Scienze chimiche

  • Soggiorni di studio all'estero: non obbligatori
  • Obiettivi formativi:il Dottorato è un centro di formazione avanzata in area chimica, aperto a laureati italiani e stranieri. Il suo principale obiettivo è quello di formare Dottori di Ricerca di elevata qualificazione scientifica, in grado di organizzare e gestire autonomamente attività di ricerca nell’ambito delle scienze chimiche e farmaceutiche e comunque in settori di ricerca in cui la chimica ha un ruolo importante. Il programma di Dottorato si propone di raggiungere i propri obiettivi formativi assicurando al dottorando di accrescere le conoscenze teoriche precedentemente acquisite, attraverso corsi di insegnamento altamente qualificati; fornendogli inoltre le condizioni affinché queste conoscenze si traducano e si concretizzino in un’intensa attività di ricerca sperimentale di base ed applicata. I dottorandi saranno pertanto inseriti e parteciperanno attivamente a progetti di ricerca innovativi e cresceranno a contatto con un ambiente stimolante e dinamico in cui potranno sviluppare attitudini personali e comportamentali indispensabili per lo sviluppo futuro delle loro carriere. Il Dottorato in Scienze Chimiche è promosso dal Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche e afferisce alla Scuola di Farmacia e Prodotti della Salute, riunisce le competenze dei preesistenti Dottorati in Scienze Chimiche e Scienze Farmaceutiche che interagiscono sinergicamente per favorire l’interdisciplinarietà delle diverse tematiche di ricerca. Un altro aspetto rilevante del corso è la possibilità offerta ai dottorandi di entrare in contatto con ricercatori ed istituzioni di ricerca esteri. Questo obiettivo si realizza grazie alla possibilità di svolgere attività di ricerca presso istituzioni di ricerca straniere.
  • Curriculum:

1. Scienze Chimiche: Le attività di ricerca sono caratterizzate dalle seguenti linee generali:

a) Strategie Sintetiche Innovative e Moderna Scienza delle Separazioni per l’Ambiente e il Territorio.

Le attività di ricerca comprendono sia tematiche relative allo sviluppo di nuove metodologie di sintesi che lo studio di processi di riconoscimento molecolare per applicazioni avanzate nel campo ambientale farmaceutico e agro-alimentare. Le metodologie di studio sono principalmente di tipo sperimentale ma richiedono anche tecniche di modellizzazione per l'interpretazione e l'elaborazione dei risultati. Il personale docente include i responsabili degli insegnamenti di Chimica Organica e di Chimica Analitica del Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche. Su queste tematiche i ricercatori afferenti possiedono consolidate esperienze di collaborazione, come dimostrato dai numerosi prodotti della ricerca (pubblicazioni e brevetti) realizzati in collaborazione.

Più in dettaglio, per le due aree tematiche, si possono distinguere le seguenti attività

i) Area della Chimica Organica: sviluppo di nuovi processi di sintesi organica, con particolare riguardo alla loro realizzazione nel rispetto dei moderni criteri di sviluppo sostenibile (“Green Chemistry”); design e sintesi di nuovi materiali per processi di catalisi eterogenea; sviluppo di processi stereoselettivi organo- e biocatalizzati per la formazione di legami carbonio-carbonio, in particolare promossi da N-eterociclo carbeni; studio di processi biotecnologici e chimici per la conversione di molecole organiche derivate da biomasse in composti di interesse industriale; sviluppo di processi in continuo (flow-mode); sintesi di composti ad attività biologica. Lo svolgimento di queste attività è realizzato attraverso l’impiego di strumentazione avanzata tipicamente usata per lo studio dei processi di sintesi organica.

ii) Area della Chimica Analitica: studio di meccanismi di riconoscimento chirale e molecolare; studio di processi di trasferimento di massa in mezzi porosi; caratterizzazione di materiali micro- e nano-strutturati per applicazioni di tipo ambientale, alimentare e biologico; sviluppo di metodologie analitiche di caratterizzazione di matrici ambientali, alimentari e biologiche; ottimizzazione di processi reattivi e separativi lineari e non-lineari; monitoraggio ambientale; studio di interazioni in sistemi biologici. Lo svolgimento di queste attività è realizzato attraverso l’impiego di strumentazione avanzata di tipo analitico.

b) Struttura Elettronica e Reattività di Materiali e Sistemi Molecolari: Teoria ed Applicazioni.

