- Oggetto:
- Oggetto:
COMPLESSI METALLICI (PER LA MEDICINA, AMBIENTE, ENERGIA)
- Oggetto:
Metal complexes (medicine, environment, energy)
- Oggetto:
Anno accademico 2024/2025
- Codice attività didattica
- CHI0052
- Docenti
- Eliano Diana (Titolare degli insegnamenti)
Claudio Garino (Titolare degli insegnamenti) - Anno
- 1° anno
- Periodo
- Secondo periodo
- Tipologia
- A scelta dello studente
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD attività didattica
- CHIM/03 - chimica generale e inorganica
- Erogazione
- Tradizionale
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- Facoltativa
- Tipologia esame
- Orale
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Far acquisire i concetti fondamentali circa le principali proprietà delle diverse classi di composti di coordinazione e come questi si organizzano in strutture tridimensionali complesse. Fornire gli strumenti necessari all'identificazione degli elementi metallici della tavola periodica che svolgono un ruolo in applicazioni energetiche, ambientali e mediche.To provide the fundamental concepts concerning the main properties of the different classes of coordination compounds and their organization into tridimensional structures. To provide the necessary tools to identify the role of metal complexes in energetical, environmental and medical applications.- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione. Al termine dell’insegnamento occorrerà possedere le conoscenze teoriche necessarie a comprendere e applicare i concetti della chimica di coordinazione (concetti di legante, composto di coordinazione ecc.), relativamente allo studio delle principali proprietà e applicazioni dei complessi metallici in ambito farmaceutico, energetico, ambientale, facendo collegamenti tra i vari argomenti.Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine dell’insegnamento occorrerà possedere la capacità di applicare le conoscenze teoriche relative alla chimica dei composti di coordinazione. In particolare, dato un metallo, occorrerà saperne descrivere le geometrie di coordinazione più tipiche, le tipologie di leganti affini secondo la teoria HSAB, le proprietà catalitiche e la reattività, l'eventuale ruolo biologico. Saper individuare le tecniche strumentali più adatte alla caratterizzazione di un complesso metallico, in relazione al tipo di metallo e di leganti. Date le principali tipologie di leganti chelanti e macrocicli sapere descrivere le architetture supramolecolari ottenibili e le interazioni metallo legante sottese. Sapere descrivere le principali tipologie di polimeri di coordinazione e stabilire la correlazione struttura-proprietà.
Autonomia di giudizio. Al termine dell’insegnamento si dovrà possedere un’autonomia di analisi critica degli argomenti trattati e dimostrare la capacità di reperire e analizzare le informazioni e di giudicarne l'affidabilità e il significato.
Abilità comunicative. Al termine dell’insegnamento, gli studenti e le studentesse sapranno comunicare in modo appropriato le informazioni scientifiche e le loro conclusioni, a interlocutori specialisti e non-specialisti, utilizzando un linguaggio chimico rigoroso, sia nella forma scritta che orale.
Capacità di apprendimento. Alla fine dell’insegnamento le studentesse e gli studenti dovranno aver sviluppato quelle capacità di apprendimento che consentano loro di continuare a studiare per lo più in modo autonomo.
Knowledge and understanding. At the end of the teaching, it will be necessary to possess the theoretical knowledge required to understand and apply the concepts of coordination chemistry (concepts of ligand, coordination compound, etc.), concerning the study of the main properties and applications of metal complexes in the pharmaceutical, energy, and environmental fields, making connections between the various topics.Applying knowledge and understanding. At the end of the teaching period, it will be necessary to possess the ability to apply theoretical knowledge related to the chemistry of coordination compounds. Given a metal, it will be necessary to know how to describe the most typical coordination geometries, types of related ligands according to HSAB theory, catalytic properties and reactivity, and possible biological role. Know how to identify the most suitable instrumental techniques for the characterization of a metal complexes, depending on the type of metal and ligands. Given the main types of chelating ligands and macrocycles know how to describe the achievable supramolecular architectures and the underlying metal-binder interactions. Know how to describe the main coordination polymers and establish the structure-property correlation.
Making judgements. At the end of the teaching period the student must possess autonomy in critical analysis of the covered topics and demonstrate the ability to find and analyze information, judging its reliability and significance.
