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. 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. 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 applicare conoscenza:
Autonomia di giudizio:
Abilità comunicative:
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Obiettivi formativi specifici di questo corso sono:la conoscenza dei principi primi (le forze, le interazioni ed i processi) alla base della chimica non covalente. Con lo sguardo rivolto ai sistemi naturali, si vuole condurre lo studente alla comprensione dei fenomeni di auto-assemblaggio per consentire una progettazione di dispositivi supramolecolari. A tale scopo sarà anche presentata una panoramica sulla logica che sottintende la progettazione supramolecolare. Saranno cioè descritti quei lavori scientifici basati su quei processi logici che consentono il passaggio dalla progettazione alla sintesi non covalente di specie con desiderate struttura e determinate proprietà chimico-fisiche. A tal fine sarà illustrata la rilevanza dei processi gerarchici e come sfruttare la dicotomia termodinamica-cinetica.Durante il corso saranno presentati i principi primi (le forze, le interazioni ed i processi) che sono alla base della chimica non covalente. Il ruolo degli ioni metallici nel determinare le caratteristiche degli aggregati sarà evidenziato lungo tutto il programma.
Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:
Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza dei processi gerarchici e della dicotomia termodinamica-cinetica, conoscenza e comprensione del ruolo delle conformazioni nel modulare le proprietà di polimeri.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Capacità di applicare le conoscenze sopradescritte attraverso gli esempi mostrati a lezione, sia in libri di testo che in ricerche pubblicate.
Autonomia di giudizio: Gli studenti imparano a valutare in modo obiettivo quanto appreso durante le lezioni grazie ai diversi esempi di applicazione degli strumenti logico-deduttivi nella progettazione supramolecolare.
Abilità comunicative: Capacità di descrivere in forma orale, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, gli argomenti scientifici presentati a lezione illustrando il percorso logico che partendo dalle motivazioni arriva ai risultati.
Capacità di apprendimento: Le capacità di apprendimento vengono valutate tramite le discussioni durante le lezioni -che costituiscono parte importante del corso- e l'esame orale.
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.
Il corso consiste in lezioni frontali
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.
Sono richieste conoscenze in Chimica inorganica, Chimica Organica, Chimica Fisica e Chimica Analitica
Fortemente consigliata seppur non obbligatoria per sostenere l’esame
Così come stabilito dal Regolamento didattico del Corso di Studi
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. Esercitazioni al computer
Introduzione alla chimica supramolecolare: i presupposti della sintesi non covalente
-La natura come modello: impariamo a leggere le informazioni molecolari e supramolecolari (DNA, proteine). Relazioni tra strutture (primarie, secondarie, terziarie) e funzione. Effetto allosterico. Gerarchia dell’autoassemblaggio ed inerzia cinetica: termodinamica e cinetica al lavoro
-Natura delle interazioni non covalenti. Il ruolo del solvente: solubilità e solvofobicità.
-Classificazione dei composti supramolecolari sintetici. Effetto chelante ed effetto macrociclo. Preorganizzazione e complementarietà.
La sintesi non covalente e la sintesi covalente: un matrimonio di convenienza
Autoassemblaggio
-Architetture supramolecolari, cenni di crystal engineering.
-Stereochimica supramolecolare. Chiralità intrinseca e chiralità indotta. Memoria chirale, ruolo delgli ioni metallici
-Catalisi e reattività supramolecolare. Self-replication.
Sensori
-Interruttori ottici e chirottici. -Logic gates (YES, NOT, AND, OR, XOR) da sistemi supramolecolari.
Appunti delle lezioni
Materiale didattico disponibile su studium
Reperibile sulla piattaforma Studium
PROGETTAZIONE MOLECOLARE | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Concetti chemiometria | appunti |
2 | Moka | appunti |
3 | GRID | appunti |
4 | Volsurf | appunti |
5 | Fingerprint | appunti |
6 | FLAP | appunti |
7 | Metasite | appunti |
CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Introduzione alla chimica supramolecolare: i presupposti della sintesi non covalente | Appunti, Lucidi e testi suggeriti dal Docente |
2 | Autoassemblaggio | Appunti, Lucidi e testi suggeriti dal Docente |
3 | Sensori Interruttori supramolecolari | Appunti, Lucidi e testi suggeriti dal Docente |
4 | Applicazioni future: nanomacchine | Appunti, Lucidi e testi suggeriti dal Docente |
Esame orale ed esercitazione al PC, on line dove necessario
L'esame sarà condotto partendo da un confronto sui concetti di base per passare poi alle applicazioni in maniera tale da verificare la preparazione del candidato e la sua capacità di costruire un percorso scientifico logico.
Gli argomenti trattati sono tutti egualmente importanti. Non ci sono domande preferenziali.
Self-assembly e processi gerarchici
Chiralità, conformazioni e riconoscimento molecolare
trasferimento di energia ed elettronici
chimica delle porfirine