c.i. PROGETTAZIONE MOLECOLARE E CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

• Il corso mostrerà la rilevanza della chemioinformatica nella ricerca chimica. Nonostante i metodi chemioinformatici siano applicati prevalentemente in campo chimico-farmaceutico, lo studente sarà sensibilizzato sulla possibilità di applicare tali metodologie a svariati campi della chimica.  Il corso dovrebbe permettere allo studente di acquisire le seguenti conoscenze di base: Conoscere la definizione di chemioinformatica e la sua evoluzione storica; Conoscere l’importanza della chemioinformatica in vari campi di ricerca chimica, con particolare attenzione alle procedure di drug discovery. Conoscere gli aspetti economici legati alla chemioinformatica, che permette di ridurre i costi di indagine. Conoscere gli strumenti base della chemioinformatica. Conoscere i principi base del metabolismo dei farmaci e delle metodiche associate tale campo di ricerca. Conoscere metodologie chemioinformatiche da applicare allo studio del metabolismo dei farmaci. Conoscere i principi base della progettazione dei farmaci e delle metodiche classiche associate a tale campo di ricerca. Conoscere metodologie chemioinformatiche da applicare alla progettazione dei farmaci. Questo corso ha anche quale obiettivo quello di fornire agli studenti le basi relative all'applicazione della chimica organica fisica alla progettazione di farmaci. In particolare, si discuteranno le principali proprietà chimico-fisiche e ADME che definiscono le proprietà di un farmaco o di un candidato farmaco, con l'obiettivo di saperle modulare attraverso la modifica della struttura chimica dei composti organici in esame. Le principali conoscenze acquisite saranno: 1) elementi di base sul processo di progettazione di farmaci e loro sviluppo 2) elementi di base relativi all'assorbimento, distribuzione, metabolismo, escrezione, tossicità (ADMET) dei farmaci 3) conoscenza di metodi sperimentali e in silico per la determinazione di proprietà acido-base, lipofilicità, permeabilità, solubilità. 4) conoscenza delle principali strategie chimiche per l'ottimizzazione delle proprietà ADME 5) conoscenza dei metodi per lo studio delle relazioni struttura-proprietà applicate principalmente alla progettazione dei farmaci. In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso si pone l’obbiettivo di trasferire allo studente le seguenti competenze trasversali: Conoscenza e capacità di comprensione: Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo; Capacità di razionalizzare e prevedere la reattività delle molecole organiche; Capacità di applicare conoscenza: Capacità di progettare un percorso sintetico adeguato all’ottenimento di una precisa molecola organica; Capacità di prevedere la strumentazione necessaria per la realizzazione della sintesi; Capacità di individuare le condizioni di reazioni ottimali per una determinata reazione. Autonomia di giudizio: Capacità di ragionamento critico; Autovalutazione dell’apprendimento tramite interazioni in aula con i colleghi e con il docente. Abilità comunicative: Capacità di descrivere in forma orale e scritte, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, uno degli argomenti trattati, facendo uso sia di presentazioni power point che della lavagna

 Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

L'insegnamento si svolgerà tramite la trattazione dei vari argomenti riportati in programma e prevederà delle giornate dedicate ai chiarimenti dei dubbi e alla simulazione dell'esame orale da sostenere.

Al fine di comprendere ed applicare i concetti e le tecniche oggetto del corso, è necessario avere conoscenze di chimica organica e di chimica analitica di base.

Fortemente consigliata seppur non obbligatoria per sostenere l’esame

Concetti di chemiometria

Rappresentazione molecolare (grafi, fingerprint, MIF) e minimizzazione
molecolare. 

Descrittori molecolari avanzate. QSAR e 3D-QSAR. 

Descrittori molecolari circolari: il metodo Moka.

Descrittori molecolari 3D: il metodo VolSurf. 

Applicazioni del metodo VolSurf nel campo dell'ADME 

Metodi di calcolo di bitstrings e fingerprints. Metodi di calcolo similarità molecolare. 

Il metodo Flap per il calcolo della similarità molecolare. 

Il metodo Flap per il calcolo dell'affinità con macromolecole. 

Metodi computazionali per la predizione del metabolismo. Il metodo MetaSite. 

• Dispense fornite dal docente

Il corso di "Progettazione molecolare e Chimica Inorganica Supramolecolare" è articolato in due moduli didattici distinti, ciascuno dei quali prevede un proprio esame finale. Il superamento di entrambi gli esami è condizione necessaria per l’acquisizione dei crediti formativi associati all’insegnamento.

Il voto finale dell’insegnamento viene determinato come media aritmetica dei voti conseguiti nei due moduli, espressi in trentesimi. Nello specifico l'esame  consisterà in una prova orale e valutazione di un progetto

Gli argomenti trattati sono tutti egualmente importanti. Non ci sono domande preferenziali. 

