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1020325 -
MACROMOLECOLE
(obiettivi)
Il corso è dedicato all’approfondimento delle conoscenze sulla sintesi e sul comportamento di materiali polimerici allo stato solido. Il corso è rivolto a studenti che abbiano già acquisito informazioni di base sulla chimica e chimico-fisica delle macromolecole. In particolare, tramite lo studio specifico sul comportamento di polimerici elastomerici, viscoelastici, cristallini e conduttori elettronici, lo studente acquisisce competenze sulle correlazioni tra la struttura chimica dei materiali e le loro proprietà. Il corso è organizzato in modo tale da dare allo studente l’opportunità di conoscere le teorie che descrivono le caratteristiche peculiari di ogni tipologia di materiale, le deviazioni dalle previsioni fornite dai modelli ed i comportamenti reali. Inoltre, tramite esempi di risultati sperimentali su comportamenti reali dei materiali polimerici, ottenuti con varie tecniche di indagine, si stimola la capacità di scelta del tipo di analisi strumentale più opportuna per caratterizzare il materiale in relazione alla sua destinazione applicativa. Tali abilità sono anche sviluppate tramite la sollecitazione alla lettura critica, oltre che ai libri di testo, di pubblicazioni scientifiche o relazioni tecniche sulle proprietà di materiali polimerici. Con le conoscenze acquisite, lo studente possiederà competenze sui principi e sui criteri di utilizzazione dei materiali polimerici, potrà essere in grado di prevedere il comportamento dei materiali in base all’analisi della struttura delle macromolecole ed avere la possibilità di ipotizzare o progettare le caratteristiche dei materiali in relazione ai possibili impieghi. Gli studenti saranno in grado di inserirsi agevolmente sia nel mondo del lavoro dell’industria chimica dei materiali polimerici sia nell’attività scientifica del mondo accademico e dei centri di ricerca che si occupino di polimeri. Inoltre, le informazioni fornite potranno essere impiegate per affrontare con una maggiore consapevolezza gli argomenti trattati in altri corsi del CdS in Chimica Industriale riguardanti lo studio e le applicazioni dei polimeri.
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MARTINELLI ANDREA
( programma)
0.5 CFU Elastomeri
Considerazioni generali; struttura chimica degli elastomeri; elastomeri termoplastici; teoria termodinamica classica dell’elastomero ideale, teoria termodinamica statistica dell’elastomero ideale.
2 CFU Proprietà viscoelastiche
Proprietà meccaniche di solidi elastici: il tensore di stress ed il tensore di strain; la legge di Hooke generalizzata; compliance e stiffness; il modulo di Young, il rapporto di Poisson, il modulo di torsione; il modulo di volume; Il comportamento viscoelastico; va viscosità; Esperimenti di Creep, sterss-relxation e dinamo-meccanici; modelli di comportamento meccanico-reologico: modello di Hooke, di Newton, di Maxwell,di Voigt-Kelvin, di Burger; Modelli generalizzati e Spettri di rilassamento; Principio di sovrapposizione di Boltzman; Variazione del Modulo di Rilassamento dello stress con il tempo; Temperatura di transizione vetrosa; Principio di equivalenza tempo-temperatura; Teorie sulla dipendenza dalla temperatura dei comportamenti viscoelastici: L’equazione WLF e la teoria del Volume Libero, La teoria di Adam e Gibbs.Il paradosso di Kauzmann
0.5 CFU Snervamento e frattura nei materiali polimerici
Tipi di frattura: frattura fragile e frattura duttile; La teoria di Griffith per la frattura di tipo fragile; La trattazione di Irwin; Effetto sul punto di cedimento di una pressione esterna; Effetto di T e della velocità di deformazione sul cedimento; Modello di Eyring; Criteri di Tresca e di Von Mises di cedimento per snervamento in presenza di sollecitazioni multi assiali; Cedimento per Crazing o Microcavitazione o Microfessurazione. Equazione di Sternstein-Ongchin; costruzione di Considere
1 CFU Polimeri Conduttori
Meccanismi di conduzione: Il solitone nel PA; polaroni e bipolaroni; meccanismi di trasporto di carica in relazione al livello di drogaggio; La gap nel Poliacetilene; Spettri elettronici di polimeri conduttori; Esempi di polimeri conduttori
1,5 CFU Cristallizzazione di Polimeri.
Morfologia e struttura dei cristalli singoli e degli sferuliti.
Modello microcinetico: chain folding, nucleazione primaria, nucleazione secondaria, accrescimento, teoria di Hoffman.
Modello macrocinetico: evoluzione della cristallinità con il tempo, teoria di Avrami.
0,5 CFU Processi di polimerizzazione
Polimerizzazione in massa, in soluzione, in sospensione e in emulsione; trasferimento di catena nelle polimerizzazioni radicaliche.