Communication skills. At the end of the teaching sessions students will be able to communicate scientific information and their conclusions appropriately, to both specialist and non-specialist interlocutors, using rigorous chemical language in both written and oral form.
Learning skills. At the end of the teaching sessions, students should have developed those learning skills that enable them to continue to study mostly independently.
- Oggetto:
Programma
Chimica Supramolecolare. Concetti Fondamentali: riconoscimento molecolare e interazione host-guest; auto-assemblaggio e auto-organizzazione; cooperatività ed effetto chelato; preorganizzazione e complementarità; natura delle interazioni supramolecolari; effetto di solvatazione ed effetto idrofobico.Applicazioni della chimica supremolecolare ai complessi metallici
Polimeri di coordinazione. Definizione di reticolo. Nomenclatura. Reticoli monodimensionali (1D), bidimensionali (2D) e tridimensionali (3D). Compenetrazione. Polimeri di coordinazione dei metalli di transizione: polimeri contenenti leganti CN-, N3-, NCX (X=O, S, Se), nitrili, piridili. Proprietà dei polimeri di coordinazione: luminescenza, attiviTà redox, conduttività, espansione termica negativa.
Complessi metallici con spin-crossover. Definizione di spin-crossover (SCO), spiegazione del fenomeno con la teoria del campo dei leganti. Aspetti termodinamici. Curve di transizione di spin. Effetto cooperativo. Meccansimo cooperativo nei complessi [FeL2(NCS)2]. Sistemi SCO con leganti a ponte. Sistemi SCO polimerici.
Sistemi supramolecolari di complessi metallici in fase fluida: metallo-mesogeni. Cristalli liquidi. Fasi nematiche e lamellari. Proprietà mesomorfiche ed effetto della forma molecolare. Chiralità delle mesofasi. Molecole discotiche e mesofasi colonnari. Metallomesogeni liotropici. Sistemi polimerici.
Fondamenti di fotofisica e fotochimica dei complessi di metalli. Processi di eccitazione e transizioni elettroniche: regole di selezione, stati eccitati di tipo MLCT (Metal-to-Ligand Charge Transfer), LMCT (Ligand-to-Metal Charge Transfer) e MC (Metal-Centered). Meccanismi di diseccitazione radiativa e non radiativa: fluorescenza, fosforescenza, conversione interna (IC), intersystem crossing (ISC), trasferimento intramolecolare di carica (ICT), trasferimento di energia di Förster (FRET) e trasferimento fotoindotto di elettroni (PET).
Lantanoidi e loro composti di coordinazione. Ruolo dei lantanoidi e delle terre rare nelle tecnologie avanzate (elettronica, energie rinnovabili, veicoli elettrici e medicina). Stati di ossidazione, configurazioni elettroniche, geometrie di coordinazione. Proprietà spettroscopiche, effetto antenna, applicazioni come sonde luminescenti.
Complessi metallici in ambito medico. Applicazioni terapeutiche e diagnostiche dei complessi metallici. Meccanismi d’azione dei metallofarmaci e reattività in ambienti biologici. Farmaci a base di platino (Cisplatino, Carboplatino, Oxaliplatino e analoghi) e sviluppo di profarmaci e complessi funzionalizzati a base di Pt(IV). Sistemi di nanodelivery (nanostrutture a base di carbonio, oro, ossidi di ferro, silice, polimeri e liposomi). Complessi di rutenio (NAMI-A, KP1019, RAED-C, RAPTA-C) e altri agenti antitumorali a base di metalli (Au, Ti, Ga, Pd, Rh, Ir). Complessi fotoattivabili per la Terapia Fotodinamica (PDT). Metallofarmaci catalitici: catalisi per la degradazione selettiva di biomacromolecole o per l’alterazione dell’equilibrio redox cellulare. Ruolo dei complessi metallici nell’imaging biomedico.
Complessi metallici per dispositivi elettroluminescenti. Applicazioni in dispositivi a stato solido (LED e OLED). Utilizzo delle terre rare nei semiconduttori e nei fosfori per la conversione del colore (pc-LED). Emettitori per OLED di tipo fluorescente, fosforescente e TADF (complessi di Cu, Ag, Zn e Al).