Il corso introduce i fondamenti della Chimica Supramolecolare, con particolare attenzione agli aspetti inorganici, attraverso lo studio delle interazioni non covalenti, dei fenomeni di autoassemblaggio e del ruolo degli ioni metallici nella formazione di strutture funzionali. Verranno discussi esempi tratti da sistemi biologici e naturali per comprendere come i principi supramolecolari regolino la costruzione di architetture complesse. Saranno inoltre illustrate le logiche della progettazione supramolecolare e le modalità per tradurre i principi teorici in sintesi di specie con proprietà chimico-fisiche mirate.

In accordo con i Descrittori di Dublino, il corso contribuisce a sviluppare:

• Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente acquisirà conoscenze sui principi fondamentali della chimica supramolecolare, con particolare riferimento agli aspetti inorganici. Verranno approfonditi i meccanismi di autoassemblaggio, le interazioni non covalenti, il ruolo degli ioni metallici e i principi termodinamici e cinetici che regolano la formazione di sistemi complessi, evidenziando la relazione tra struttura e funzione.
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate: lo studente saprà applicare i principi acquisiti alla progettazione di sistemi supramolecolari e alla valutazione di casi tratti dalla letteratura scientifica, collegando teoria e pratica, interpretando dati sperimentali e utilizzando correttamente la terminologia scientifica.
• Autonomia di giudizio: lo studente svilupperà la capacità di analizzare criticamente risultati e modelli della letteratura, valutando la coerenza delle strategie di progettazione supramolecolare con gli obiettivi funzionali. Questa competenza sarà stimolata attraverso la preparazione della presentazione individuale e la discussione in aula.
• Abilità comunicative: lo studente sarà in grado di esporre in modo chiaro e rigoroso i concetti della chimica inorganica supramolecolare, utilizzando strumenti di comunicazione scientifica adeguati, quali presentazioni, schemi e grafici.
• Capacità di apprendere: il corso favorisce l’apprendimento autonomo mediante l’analisi di articoli scientifici e la discussione collettiva dei contenuti. La capacità di acquisire, rielaborare e applicare le conoscenze sarà verificata nell’esame orale.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

La Chimica Inorganica Supramolecolare: definizione e cenni storici; ambiti di studio, con particolare attenzione alle differenze e connessioni tra chimica molecolare e chimica supramolecolare.

Principi alla base della Chimica Supramolecolare:  interazioni elettrostatiche, di Van der Waals, di dispersione, di stacking, legami a idrogeno, effetto idrofobo; effetti del solvente. Effetti chelato, macrociclico, criptato; cooperatività. Concetto di preorganizzazione molecolare. Aspetti termodinamici e cinetici.

Riconoscimento molecolare e autoassemblaggio: sistemi molecolari auto-assemblanti; architetture molecolari e relazioni struttura-proprietà. recettori per cationi (calixareni, siderofori); serie Hofmeister; recettori per anioni; principi di design molecolare.

Nanosistemi supramolecolari: i principali nanosistemi e strategie di costruzione.

Principali applicazioni: catalisi; applicazioni biomediche, sensing e dispositivi sensoriali, macchine molecolari, naturali e artificiali.

Supramolecular Chemistry: Fundamentals and Applications (Autori: Beer, Barendt, lim), Oxford Chemistry Primers;

Il corso di PROGETTAZIONE MOLECOLARE E CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE  è articolato in due moduli didattici distinti, ciascuno dei quali prevede un proprio esame finale. Il superamento di entrambi gli esami è condizione necessaria per l’acquisizione dei crediti formativi associati all’insegnamento. Il voto finale dell’insegnamento viene determinato come media aritmetica dei voti conseguiti nei due moduli, espressi in trentesimi. 

L’esame del modulo di Chimica Inorganica Supramolecolare è articolato in due parti, entrambe contribuiscono alla definizione del voto:

1. Presentazione individuale con progettazione (50% del punteggio)
   Lo studente prepara una presentazione orale su un argomento concordato con il docente, includendo un progetto originale di un sistema supramolecolare. La valutazione considera la capacità di applicare le conoscenze teoriche, analizzare criticamente la letteratura, progettare soluzioni coerenti con gli obiettivi funzionali e comunicare in modo chiaro e rigoroso.

2. Discussione teorica (50% del punteggio)
   Domande orali basate sul programma del corso, finalizzate a verificare la comprensione dei concetti fondamentali, delle interazioni non covalenti, dell’autoassemblaggio e della chimica dei metalli nei sistemi supramolecolari.

Attribuzione del voto finale del modulo di Chimica Inorganica Supramolecolare
Il voto, espresso in trentesimi, riflette la valutazione complessiva delle due parti, considerando conoscenze teoriche, capacità applicative, autonomia di giudizio, chiarezza espositiva e competenze progettuali.

Effetti chelato; macrociclico e criptato; Cooperatività; tecniche per lo studio di sistemi supramolecolari; Hofmeister series; Recettori per il binding di cationi; Recettori per il binding di aninoni; Spiegare il concetto di autoassemblaggio in Chimica Supramolecolare e descrivere come le interazioni non covalenti guidano la formazione di strutture ordinate; Fornire un esempio di sistema naturale o inorganico in cui l’autoassemblaggio gioca un ruolo fondamentale.