METODI PER LO STUDIO DI PROCESSI DI RICONOSCIMENTO MOLECOLARE

Il corso si prefigge di fornire gli strumenti per lo studio degli equilibri e per la determinazione delle specie complesse, delle costanti di stabilità e delle forze guida alla base dei processi di riconoscimento molecolare in soluzione mediante l’uso delle principali tecniche analitiche e dei più comuni metodi e programmi per l’analisi dei dati. Verranno inoltre fornite conoscenze di base per il monitoraggio in tempo reale dei processi di riconoscimento e binding all’interfaccia solido-liquido.

Lezioni frontali

Conoscenza dei concetti fondamentali di Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Analitica (equilibri in soluzione ed analisi strumentale) e Chimica Organica

Frequenza obbligatoria

Cenni sulle interazioni deboli non-covalenti tra molecole. Complessazione di molecole cariche e/o neutre in soluzione. Cenni sui principali recettori naturali e di sintesi.

Equilibri di complessazione host-guest. Equilibri multipli. Competizione tra leganti. Ruolo del pH, della forza ionica e del solvente sugli equilibri di riconoscimento molecolare. Problematiche legate all’impiego dei tamponi. Costante di formazione condizionale.

Determinazione delle specie complesse e delle relative costanti di equilibrio mediante le principali tecniche analitiche: spettroscopia di assorbimento, fluorescenza, NMR, tecniche elettrochimiche. Progettazione di una titolazione ed ottimizzazione delle condizioni operative. Errori nell’acquisizione dei dati. Metodi grafici per la determinazione della stechiometria dei complessi host-guest e della costante di equilibrio. Vantaggi e principali limiti.

Elaborazione dei dati. Metodo dei minimi quadrati non lineari. Principali software. Uso dei fogli di calcolo per l’elaborazione dei dati ottenuti da una titolazione. Esercitazione: determinazione della costante di associazione di un complesso host-guest mediante metodi di regressione non-lineare utilizzando dati spettroscopici o calorimetrici.

Determinazione dell’energetica di reazione e delle forze guida alla base dei processi di riconoscimento/inclusione molecolare in soluzione. Interazioni attrattive, ruolo del solvente e delle proprietà del guest. Effetto idrofobico: approccio tradizionale e nuove interpretazioni. Calorimetria isoterma di titolazione. Misura diretta del calore di reazione vs. misura indiretta (metodo di van’t Hoff). Determinazione di K e ΔH di reazione mediante titolazioni calorimetriche. Elaborazione dei dati calorimetrici. Principali modelli per lo studio di equilibri multipli.

Riconoscimento molecolare nei processi all’interfaccia solido-liquido. Surface plasmon resonance (SPR) e microbilancia a cristalli di quarzo con monitoraggio della dissipazione (QCM-D). Principi generali ed applicazioni. Studio in tempo reale delle interazioni tra sistemi (bio)molecolari. Determinazione della cinetica di reazione e delle affinità di binding.

Capitoli selezionati dai seguenti libri di testo:

1. J. W Steed, J. L. Atwood, Supramolecular Chemistry, 2° ed., John Wiley & Sons, 2009

2. J. L. Atwood, G. W. Gokel, L. Barbour editors, Comprehensive Supramolecular Chemistry II, 2 ed., Vol. 2: Experimental and computational methods in supramolecular chemistry, Elsevier, 2017

3. E. V. Anslyn, D. A. Dougherty, Modern Physical Organic Chemistry, University Science Books, 2005

4. D. A. Skoog, D. M. West, F. J. Holler, S. R. Crouch, Fondamenti di Chimica Analitica, 3° ed., Edises, 2015

5. E. J. Billo, Excel for Chemists: A Comprehensive Guide, 2nd ed.; Wiley-VCH: New York, 2001

Esame orale

Le domande verteranno esclusivamente sugli argomenti presentati durante le lezioni e le esercitazioni.