimento:
venerdì 11.30-13.30