Le attività di ricerca sono orientate alla preparazione e alla approfondita caratterizzazione di materiali e di sistemi molecolari  di rilevanza nella chimica moderna. In particolare i temi di ricerca comprendono:

i) lo studio della struttura elettronica degli stati  fondamentali  e degli stati elettronicamente eccitati di  molecole e complessi di coordinazione, combinando metodi quanto-meccanici con tecniche sperimentali elettrochimiche, spettroscopiche e diffrattometriche. Una corretta comprensione delle proprietà redox dello stato fondamentale e della natura  degli stati eccitati e della loro evoluzione temporale permette una razionale progettazione di sistemi applicabili a processi di  conversione energetica basati sul trasferimento elettronico fotoindotto e alla loro eterogeneizzazione in celle solari di tipo  fotoelettrochimico.

ii) l'indagine sperimentale corredata da opportune tecniche computazionali consente di accedere alla progettazione e sintesi di materiali semiconduttori e di materiali funzionali innovativi per la conversione e lo storage energetico in grado di trovare applicazione in ambiti disparati, che includono: conversione elettrica dell’energia solare, batterie, produzione di combustibili solari e di intermedi di rilevanza in chimica fine.

iii) l’ingegneria cristallina è un metodo di sintesi supramolecolare che sfrutta la conoscenza delle forze intermolecolari per ottenere composti cristallini con proprietà volute. La compilazione di librerie di funzionalità chimiche, note per la loro capacità di legarsi con interazioni di non-legame nei cristalli, consente molteplici applicazioni, dai co-cristalli farmaceutici per l’ottimizzazione delle proprietà chimico-fisiche e Farmacologiche

di farmaci alla progettazione di materiali molecolari con proprietà, e.g., magnetiche, elettriche/ferroelettriche e possibile applicazione in sensoristica o come interruttori molecolari.

iv) la caratterizzazione termodinamica, spettroscopica e cinetica di sistemi modello di interazione tra ioni metallici e leganti di interesse biologico e farmacologico, in soluzione e in un ampio intervallo di condizioni sperimentali. Tale studio viene supportato ed avvalorato da calcoli quanto-meccanici e di dinamica molecolare, nonché da strutture di complessi allo stato cristallino, ottenute per via diffrattometrica.

2. Scienze Farmaceutiche ed Alimentari: Il curriculum è caratterizzato da un approccio integrato alle problematiche proprie dello sviluppo di nuove molecole ad attività terapeutica, salutistica e cosmetica. Il corso, traendo vantaggio dalle competenze interdisciplinari dei docenti che compongono il Collegio, è indirizzato ad approfondire i temi riguardanti la progettazione, sintesi, isolamento, caratterizzazione, formulazione, veicolazione e controllo di qualità dei prodotti farmaceutici, nutraceutici e cosmeceutici.

L’obiettivo è quello di preparare ricercatori di elevata qualificazione in grado di svolgere ricerca in campo FARMACEUTICO, TECNOLOGICO E ALIMENTARE presso aziende ed enti di ricerca pubblici e privati. La formazione, di elevato livello, si avvale delle più recenti metodologie di ricerca applicate allo studio delle relazioni struttura attività, nuove tecnologie di formulazione, veicolazione ed analisi applicate ai prodotti farmaceutici, salutistici e cosmetici (prodotti della salute).