 -S. Bruckner, G. Allegra, M. Pegoraro, F. P. La Mantia, Scienza e Tecnologia dei Materiali Polimerici, Ed. EdiSES, Napoli;
-Ciardelli F., Farina M., Giusti P., Cesca S., Macromolecole. Scienza e Tecnologia Vol. I e II, Centro Stampa “Nuova Cultura”,Roma
-Mechanical Properties of Solid Polymers: Third Edition-Author(s):I. M. WardJ. Sweeney-DOI:10.1002/9781119967125-John Wiley & Sons, Ltd
-Introduction to Polymers, Third Edition-Robert J. Young, Peter A. Lovell-CRC Press;
Tutti i testi si trovano presso la biblioteca del Dipartimento di Chimica
Appunti del docente presso il sito https://sites.google.com/a/uniroma1.it/andrea-martinelli/ a cui si accede previa autorizzazione.
(Date degli appelli d'esame)
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CHIM/04
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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1020323 -
CHIMICA ORGANICA III E LABORATORIO
(obiettivi)
Le reazioni organiche costituiscono i processi di base per la costruzione di molecole complesse ad alto valore aggiunto. In questo senso, la conoscenza approfondita delle caratteristiche di tali reazioni riveste importanza non solo accademica ma industriale, anche in riferimento agli aspetti di sostenibilità derivanti dal protocollo della Green Chemistry.
Obiettivo formativo generale del corso è quello di conferire allo studente conoscenza e comprensione approfondita delle principali categorie di reazioni organiche, in particolare di interesse sintetico, attraverso lezioni frontali ed esercitazioni in aula, in cui si descriveranno gli aspetti preparativi e teorici di tali classi di reazioni, e anche di fornire gli elementi di base della conoscenza della logica della sintesi organica moderna. I risultati di apprendimento attesi sono saper descrivere i processi organici in tutti i loro aspetti, saper descrivere una sintesi organica e saper progettare una sintesi semplice secondo i moderni criteri razionali e di compatibilità ambientale.
Obiettivi specifici: lo studente che abbia superato l’esame conoscerà le caratteristiche delle principali classi di reazioni organiche di interesse sintetico; possiederà le conoscenze necessarie allo studio dell’approccio razionale alla sintesi organica (logica della sintesi) e le conoscenze di metodologie sintetiche moderne e compatibili (lezioni frontali ed esercitazioni in aula); sarà in grado di conoscere e comprendere i principi della Green Chemistry applicata alla chimica organica (lezioni frontali); sarà inoltre in grado, tramite collegamenti trasversali fra i vari concetti della chimica organica, di giudicare quale sarà la più efficace fra diverse modalità di sintesi (esempi discussi nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni in aula) e di descrivere con un linguaggio adeguato concetti di base e applicazioni (interventi sollecitati dalla docente durante le lezioni e discussione di esempi alla lavagna durante le lezioni e le esercitazioni). L’approfondimento delle reazioni organiche nei loro aspetti di base e applicativi fornirà allo studente la capacità di proseguire lo studio della chimica organica in modo autonomo (lezioni frontali ed esercitazioni in aula).
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MIGNECO LUISA MARIA
( programma)
REAZIONI ORGANICHE DI INTERESSE PREPARATIVO
Le reazioni di interesse preparativo e i loro parametri.
Le fasi di una preparazione organica. Resa teorica, resa effettiva, resa percentuale.
I parametri sperimentali di una reazione (ambiente, temperatura, agitazione, pressione). Relazione fra solubilità e struttura. Riconoscimento strutturale di un composto organico.
I solventi organici: solventi protici e aprotici (apolari e polari), costante dielettrica. Parametri distintivi dei solventi organici: densità, solubilità in acqua, punto di ebollizione. Manipolazione, purificazione e disidratazione dei solventi organici, distillazione azeotropica. Il ruolo microscopico del solvente in una reazione organica.
REAZIONI DI INTERCONVERSIONE DI GRUPPO FUNZIONALE E DI FORMAZIONE DI LEGAME CARBONIO-CARBONIO
Richiamo alle principali categorie di reazioni di formazione di legame carbonio-carbonio (aldoliche, Grignard, Wittig, Claisen etc.). Principali tipologie di reazioni di interconversione di gruppo funzionale.
Le reazioni pericicliche: definizione, aspetti meccanicistici, tipi di reazioni pericicliche. Le cicloaddizioni di Diels Alder: aspetti teorici e applicativi.
Le reazioni di accoppiamento. Accoppiamento Wurtz. Reazioni di accoppiamento mediate da palladio (Heck, Suzuki, Stille, Sonogashira).
Reazioni di metatesi olefinica.
