L’obiettivo principale dell’insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze di base e un’introduzione di materiali organici e ibridi organici-inorganici rilevanti nella scienza dei materiali e per la biologia e la medicina.
Conoscenza e comprensione: Conoscenza di legami deboli coinvolti nella formazione di materiali organici. Comprensione ed applicazione del concetto di self-assembling. Conoscenza delle proprietà dei materiali nella scala dei nanometri.
Comprensione della relazione struttura-proprietà. Comprendere come modificare le proprietà del materiale.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. L’acquisizione di questa capacità è stimolata dal docente durante le lezioni in aula presentando criticamente numerose applicazioni; nella discussione di lavori scientifici selezionati dal docente; nella preparazione all’esame finale.
Autonomia di giudizio. L’autonomia di giudizio viene sviluppata durante le lezioni in aula e tramite la preparazione all’esame, che necessita della rielaborazione e assimilazione individuale del materiale presentato a lezione. Durante le lezioni vengono proposti e discussi esercizi di valutazione e di scelta della strategia più adatto per la preparazione di un materiale o la scelta più adatta per una specifica applicazione.
Abilità comunicative. Durante le lezioni gli studenti sono chiamati ad interagire con il docente anche per acquisire proprietà di linguaggio e imparare ad esprimere correttamente i concetti presentati dal docente. Lo studente dovrà inoltre presentare oralmente un lavoro scientifico con l’ausilio di una presentazione con video proiettore in modo conciso ed efficace.
Capacità di apprendimento. la capacità di apprendimento è stimolata dal docente durante le lezioni frontali chiedendo agli studenti di riassumere i concetti spiegati nella precedente lezione. Le capacità di apprendimento vengono valutate nell’ambito delle diverse modalità di valutazione previste.

Chimica Organica 1, Chimica Organica 2 e Chimica Organica 3 (Laurea in Chimica).

Definizione di chimica supramolecolare. Legami deboli. Monostrati autoassemblati su superficie: preparazione, struttura. Tecniche di analisi di superficie per la caratterizzazione spettroscopica e fisica di 2D-SAM. Modifica di 2-D SAM: strategie di modifica non-covalente e reversibile. Strategie di modificazione covalente: Reazioni di cicloaddizione. Reazione alchino-azide. Reazioni di metatesi. reazioni di composti carbonilici, reazione di Michael. Sililazione, ed altre. Introduzione di Nanoscienze, Nanotechnologie e Nanochimica. Monostrati auto-assemblati in 3 dimensioni: nanoparticelle. Caratteristiche dei materiali nelle dimensioni dei nanometri. Sintesi di colloidi. Tecniche di caratterizzazione di nanoparticelle metalliche. Sintesi di nanoparticelle di oro protette da un monostrato organico. Caratterizzazione di nanoparticelle protette da un monostrato organico. Funzionalizzazione di 3-D SAM, Monostrati misti. Sintesi di nanoparticelle di diversa forma: sintesi e proprietà. Applicazioni di nanopartielle di oro. Nanolitografia. Fullereni, introduzione. Proprietà, Reattivà del C60. Reazioni di funzionalizzazione del C60. Sintesi chimica del C60. Applicazioni. Nanotubi di carbonio. Proprietà. Funzionalizzazione di CNT, metodi di purificazione. Applicazioni. Materiali semiconduttori organici: definizione, proprietà di conducibilità/conduttività. Semiconduttori estrinseci ed intrinseci. Sistemi organici π-estesi. Diadi e multidiadi. Introduzione di metal-organic frameworks, (MOF) e covalent organic frameworks, (COF). I contenuti dell'insegnamento sono coerenti con gli obiettivi formativi così come riportati nel Regolamento Didattico del Corso di Studi.

T. J. J. Müller, U. H. F. Bunz, Functional Organic Materials. F. A. Carey, R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry. Materiale didattico fornito dal docente su MOODLE.