  • Programma formativo: il percorso del dottorato si articola in tre anni ed è composto sia da attività didattica frontale (corsi e seminari su specifiche tematiche di ricerca tenuti dai membri del Collegio e/o da personale esterno) che da attività sperimentale. L’attività di ricerca prevista nel progetto dottorale del singolo dottorando è omogeneamente distribuita nel triennio, iniziando nel primo anno di dottorato e protraendosi nei seguenti due. La maggior parte dell’attività didattica frontale è concentrata nei primi due anni per consentire al dottorando, nel corso del terzo anno, di concentrarsi completamente sull’attività di ricerca. Questo non esclude che il dottorando possa partecipare anche durante il terzo anno a seminari o scuole specialistiche. L’attività di ricerca è di tipo sperimentale e consiste in attività di laboratorio e/o computazionali. Le attività sperimentali vengono condotte in laboratori opportunamente attrezzati e possono inoltre giovarsi delle strumentazioni dipartimentali e di Ateneo. Al termine di ogni anno, lo studente esporrà al Collegio dei Docenti il lavoro di ricerca svolto durante l’anno di dottorato, unitamente all’insieme delle attività didattiche (corsi frequentati, seminari e/o scuole) o di ricerca (partecipazione a congressi, etc.) per una valutazione periodica dell’apprendimento. Alla fine del 3° anno, il dottorando dovrà tenere un seminario sull’attività svolta nel triennio oltre a fornire e documentare il percorso formativo seguito. Ottenuto il parere favorevole del Collegio dei Docenti, il dottorando potrà sostenere l’esame finale per il conseguimento del titolo di Dottore di Ricerca in Chimica sostenendo una valutazione su livello di preparazione da parte di una Commissione composta da esperti internazionali nominata dal Collegio dei Docenti. In maggior dettaglio, durante il Primo anno l’attività didattico-formativa prevede l'acquisizione di conoscenze teoriche e pratiche utili per lo svolgimento della propria attività di ricerca. Corsi specialistici teorici e pratici riguarderanno l’acquisizione delle metodologie e delle conoscenze per l’utilizzo di strumentazioni di indagine avanzate. L’attività didattico-formativa prevedrà anche la familiarizzazione con sistemi informatici per la ricerca bibliografica, la gestione di banche dati e per applicazioni computazionali specifiche. Nel 2° anno, l’attività formativa di ricerca sarà preponderante rispetto all’attività didattico-formativa. E’ prevista la frequenza a corsi di specializzazione sia a livello nazionale che internazionale. I Dottorandi sono tenuti a frequentare i corsi e i seminari di pertinenza dei Curricula, tenuti dai docenti del Collegio o da esperti appartenenti a strutture di ricerca interne o esterne all’Ateneo. Durante il secondo o il terzo anno i Dottorandi sono tenuti a trascorrere all’estero un periodo di almeno tre mesi. Durante il terzo anno dovrà essere completata l’attività sperimentale di tesi.
  • Tematiche di ricerca:
    Curriculum Scienze Chimiche

1.1 Metodologie Analitiche Avanzate per l'Ambiente e il Territorio. Sviluppo ed applicazione di metodi analitici utilizzando strumentazioni analitiche avanzate per l’analisi di matrici complesse di interesse ambientale e agro-alimentare allo scopo di valutare: i) la qualità dell’ambiente e specifici traccianti molecolari per individuare sorgenti di emissione di contaminanti; ii) la composizione chimica, la presenza di contaminanti e di nanoparticelle in prodotti alimentari.

1.2 Moderna Scienza delle Separazioni con Applicazioni in Campo Ambientale, Farmaceutico e Nutrizionale. Caratterizzazione geometrica e chimico-fisica di materiali nano- e micro-strutturati di rilevanza ambientale, agro-alimentare e biologica. Proprietà di trasporto molecolare in mezzi porosi. Studio dei processi di adsorbimento e dei meccanismi di riconoscimento molecolare e chirale.