PRINCIPI DI SINTESI ORGANICA
Definizione di sintesi. Obiettivi e motivazioni di una sintesi. Tipi di sintesi: sintesi totali e sintesi formali, sintesi lineari e convergenti, semisintesi. Lo sviluppo storico della sintesi ed esempi di sintesi storiche.
La sintesi organica moderna.
Strategia sintetica: sintoni, equivalenti sintetici. Analisi retrosintetica e principali disconnessioni.
Principi di induzione asimmetrica e di sintesi asimmetrica: il chiral pool, i solventi chirali, gli ausiliari chirali, i catalizzatori chirali.
Criteri per una sintesi organica moderna: efficienza, selettività.
Esempi di sintesi di molecole complesse.
GREEN CHEMISTRY: APPLICAZIONE ALLA SINTESI ORGANICA
I principi della Green Chemistry. Green Chemistry e Chimica Organica.
Criteri per una sintesi compatibile: atom economy, sostenibilità.
Solventi ecocompatibili. Fluidi supercritici e loro caratteristiche. L’anidride carbonica in fase supercritica, esempi di applicazione. I liquidi ionici, descrizione, caratteristiche, tipologie, sintesi ed applicazioni. Il glicerolo come solvente ecocompatibile. L’acqua come solvente ecocompatibile: modalità di svolgimento di reazioni organiche in acqua (problemi di solubilità, efficienza, selettività), esempi di applicazione.
Catalizzatori. Catalizzatori omogenei ed eterogenei, loro caratteristiche e limiti nella sintesi.
Materie prime. Uso di materie prime rinnovabili. Le biomasse come fonte rinnovabile di building blocks chirali nella sintesi.
ESERCITAZIONI IN AULA: relative ai principali argomenti trattati nel corso (anche con l’uso eventuale di metodologie di “flip teaching”).
Un testo di base di chimica organica.
Carey-Sundberg "Advanced Organic Chemistry" Part A e B
Dispense e materiale didattico distribuito all'inizio e durante il corso.
(Date degli appelli d'esame)
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CHIM/06
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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1020322 -
CHIMICA FISICA III E LABORATORIO
(obiettivi)
Il corso mira a insegnare conoscenze teoriche e di laboratorio riguardanti l’applicazione delle tecniche di diffrazione di Raggi–X allo studio di sistemi disordinati complessi dal punto di vista strutturale. Saranno, quindi, sviluppate accurate conoscenze della teoria di diffrazione di raggi X dei sistemi complessi. Durante il corso saranno introdotti i diversi modelli teorici per il trattamento dei dati sperimentali di sistemi macromolecolari (polimeri e biomolecole) e mostrate le relative applicazioni.
Durante il corso saranno effettuate diverse esperienze di laboratorio dimostrando la capacita della tecnica di diffrazione dei Raggi X per lo studio strutturale dei sistemi disordinati/complessi. Le diverse esperienze di laboratorio si svolgono, inoltre, per consolidare le conoscenze teoriche ed conferire la capacità di elaborare dati sperimentali. Attraverso le esperienze di laboratorio, lo studente dovrà imparare a collezionare dati di diffrazione, essere in grado di elaborarli, attraverso l’applicazione di modelli teorici, estrarre parametri strutturali caratteristici del sistema in studio. Il lavoro di laboratorio verrà svolto in gruppi di 3-4 studenti, mentre l’elaborazione dei dati sarà svolto individualmente.
Alla fine del corso, per quanto riguarda le conoscenze imprescindibili, lo studente dovrà aver acquisito competenze riguardo ai principii generali della diffrazione dei raggi X dai sistemi disordinati e le proprietà morfologiche delle sistemi disordinati/ complessi. In particolare, dovrà conoscere i principii dell’esperimento di diffrazione al largo e al basso angolo. Deve essere in grado di selezionare le condizione sperimentale più idonee allo studio dei sistemi proposti, dimostrando di saper applicare le competenze acquisite. Inoltre, deve saper argomentare e difendere le scelte fatte. Dovranno essere chiaramente compresi gli aspetti strutturali dei sistemi complessi, come soluzioni polimeriche, di biomacromolecole e fluidi complessi. Alla fine del corso lo studente deve dimostrare la capacità di inquadrare il problema nel giusto contesto e di selezionare modelli teorici più adatti alla sua risoluzione qualitativa e quantitativa.
Nel corso della prova finale verrà, inoltre, valutata la capacità di analisi, di sintesi e di coerenza logica nell’esposizione orale e l’abilità dello studente di comunicare in un linguaggio appropriato a livello corrispondente alle Laurea Magistrale.