Definizione di chimica supramolecolare. Legami deboli: defininizione IUPAC. Legami ad idrogeno. Metodologie spettroscopiche per studiare legami ad idrogeno: esempi. Composti di addizione: complessi a trasferimento di carica. Complessi host-guest: riconoscimento molecolare e cooperatività. Eteri corona, carcerandi, ciclofani, calissareni, ciclodestrine, rotassani e catenani, esempi di motori molecolari. Monostrati autoassemblati su superficie: leganti e substrati. Tiolati su oro: metodo generale di preparazione, struttura cristallina del supporto, tipi di impaccamento. Struttura di 2-D SAM su Au(111), descrizione dell’interazione zolfo-oro. Tecniche di analisi di superficie e per la caratterizzazione spettroscopica e fisica di 2D-SAM. Modifica di 2-D SAM: strategie di modifcazione non-covalente, LbL, ecc.. Strategie di modificazione covalente: Reazioni di cicloaddizione. Click chemistry: definizione e principi. Reazione alchino-azide rame catalizzata. Reazioni di metatesi. reazioni di formazione del legame ammidico, reazione di Michael, esterificazione, riduzione di composti carbonilici. sililazione, ed altre Modifica reversibile di 2-D SAM. Nanolitografia. Tecniche di preparazione di stampi con e-beam litography, tecniche di replica con photolitography. Microcontact printing, esempi. Di-pen nanolitography. Tecniche di nanografting e nanoshaving. Introduzione di Nanoscienze, Nanotechnologie e Nanochimica. Monostrati auto-assemblati in 3 dimensioni: nanoparticelle. Caratteristiche dei materiali nelle dimensioni dei nanometri. Sintesi di colloidi: protocolli per il controllo delle dimensioni. Tecniche di caratterizzazione di nanoparticelle metalliche, TEM, tecniche a raggi X, STS. Sintesi di nanoparticelle di oro protette da un monostrato organico, sintesi di Brust. Struttura a raggi X di Au102(SR)44 e di clusters di oro. Caratterizzazione di nanoparticelle protette da un monostrato organico. Funzionalizzazione di 3-D SAM, Monostrati misti: strategie di sintesi, tecniche di caratterizzazione, proprietà. Sintesi di nanoparticelle di diversa forma: sintesi e proprietà di barrette di oro e loro funzionalizzazione. Sintesi e proprietà di nanocubi di argento e nanoscatole di oro. Applicazioni di nanopartielle di oro come vettori di farmaci e per fototerapia, in tecniche di imaging e come sensori di DNA e proteine. Uso di nanoparticelle di oro come catalizzatori. Fullereni, introduzione. Proprietà del C60 e dei fullereni superiori. Reattivà del C60. Reazioni di funzionalizzazione del C60. Sintesi chimica del C60. Applicazioni del C60 in medicina. Nanotubi di carbonio. Dal C60 ai nanotubi di carbonio. Strutture: zig-zag, armchair, chirale. Proprietà: conduttività, metallo o semiconduttore, proprietà meccaniche. Funzionalizzazione di CNT a parete singola, metodi di purificazione. Applicazioni: come transistor, sensori. Formazione di materiali ibridi nanotubi di carbonio-nanoparticelle di metallic attraverso legami covalenti o supramolecolari. Applicazioni di CNT in campo biomedico. Materiali semiconduttori organici: definizione, proprietà di conducibilità/conduttività. Semiconduttori estrinseci ed intrinseci. Sistemi organici π-estesi. Poliacetilene dopato, complessi a trasferimento di carica. Diadi e multidiadi con TTF/TCNQ e derivati. C60 nella sintesi di nuovi materiali come diadi e celle solari. Introduzione a "metal-organic frameworks, MOF" e "covalent organic frameworks, COF". Caratteristiche delle reazioni da usare per la sintesi, proprietà dei materiali, qualche esempio di applicazioni.

Lezioni in aula. Esercizi in aula con partecipazione attiva degli studenti. Presentazione e discussione di pubblicazioni scientifiche.

Comprensione di un lavoro scientifico, su argomenti trattati a lezione, che viene presentato e discusso durante il colloquio orale. Valutazione delle conoscenze del programma svolto con 3 domande orali su argomenti differenti.