1.3 Sintesi Organo- e Biocatalizzate.

1.3.1 Organo- e Biocatalisi. Studio e sviluppo di nuovi processi stereoselettivi organo- e biocatalizzati per la formazione di legami carbonio-carbonio. Realizzazione di reazioni catalizzate da N-eterociclo carbeni.  Sviluppo di organocatalizzatori immobilizzati su supporto.

1.3.2 Tecnologie Sostenibili per la Produzione di Composti Chimici da Biomasse. Sviluppo di processi biotecnologici e chimici ad elevato grado di sostenibilità, basati su reazioni enzimatiche od organocatalizzate, per la sintesi di composti di interesse industriale a partire da molecole organiche derivate da biomasse.

1.4 Progettazione e Sintesi di Composti di Coordinazione di Interesse Farmaceutico. Sviluppo di nuovi leganti e procedimenti sintetici a ridotto impatto ambientale nel campo della farmaceutica inorganica.

1.5 Separazioni Chirali Mediante Tecniche Cromatografiche ed Elettroforetiche. Nuove fasi stazionarie e pseudo-stazionarie chirali per applicazioni in campo ambientale, farmaceutico ed alimentare; studio di meccanismi di riconoscimento chirale; separazioni preparative di molecole otticamente attive; sistemi multicomponente e matrici complesse.

1.6 Sviluppo di Metodologie Sintetiche e Separative in Flusso ad Alta Efficienza. Messa a punto di microreattori a letto impaccato e monolitici basati su matrici polimeriche e silicee, funzionalizzate con (bio)catalizzatori. Realizzazione di reazioni stereoselettive di formazione di legami carbonio-carbonio in flusso continuo. Ottimizzazione dei parametri di reazione attraverso modellizzazione del processo. Studio del processo reattivo in condizioni non-lineari; studio dei processi di trasferimento di massa. Accoppiamento strumentale di sistemi reattivi e separativi per processi continui.

1.7 Aspetti Teorici della Struttura Elettronica di Materiali di Interesse Tecnologico. Sviluppo metodologico ed applicazioni nell’ambito del calcolo della struttura elettronica di stati fondamentali ed eccitati di molecole di interesse tecnologico ed analisi della funzione d’onda in termini locali. Lo studio riguarda le interazioni magnetiche in radicali organici/inorganici, il trasferimento di carica e di energia, i processi di eccitazione e di ionizzazione, la conduzione e la descrizione dei sistemi p-coniugati.

1.8 Sistemi Foto-Catalitici e Foto-Elettrochimici per la Conversione di Energia Solare in Energia Chimica e per  la Rimediazione Ambientale. Sviluppo, funzionalizzazione e integrazione di fotoelettrodi semiconduttori in celle di tipo foto elettrochimico per la scissione dell’acqua, la riduzione della CO2 e la degradazione di contaminanti organici. Studio delle dinamiche di separazione di carica fotoindotta.

1.9 Celle Solari Foto-Elettrochimiche Rigenerative. Studio e sviluppo di nuove coppie redox per celle solari di tipo rigenerativo basate sulla sensibilizzazione di semiconduttori ad alto band gap. Studio di coloranti di nuova generazione basati su architetture a trasferimento di carica dotati di elevata estinzione molare e ampia risposta spettrale. Sviluppo e caratterizzazione di controelettrodi catalitici basati su nano materiali organici.

1.10 Sintesi, Caratterizzazione Chimico-Fisica ed Elettrochimica di Materiali per Accumulatori di Energia di Nuova Generazione. La tematica riguarda la sintesi e caratterizzazione chimico-fisica di materiali elettrodici (come anodici e catodici) ed elettrolitici (liquidi, solidi, polimerici e liquidi ionici), e il loro studio elettrochimico in accumulatori di energia di nuova generazione a base di litio o altri metalli alcalini, come le batterie al litio-ione, litio-zolfo, litio-aria, sodio-ione, sodio-zolfo o sodio-aria. Vengono anche presi in considerazione le celle a combustibile, di batterie allo zinco e al piombo acido di nuova concezione.