Durante il corso allo studente saranno proposti articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali insieme a testi di riferimento per approfondimenti che verranno discussi in aula. Questo approccio dovrebbe favorire la capacità di apprendimento e l’abitudine a selezionare fonti bibliografiche diverse, in italiano e in inglese. Dovrebbe far comprendere, inoltre, la necessità di un aggiornamento continuo in funzione, ad esempio, dello svolgimento della tesi di laurea magistrale o del dottorato di ricerca. Verrà stimolata la proposta da parte degli studenti di sistemi di loro interesse in cui le tecniche oggetto del corso possono aumentare il grado di conoscenza strutturale.
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CHIM/02
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56
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Attività formative caratterizzanti
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1016712 -
CHIMICA DELLE FERMENTAZIONI E MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE
(obiettivi)
Il corso si propone di fornire conoscenze e comprensione, tramite lezioni frontali, della struttura, dell’organizzazione e funzionamento della cellula microbica, della coltivazione microbica e dei principali processi di produzione per via fermentativa su larga scala di composti chimici, enzimi e biomassa. Ci si attende che lo studente sia in grado di valutare le possibilità dell’utilizzo dei microrganismi per la produzione di sostanze con applicazioni industriali, le possibilità di sviluppo e miglioramento dei processi, la produzione di nuove sostanze o l’applicazione di nuovi processi. Ci si propone inoltre di sviluppare la capacità di comunicare le conoscenze in modo appropriato tramite la valutazione orale dell’apprendimento.
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BIANCHI MICHELE MARIA
( programma)
I contenuti dell’insegnamento sono le basi della microbiologia industriale, la tecnologia delle fermentazioni e i principali processi di produzione per via microbica di metaboliti primari, secondari ed enzimi. Microbiologia industriale (20 ore): Funzionamento e struttura della cellula microbica, tassonomia, duplicazione cellulare, mitosi e meiosi, replicazione del DNA, trascrizione genica e traduzione, metabolismo – Batteri, lieviti e muffe industriali, organismi modello, morfologia cellulare e della colonia, membrane e parete batterica, sporificazione, fenomeni di sessualità batterica, coniugazione, trasformazione, trasduzione – Manipolazione e conservazione dei microrganismi, sterilità – Struttura del gene, mutagenesi, mutazioni e ingegneria genetica, tecniche di biologia molecolare, plasmidi. Tecnologia delle fermentazioni (6 ore): Crescita microbica, tempi di duplicazione – Metodi di misura della crescita microbica, diretti e indiretti, metodi automatici – Fattori che influenzano la crescita, temperatura, pH, attività dell’acqua, ossigeno – Colture discontinue – Colture continue, applicazioni – Colture semicontinue, applicazioni – Terreni industriali, melasse, substrati amidacei e cellulosici. Fermentazioni primarie (12): Produzione di etanolo, lieviti e batteri che producono alcol, metabolismo fermentativo, regolazione del metabolismo, Saccharomyces cerevisiae e Zymomonas mobilis, materie prime e processi, processi discontinui e continui, distillazione e prodotti secondari – Produzione di birra – Produzione di biomassa, aspetti teorici, materie prime, probiotici – Produzione di acido acetico, fermentazione acetica, batteri dell’aceto – Produzione di acido lattico, fermentazione lattica e omolattica, batteri lattici – Produzione di acido citrico, regolazione del metabolismo, fattori che influenzano la produzione, organismi produttori - Produzione di amminoacidi, uso industriale degli amminoacidi – Produzione di glutammato – Mutanti per la produzione di amminoacidi, regolazione del metabolismo biosintetico, mutanti auxotrofici e regolativi, produzione di lisina, treonina, ornitina – Produzione di amminoacidi da precursori biosintetici, produzione di isoleucine e serina – Produzione enzimatica di amminoacidi, enzimi litici e biosintetici, risoluzione di racemi – Produzione di vitamine. Antibiotici (6 ore): Metabolismo secondario, regolazione e origine del metabolismo secondario – Antibiotici, classificazione, struttura e meccanismi di funzionamento – Antibiotici beta-lattamici, penicilline, cefalosporine, cefamicine, antibiotici semisintetici, meccanismi di azione e resistenza, genetica molecolare, compartimentazione della biosintesi – produzione delle penicilline, precursori e terreni, regolazione della biosintesi, flussi metabolici – Miglioramento della produzione di penicilline, mutagenesi e selezione mutanti, ingegneria metabolica. Enzimi (4): Produzione di enzimi industriali, microrganismi produttori, applicazioni – Produzione di proteine ricombinanti ed eterologhe, produzione in E. coli e in lieviti – Enzimi e cellule immobilizzati, supporti, tecniche di immobilizzazione, applicazioni.
• Michele M. Bianchi - Chimica e biotecnologia delle fermentazioni industriali, Edizioni Nuova Cultura
(Date degli appelli d'esame)
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CHIM/11
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Attività formative caratterizzanti
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