Complessi metallici come catalizzatori omogenei. Catalizzatori di Kaminsky (zirconoceni e post-zirconoceni) per la polimerizzazione di olefine. Processo Shell Higher Olefin (SHOP). Reazioni di idrogenazione catalitica asimmetrica per la sintesi di principi attivi e agrochimici enantiomericamente puri (es. L-DOPA, Naproxene, (S)-Metolachlor, Mentolo). Idrocianazione del butadiene. Processi di carbonilazione per la produzione di acido acetico, anidride acetica, metacrilato di metile, acido fenilacetico e ibuprofene. Altre applicazioni catalitiche in chimica fine (ciclopropanazione ed epossidazione asimmetrica).
Supramolecular chemistry. Fundamental concepts: molecular recognition and interactions host-guests; self assembly and auto organization;cooperativity and chelate effect; preorganization and complementarity; nature of supramolecolar interactions; solvation effect and hydrofobic effect.Application of supramolecolar chemistry to metal complexes
Coordination polymers. Networks. Nomenclature. Monodimensionali (1D), bidimensional (2D) and tridimensional (3D) networks. Compenetration. Coordination polimers of transition metals: polymers with CN-, N3-, NCX (X=O, S, Se), nitriles, pyridils. Properties of coordination polymers: luminescence, redox activity, conductivity, negative thermal expansion.
Spin-crossover metal complexes. Definition of spin-crossover (SCO), interpretation of SCO by means of ligand field theory. Thermodynamic of SCO. Curves of spin transition. Cooperative effect. Cooperative effect in [FeL2(NCS)2] complexes. SCO systems with bridging ligands. Polymeric SCO systems.
Supramolecular systems of metal complexes in fluid phase: metallomesogens. Liquid crystals. Nematic and lamellar phases. Mesomorfic properties and effect of molecular shape. Discotic molecules and columnar mesophases. Liotropic metallomesogens . Polymeric systems.
Elements of photophysics and photochemistry of metal complexes. Excitation processes and electronic transitions: selection rules, excited states such as MLCT (Metal-to-Ligand Charge Transfer), LMCT (Ligand-to-Metal Charge Transfer), and MC (Metal-Centered). Radiative and non-radiative deactivation mechanisms: fluorescence, phosphorescence, internal conversion (IC), intersystem crossing (ISC), intramolecular charge transfer (ICT), Förster resonance energy transfer (FRET), and photoinduced electron transfer (PET).
Lanthanides and their coordination complexes. Role of lanthanides and rare earth elements in advanced technologies (electronics, renewable energy, electric vehicles, and medicine). Oxidation states, electronic configurations, coordination geometries, and spectroscopic properties. Antenna effect and applications as luminescent probes.
Metal Complexes in Medicine. Therapeutic and diagnostic applications of metal complexes. Mechanisms of action of metallodrugs and their reactivity in biological systems. Platinum-based drugs (Cisplatin, Carboplatin, Oxaliplatin, and analogues) and development of functionalized Pt(IV) complexes and prodrugs. Nanodelivery systems (carbon-based, gold, iron oxide, silica, polymeric, and liposomal nanoparticles). Ruthenium complexes (NAMI-A, KP1019, RAED-C, RAPTA-C) and other metal-based anticancer agents (Au, Ti, Ga, Pd, Rh, Ir). Photoactivatable metal complexes for Photodynamic Therapy (PDT). Catalytic metallodrugs: catalysis for selective degradation of biomacromolecules or for disrupting cellular redox balance. Role of metal complexes in biomedical imaging.
Metal Complexes for Electroluminescent Devices. Applications in solid-state lighting (LEDs and OLEDs). Use of rare earths in semiconductors and phosphors for color conversion (pc-LED). Emitters for fluorescent, phosphorescent, and TADF OLEDs based on Cu, Ag, Zn, and Al complexes.
Metal Complexes as Homogeneous Catalysts. Kaminsky-catalysts (zirconocene and post-zirconocene) for olefin polymerization. Shell Higher Olefin Process (SHOP). Asymmetric catalytic hydrogenation for the synthesis of enantiomerically pure pharmaceuticals and agrochemicals (e.g., L-DOPA, Naproxen, (S)-Metolachlor, Menthol). Butadiene hydrocyanation. Carbonylation reactions for the production of acetic acid, acetic anhydride, methyl methacrylate, phenylacetic acid, and ibuprofen. Other catalytic applications in fine chemistry (asymmetric cyclopropanation and epoxidation).