1.11 Ingegneria Cristallina e Chimica Supramolecolare di Materiali Funzionali Innovativi e Co-Cristalli di Interesse Farmaceutico. Applicazione all’ingegneria cristallina e al riconoscimento molecolare delle conoscenze nel campo delle interazioni molecolari ottenute da cristallografia a raggi X, emulazione di molecole modello e indagini sistematiche su database strutturali e chimici. Progettazione, sintesi supramolecolare, analisi strutturale e caratterizzazione chimico fisica di co-cristalli molecolari di interesse come potenziali nuovi farmaci. Studio delle interazioni tra centri metallici in complessi molecolari polinucleari: relazione tra geometria molecolare e natura e intensità delle interazioni magnetiche.

1.12 Interazioni in Soluzione, Coinvolgenti Ioni Metallici, in Sistemi di Interesse Biologico e/o Farmacologico. Studio di sistemi modello che mimano la formazione in vivo di metallo-proteine o di complessi metallici usati come farmaci o agenti di contrasto in diagnostica per immagini. Tali sistemi vengono studiati attraverso numerose tecniche termodinamiche e spettroscopiche, sia in soluzione che allo stato solido.

1.13 Complessi Inorganici e Metallorganici di Interesse per la Catalisi Asimmetrica e la Chimica Farmaceutica. Sintesi e studio dell’attività di catalizzatori, in soluzione e supportati su fase solida, per applicazioni in sintesi organica o come farmaci in terapia fotodinamica (PDT).

1.14 Sintesi di Composti ad Attività Biologica.

1.14.1 Nucleosidi e Nucleotidi Artificiali. Progettazione, sintesi e studio dell’attività biologica di nucleosidi e nucleotidi non naturali come agenti antivirali e anticancro. Sintesi in fase solida di oligonucleotidi altamente modificati per studi in vitro ed in vivo per terapie geniche avanzate e come probes per il riconoscimento molecolare.

1.14.2 Sintesi di Prodotti di Interesse Farmaceutico. Sintesi e studio dell'attività biologica di nuovi prodotti di interesse farmaceutico tra cui attivatori/inibitori del quorum sensing batterico, modulatori della funzionalità mitocondriale e derivati eterociclici con potenziale attività antitumorale.

Curriculum Scienze Farmaceutiche ed Alimentari

2.1 Progettazione e Sintesi di Molecole Bioattive. Progettazione e studio della relazione struttura attivita’ (SAR) di nuove molecole in grado di interagire con target biologici di potenziale interesse terapeutico come ad esempio: recettori accoppiati a proteine G, canali ionici, acidi nucleici e fuso mitotico. Le molecole possono essere sintetizzate tramite approccio in fase solida o metodologie di sintesi in soluzione. Le molecole possono avere struttura peptidica e non peptidica.

2.2 Formulazione e Veicolazione dei Farmaci. Sviluppo di sistemi innovativi non invasivi di somministrazione dei farmaci (profarmaci, micro- e nano-particelle polimeriche o lipidiche) per il direzionamento dei farmaci a comparti specifici del corpo (cervello, polmoni, macrofagi ) e cellule tumorali, al fine di migliorare l'efficacia e la sicurezza delle formulazioni convenzionali.

2.3 Caratterizzazione dei Farmaci, Prodotti della Salute e Cosmetici. Sviluppo di approcci strumentali innovativi per la identificazione e la caratterizzazione di molecole biologicamente attive. Identificazione e quantificazione degli effetti biologici delle molecole attive.

2.4 Nuovi Ingredienti per Integratori Alimentari, Alimenti Medicinali e Cosmetici. Studio di nuovi ingredienti per integratori alimentari, alimenti medicinali e cosmetici attraverso approcci sostenibili che tengano conto degli usi tradizionali di ingredienti alimentari e indagini sistematiche delle fonti naturali. Studio dei processi biologici alla base dell'attività degli ingredienti.

