c.i. PROGETTAZIONE MOLECOLARE E CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

Obiettivi formativi

• PROGETTAZIONE MOLECOLARE

  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

• CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

  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.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• PROGETTAZIONE MOLECOLARE

  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.

• CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

  Il corso consiste in lezioni frontali

Prerequisiti richiesti

• PROGETTAZIONE MOLECOLARE

  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.

• CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

  Sono richieste conoscenze in Chimica inorganica, Chimica Organica, Chimica Fisica e Chimica Analitica

Frequenza lezioni

• PROGETTAZIONE MOLECOLARE

  Fortemente consigliata seppur non obbligatoria per sostenere l’esame

• CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

  Così come stabilito dal Regolamento didattico del Corso di Studi

Contenuti del corso

• PROGETTAZIONE MOLECOLARE

  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

• CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

  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.

Testi di riferimento

• PROGETTAZIONE MOLECOLARE
  • Dispense fornite dal docente
• CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

  Appunti delle lezioni

  • J.-M. Lehn, Supramolecular Chemistry, VCH
  • J. W. Steed and J. L. Atwood, Supramolecular Chemistry, Wiley
  • P. D. Beer, P. A. Gale and D. K. Smith Supramolecular Chemistry,OCP

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• PROGETTAZIONE MOLECOLARE

  Esame orale ed esercitazione al PC, on line dove necessario

• CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

  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.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• PROGETTAZIONE MOLECOLARE

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

• CHIMICA INORGANICA SUPRAMOLECOLARE

  Self-assembly e processi gerarchici

  Chiralità, conformazioni e riconoscimento molecolare

  trasferimento di energia ed elettronici

  chimica delle porfirine