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Modalità di insegnamento
L'insegnamento è erogato in presenza. La metodologia didattica impiegata consiste in 48 ore di didattica frontale (24 Prof. Diana, 24 Prof. Garino), corredate da slides e dall'analisi critica di lavori specifici presenti nella letteratura scientifica.Materiale didattico pubblicato su Moodle.
Lessons are delivered in presence. The teaching methodology employed consists of 48 hours of frontal teaching (24 Prof. Diana, 24 Prof. Garino), supported by slides and by the critical analysis of specific papers published in the scientific literature.Learning resources published on Moodle.
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Modalità di verifica dell'apprendimento
Le conoscenze acquisite sono verificate mediante una prova orale. Gli/le studenti/studentesse preparano e discutono in aula una presentazione dove affrontano due tematiche a scelta di entrambe le parti del programma, corredata di bibliografia, in cui devono dimostrare di sapere effettuare un'analisi critica e personale degli argomenti esposti, utilizzando un lessico appropriato.Gli esami si svolgeranno in presenza.
The acquired knowledge is verified by means of an oral test. Students should prepare and discuss in classroom a presentation concerning two topics choosen from both the section of the program, supported by a bibliography, in which they demonstrate to face a critical and personal analysis of the exposed arguments, using the appropriate terminology.Exams will take place in presence.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- Dispense fornite dal docente (Diana)
Gispert JR. Coordination Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH; 2008.
Elschenbroich C. Organometallics. 3rd, Completely Revised and Extended edition ed. Weinheim: Wiley-VCH; 2006.
Sauvage J-P, editor. Transition Metals in Supramolecular Chemistry. 1st edition. Chichester ; New York: Wiley-Interscience; 1999.
Serrano JL, editor. Metallomesogens: Synthesis, Properties, and Applications. 1st edition. Weinheim ; New York: Wiley-VCH; 1996.
Gntlich P. Spin Crossover in Transition Metal Compounds (topics in current chemistry 233). 2004th edition. Berlin ; New York: Springer; 2004.
Steed JW, Atwood JL. Supramolecular Chemistry. 3rd edition. Hoboken, NJ Chichester, West Sussex: Wiley; 2022.
Batten SR, Neville SM, Turner DR. Coordination Polymers: Design, Analysis and Application. 1st edition. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry; 2009.
Dabrowiak JC. Metals in Medicine. 2nd edition. Wiley; 2017.
Handouts provided by the teacher (Diana)Gispert JR. Coordination Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH; 2008.
Elschenbroich C. Organometallics. 3rd, Completely Revised and Extended edition ed. Weinheim: Wiley-VCH; 2006.
Sauvage J-P, editor. Transition Metals in Supramolecular Chemistry. 1st edition. Chichester ; New York: Wiley-Interscience; 1999.
Serrano JL, editor. Metallomesogens: Synthesis, Properties, and Applications. 1st edition. Weinheim ; New York: Wiley-VCH; 1996.
Gntlich P. Spin Crossover in Transition Metal Compounds (topics in current chemistry 233). 2004th edition. Berlin ; New York: Springer; 2004.
Steed JW, Atwood JL. Supramolecular Chemistry. 3rd edition. Hoboken, NJ Chichester, West Sussex: Wiley; 2022.
Batten SR, Neville SM, Turner DR. Coordination Polymers: Design, Analysis and Application. 1st edition. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry; 2009.
Dabrowiak JC. Metals in Medicine. 2nd edition. Wiley; 2017.
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Note
Gli/le studenti/esse con DSA o disabilità, sono pregati di prendere visione delle modalità di supporto (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita) e di accoglienza (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) di Ateneo, ed in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d’esame (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto).
- Registrazione
- Chiusa
- Apertura registrazione
- 01/03/2025 alle ore 00:00
- Chiusura registrazione
- 30/06/2025 alle ore 23:55
- N° massimo di studenti
- 100 (Raggiunto questo numero di studenti registrati non sarà più possibile registrarsi a questo insegnamento!)
- Oggetto: