67060 - FOTOCHIMICA E CHIMICA SUPRAMOLECOLARE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce le conoscenze relative ai principi teorici alla base della fotochimica e della chimica supramolecolare, con particolare riguardo alle possibili applicazioni nel campo dei nuovi materiali.

Contenuti

Prerequisiti: lo studente che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di una solida preparazione nei fondamenti della chimica generale ed inorganica e di una preparazione, almeno a livello di base, sui principi chimico-fisici alla base delle proprietà elettroniche e vibrazionali delle specie poliatomiche.

Programma:

Introduzione : cenni storici e sviluppo della fotochimica e della chimica supramolecolare con esempi tratti dalla natura e dalla applicazione. Panoramica sulle forze intermolecolari. Concetto di sistema supramolecolare e caratteristiche principali.

Chimica supramolecolare : riconoscimento molecolare di cationi, anioni e molecole neutre con eteri corona ed altri recettori. Variazione delle proprietà redox e fotofisiche dei composti incapsulati. Effetto chelante, macrociclico e macropoliciclico: componente entalpica ed entropica. Effetto templato. Razionale per la progettazione di sistemi supramolecolari: assemblaggio ed autoassemblaggio in sistemi biologici ed artificiali e  forze di interazione nei sistemi assemblati (legami H, legami di coordinazione, interazioni donatore/accettore di elettroni). Fotochimica supramolecolare. Panoramica sulle attuali applicazioni di alcune specie supramolecolari.

Basi dei processi fotochimici-fotofisici : processi di eccitazione e disattivazione di stati elettronici eccitati, competizione tra tali processi, costanti di velocità, efficienze, rendimenti quantici. Tempo di vita di uno stato elettronico eccitato: definizione e relazione con le costanti di disattivazione. Esempi di specie emittenti (e non) e di loro applicazioni pratiche.

Gli stati elettronici delle molecole : cenni di meccanica quantistica. Orbitali, configurazioni elettroniche, stati elettronici di molecole biatomiche e poliatomiche (esempi: ossigeno e acqua). Funzioni d'onda delle molecole e approssimazione di Born-Oppenheimer. Probabilità e regole di selezione per transizioni elettroniche radiative di assorbimento; emissione: transizioni radiative e non radiative. Principio di Franck-Condon. Diagramma di Jablonski: approssimazioni ed informazioni utili che si possono ottenere.

Spettrofotometria : diagramma a blocchi di strumenti a singolo e doppio raggio. Spettri di assorbimento, breve discussione delle possibili transizioni in molecole organiche e complessi metallici.  Metodi di analisi quantitativa basati sull'assorbanza.

Spettrofluorimetria : diagramma a blocchi dello strumento. Spettri di emissione e di eccitazione. Processi bimolecolari di spegnimento di stati elettronici eccitati: equazione di Stern-Volmer; ecciplessi ed eccimeri. Trasferimento di energia elettronica fotoindotto: meccanismo coulombiano e di scambio. Applicazioni di tecniche di sensibilizzazione e spegnimento di stati eccitati emittenti. Trasferimento di elettroni fotoindotto: potenziali redox di stati elettronici eccitati. Esempi di spegnimento statico e dinamico. Esempio di determinazione della costante di associazione di un addotto supramolecolare da variazioni di intensità di luminescenza e corrispondenti tempi di vita.

Misure di tempi di vita : presentazione delle varie tecniche e strumentazioni per la misurazione di tempi di vita. Approfondimenti sulla tecnica del ‘fotone singolo'.

Cenni di anisotropia .

Nanoparticelle metalliche e di silice : cenni di sintesi e caratterizzazione; proprietà fotofisiche ed elettrochimiche. Discussione di esempi di applicazione come sensori e traccianti in campo biologico.

Nasi elettronici : teoria ed esempi di applicazione

Sensori e traccianti luminescenti : teoria ed esempi di applicazione.

Terapia fototermica e fotodinamica : teoria ed esempi di applicazione.

Assorbimento ed emissione delle più comuni biomolecole.

Testi/Bibliografia

Per la preparazione sarà fondamentale il materiale proiettato in aula che sarà reso disponibile per gli studenti del corso come files pdf da scaricare dal sito

https://virtuale.unibo.it/ 

accedendo con le proprie credenziali studente SOLO se questo corso compare nel proprio piano di studi.

Per ulteriori approfondimenti si consigliano:

per la parte fotofisica :

- Paul Suppan, "Chemistry and light", Cambridge, The Royal Society of Chemistry, 1994.

- A. Gilbert and J. Baggott, “Essentials of Molecular Photochemistry”, Blackwell, London, 1991

- L. Moggi, A. Juris and M. T. Gandolfi,"Il manuale del fotochimico", Bologna, Bononia University Press, 2006.

per la parte di chimica supramolecolare :

- J.W. Steed, J.L. Atwood, “Supramolecular Chemistry”, Wiley, New York, 2000

- J.-M. Lehn, “Supramolecular Chemistry - Concepts and Perspectives”, VCH, Weinheim, 1995

Metodi didattici

Il corso è costituito da sole lezioni frontali con proiezione di presentazioni da PC.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'esame è costituita da una sola prova orale le cui date ufficiali saranno pubblicate sul sito Almaesami.

Nel caso alcuni studenti dovessero avere problemi di tempistiche a causa delle scadenze per la presentazione della tesi, si prega di contattare il docente per concordare una soluzione.

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore, lavagna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nelsi Zaccheroni