Obiettivi formativi
Conoscenza e comprensione: l’obiettivo principale è che lo studente acquisisca
gli strumenti per la comprensione e la discussione dei materiali
organici, ibridi e nanomateriali usando i concetti acquisiti nella chimica
organica; particolare attenzione sarà posta all’influenza delle relazioni
struttura-attività, e alle reazioni della moderna sintesi organica che
permettono di modificare “ad hoc” le proprietà dei materiali.
Capacità di apprendimento: gli studenti acquisiranno il linguaggio
specifico della Chimica dei materiali e svilupperanno la capacità di
collegare I vari aspetti dei materiali, dalle proprietà chimiche di base alle
applicazioni tecnologiche.
Prerequisiti
Conoscenza dei concetti sviluppati nei corsi di Chimica Organica 1,
Chimica Organica 2 e in Chimica e tecnologia dei polimeri
Contenuti dell'insegnamento
Inizialmente saranno discusse le reazioni di degradazione di materiali
organici, la resistenza a queste e i metodi per evitarle. Si introdurranno le
scale per descrivere alcune condizioni estreme di acidità o basicità.
Inoltre saranno descritte le reazioni di ossidazione, pirolisi e combustione.
Saranno quindi illustrate le proprietà dei materiali organici che sono
rilevanti dal punto di vista applicativo, e le loro connessioni con la
struttura molecolare e con le interazioni non-covalenti intermolecolari.
Secondariamente saranno richiamate le proprietà chimiche delle
principali classi di materiali di interesse tecnologico/industrial, da
materiali comuni (come legno, carta, tessuti, polimeri) a materiali speciali
come i materiali ibridi organico-inorganico, i nanomateriali, biomateriali,
con esempi di applicazioni recenti. Infine, saranno illustrate le strategie
per ottenere una modifica mirata dei materiali, delle interfacce, e di
nanomateriali organici.
Programma esteso
A-Reattività (2 CFU) Cinetica delle reazioni organiche e nella Chimica dei
materiali organici. Degradazione dei materiali organici per trattamento
chimico e metodi per evitarla. Condizioni acide o basiche estreme: effetti
sulle varie classi di composti. Scale di acidità e basicità in solventi
nonacquosi.
Reazioni radicaliche controllate: principi e applicazioni nella
chimica dei materiali. Ossidazione, auto-ossidazione e foto-ossidazione di
materiali organici. Pirolisi e combustione. Fotodegradazione e
fotostabilità.
B-Proprietà (1 CFU) Proprietà ottiche ed elettroniche. Interazioni
intermolecolari e proprietà di rigidità, elasticità, adesività, plasticità,
cristallinità e di stati amorfi. Proprietà Stereochimiche dei materiali.
Elicità. Solubilità: descrittori e teorie dei solventi. Rigonfiamento e
formazione di gel. Biodegradabilità. Auto-riparazione. C-Struttura (1 CFU)
Classi principali di materiali organici di interesse tecnologico o industrial.
Materiali organici comuni: legno, carta, tessuti. Richiami della struttura
dei polimeri, e focalizzazione di alcuni polimeri per applicazioni in alta
tecnologia. Materiali che formano gel. Rivestimenti organici. Materiali
ibridi organici-inorganici. Biomateriali. Biointerfasi. Nanomateriali
organici. Nanomateriali basati su carbonio: fullerene, nanotubi,
nanografene, nanodiamanti. Esempi di materiali funzionali per
applicazioni avanzate. D-Modificazioni “ad hoc” (2 CFU) Trasformazione
dell’intero materiale (Es: biomineralizzazione, formazione di fibre al
carbonio). Chimica delle superfici e trattamenti superficiali.
Bioconiugazione e chimica bioortogonale. Reazioni organiche dei
nanomateriali.
Bibliografia
Dispense dei docenti. Testi di approfondimento: F.A. Carey e R.J.
Sundberg Advanced Organic Chemistry 5th Edition, Springer, 2007 J.
March Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanisms, and
Structure, 7th Edition, John Wiley & Sons, 2013 Molecular Materials:
Preparation, Characterization, and Applications, Sanjay Malhotra, B. L. V.
Prasad, Jordi Fraxedas CRC press. Functional Organic Materials:
Syntheses, Strategies and Applications, Thomas J. J. Müller, Uwe H. F.
Bunz, John Wiley & Sons, 2007
Metodi didattici
Lezioni orali.
Alla fine del corso gli studenti saranno coinvolti nello studio e
approfondimento di un argomento di loro interesse, discutendolo davanti
ai docenti e ai colleghi
Modalità verifica apprendimento
L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale.
Le conoscenze necessarie per superare l'esame sono:
Capacità
Dimostrazione di conoscenza e comprensione, sostenuta da una
conoscenza di base di Chimica Organica, nella applicazione di questi
concetti alla Chimica dei Materiali con professionalità ed originalità.
Capacità di applicare le conoscenze di Chimica Organica dei materiali in
un contesto più ampio e multidisciplinare, mediante la comprensione dei
collegamenti con le altre materie del Corso di Laurea Magistrale in
Chimica; maturità e conoscenza necessarie per intraprendere ulteriori
studi con un grado di autonomina auto-diretto.
Abilità
Dimostrazione della conoscenza della struttura e reattività di materiali
organici, materiali ibridi e dei nanomateriali organici e le loro applicazioni.
Conoscenza dei rapporti tra struttura e proprietà dei materiali organici.
Conoscenza delle trasformazioni principali e reattività dei materiali
organici e dei metodi di sintesi per la loro modificazione “ad hoc”.
La prova scritta consiste in 3 domande, una delle quali collegata al caso-studio dell'argomento di approfondimento scelto dallo studente.
L’esame è superato se si risponde correttamente a 2 domande su 3 o, in
alternativa, se almeno il 60% del contenuto totale espresso è corretto e
completo.
La prova orale consiste nella discussione della prova scritta con un
approfondimento della parte teorica, in particolare gli aspetti non inclusi
nella prova scritta.
Altre informazioni
Le dispense del docente saranno disponibili in vari formati scaricabili da
web sulla piattaforma Elly-SCVSA.