2.5 Formulazioni Cosmetiche, Analisi e Valutazione. Nuovi approcci alla formulazione di prodotti cosmetici. Nuovi approcci analitici alla analisi qualitativa e quantitativa dei prodotti cosmetici. Valutazione di efficacia cosmetica di materie prime e prodotti finiti.

2.6 Dispositivi Medici. Studi diretti verso la scoperta di nuovi dispositivi medici per applicazione nei settori dei farmaci, prodotti sanitari e cosmetici. Nuovi ingredienti ottenuti per sintesi o estrazione. Dispositivi elettronici e meccanici innovativi per la somministrazione di molecole attive. Nuove formulazioni di dispositivi medici. Nuovi strumenti diagnostici.

2.7 Chimica degli Alimenti. Metodologie analitiche per la determinazione di macro- e micro-nutrienti in matrici alimentari. I campi di applicazione riguardano sia la caratterizzazione di alimenti tipici, sia la valutazione delle componenti funzionali, come ad esempio molecole antiossidanti con attività biologica. Metodologie analitiche integrate con approcci biomolecolari e chemiometrici costituiscono uno strumento di valutazione della tracciabilità delle matrici analizzate. Tecniche di spettroscopia atomica e di frazionamento in campo flusso vengono impiegate per valutare la presenza di nanoparticelle di natura inorganica in matrici alimentari, compresi cibi liofilizzati ed integratori alimentari.

 

DOTTORATO IN SCIENZE CHIMICHE, 32° Ciclo A.A. 2016-2017

ELENCO INSEGNAMENTI

Denominazione attività didatticaDocente responsabilen. crediti/oreLingua
La Fotochimica nella Produzione di Energia Stefano Caramori 4/20 Italiano/Inglese

Spettroscopia Laser (con esercitazioni)

Roberto Argazzi 4/20 Italiano/Inglese
Conversione di Energia Solare in Combustibili Franco Scandola 6/30 Italiano/Inglese
Fotochimica Applicata Mirco Natali 4/20 Italiano/Inglese
Risonanza Elettronica di Spin: Tecniche di Intrappolamento di Radicali Alessandra Molinari 2/10

Italiano/Inglese (Febbraio)

Equilibri di Complesso-Formazione in Soluzione: Metodi di Indagine (con esercitazioni) Maurizio Remelli 4/20 Italiano/Inglese
Chimica Analitica Verde

M. Chiara Pietrogrande, Alberto Cavazzini, Luisa Pasti

4/20 Italiano/Inglese
Scienza delle Separazioni (con esercitazioni) Alberto Cavazzini, M. Chiara Pietrogrande, Maurizio Remelli, Catia Contado, Luisa Pasti, Nicola Marchetti 6/30 Italiano/Inglese
Avanzamenti Recenti in Chimica Medicinale Severo Salvadori, Daniele Simoni 6/40 Italiano/Inglese
Sistemi Innovativi di Trasporto di Farmaci Rita Cortesi, Alessandro Dalpiaz, Santo Scalia 4/20 Italiano/Inglese
Tecniche teoriche e computazioni moderne in meccanica quantistica molecolare Celestino Angeli 4/30 Italiano/Inglese
Risonanza Magnetica Nucleare. Corso di Base (NMR-1) Paolo Marchetti 2/10 Italiano/Inglese
Risonanza Magnetica Nucleare. Corso di Base (NMR-2) (con esercitazioni) Giancarlo Fantin 4/20 Italiano/Inglese
Nuove Strategie Sintetiche in Chimica Organica Alessandro Massi, Carmela De Risi, Claudio Trapella 4/20 Italiano/Inglese
Spettrometria di Massa: Un Mezzo Utile in Chimica Analitica e Organica. (con esercitazioni) Olga Bortolini, Tatiana Bernardi 4/20 Italiano/Inglese
Interazioni e Riconoscimento Molecolare (con esempi di ingegneria cristallina) Valerio Bertolasi, Paola Gilli 4/20 Italiano/Inglese