Didattica

• Sintesi e studi spettroscopici di foldameri formati da amminoacidi non naturali (in collaborazione con Prof. Pescitelli e Prof.ssa Barretta)
• Sintesi di peptoidi chirali per lo studio della chelazione di metalli tossici da usare in terapia chelante (in collaborazione con Prof. Pescitelli)
• Sintesi di aminoacidi non-naturali attraverso processi innovativi di sintesi, per lo sviluppo di nuove molecole ad attività antibiotica o neurologica

• Sintesi di piccoli neuropeptidi in fase solida o liquida

Corso opzionale per la magistrale in Chimica o Chimica Industriale

Suggested Books
The Practice of Medicinal Chemistry di Camille Georges Wermuth
The Organic Chemistry of Drug Design and Drug Action di Richard Bruce Silverman

Program
Introduction on the contents and objectives of the course. Books suggested, and mode of examination. - Nomenclature in Med Chem - Drug activity phases into the body - Drug Classification Systems - Strategies in the search for new lead compounds: Analog Design, Systematic screening, Explotaion of biological informations, Planned research and rational design

Primary Structure Activity - Topological exploration of lead compounds - Reasoning by functionalities - Application Rules - Isosterism: Hystory & Definitions - Ring equivalents - Bioisosters of Pyridine, Pyridazine, Oxazolidinone, Carboxylic acid derivatives, carboxiamides, Urea and Thiourea derivatives, phenol functions and halogens. - Ring Transormations using: Analogical approach, Disjunctive or Conjunctive approach. - Imprtance of Macrocycles in Med Chem –

Combi Chem, History, Importance and Use of Combinatorial Chemistry in the discovery and development of new drugs - Methods and Techniques: Splity and Mix libraries; Houghton's Tea bag method;Parallel Synthesis - Reading and Interpretation of Combi libraries: Deconvolution methods; Encoding and Tagging methods. - Multicomponent Reactions: Strecker, Bigginelli, Passerini Ugi reactions - Bioconjugation methods useful for Combi Chem: Reductive amination; Morita-Baylis-Hillman reaction; S-alkylation; Native Chemical Ligation; Click Chemistry - Bio-orthogonal reactions; Copper-free click chemistry

- Dynamic Combinatorial Chemistry: Hystory and application in Med Chem. - Exchange reactions used in DCLs - Development of synthetic receptors and ligands for biomolecules using DCLs - Different strategies to find ligands for biomolecules in DCLs: Stoichiometric DCLs, Post-modified DCLs, Pre-equilibrated and itered DCLs, Tethering approach, In situ Click approach

Optical isomerism in drugs, three-point contact model, definition of Eutomers, Distomers and Eudismic quotient/index. Pfeiffer's rule and practical considerations on chirality on drugs. - Solubilizing moieties: acidic solubilizing chains, basic solubilizing chains, non-ionizible solubilizing chains. - Short overview on System Chemistry to conclude the discussion on Combi Chem. Self-replicator systems, Asymmetric Autocatalysis.

QSAR Quantitative Structure-Activity Relationship; - Electronic effects: The Hammett equation - Lipophilic effects: The Hansch equation - Steric effects: The Taft equation; Molar refractivity and Verloop parameters - Influence of Substituent groups on Lead molecules: Methyl substitution effects on solubility, lipophilicity, crystal lattice cohesion, conformational constrain, metabolism Effects of Vinyl and Allylic substituent groups, N-Allyl derivatives, Acetylenic groups - Effects of Halogenation - Effects of Hydroxylation

Principles of Nanomedicine, History and Conceptualization – Introduction to Nanomaterials – Liposomes – Solid Lipid Nanoparticles – Carbon Nanotubes – Dendrimers – Immunotherapy and Nanovaccines – Nanomaterials in Regenerative Medicine – Nanotoxicology

Biopolymers in Medicinal Chemistry – Peptides and Nucleic Acids as drugs and drug targets

Drug Delivery Systems General techniques of Pharmaceutical preparations: Passive, pre-regulated delivery sysyems. Active self-regulated delivery systems. - Main mechanisms to control drug the drug release: Dissolution, Partitioning, Diffusion, Osmosis, Swelling, Erosion, Targeting.

Exercises in the class-room based on real case studies. Students proposed solutions for Drug-Design issues, Med Chem strategies. SAR studies.

Programma
- Concetti di base: struttura dell’ atomo; ibridazione; legame ionico e covalente; orbitali atomici e molecolari; geometria e polarità delle molecole; risonanza; nucleofili ed elettrofili; cariche parziali e cariche formali.
- Isomeria e stereochimica: isomeria costituzionale; stereoisomeria; isomeria geometrica cis/trans; diastereoisomeri; chiralità ed enantiomeri; proiezioni di Fischer; isomeria conformazionale; tensione e stabilità delle molecole.
- Acidità e basicità: definizione secondo Arrhenius, Broensted-Lowry e Lewis; pH; equilibri acido-base; costanti di acidità Ka e pKa; costanti di acidità Kb e pKb; forme dominanti in funzione del pH
- Alcani: nomenclatura e proprietà
- Alcheni ed alchini: nomenclatura e proprietà; reazioni di addizione elettrofila e idrogenazione; meccanismi di reazione
- Alogenoalcani: nomenclatura e proprietà; reazioni di sostituzione nucleofila e di eliminazione; meccanismi di reazione
- Alcoli e derivati: nomenclatura e proprietà; reazioni acido-base con formazione di alcossidi; reazioni di eliminazione; meccanismi di reazione; reazioni di ossidazione.
- Eteri ed epossidi: nomenclatura e proprietà; reazioni di apertura d’anello; meccanismi di reazione.
- Benzeni e composti aromatici: nomenclatura e proprietà; aromaticità, stabilità, reattività; reazioni di sostituzione elettrofila aromatica; effetti orientanti ed attivanti; meccanismi di reazione.
- Ammine: nomenclatura e proprietà; reazioni acido-base; cenni di reattività.
- Composti carbonilici, aldeidi e chetoni: nomenclatura e proprietà; reazioni di addizione e sostituzione nucleofila; equilibrio cheto-enolico, reazioni di condensazioni aldolica; meccanismi di reazione; reazioni di ossido-riduzione.
- Acidi carbossilici e derivati: nomenclatura e proprietà; reazioni di sostituzione nucleofila acilica; condensazione di Claisen; meccanismi di reazione; reazioni di ossido-riduzione.
- Carboidrati: nomenclatura e classificazione; serie D/L, proiezioni di Fischer; forme furanosidiche e piranosidiche; cenni di reattività.
- Lipidi: nomenclatura e classificazione; struttura e funzione delle principali classi di lipidi.
- Amminoacidi: nomenclatura e classificazione; proprietà acido-base, punto isolettrico e forma dominante in funzione del pH.
- Nucleotidi: nomenclatura e struttura.
- Rassegna delle reazioni organiche in ambito biologico.

Bibliografia e materiale didattico
- "Introduzione alla Chimica Organica ", Brown & Poon, ed. Edises; "Guida alla soluzione dei problemi", Lee, Brown, Poon; ed. Edises.
- Materiale didattico aggiuntivo presente sulla piattaforma di elearning.
- Circa 80 compiti svolti sulla piattaforma e-learning.

Corso fondamentale a frequenza obbligatoria per gli studenti e studentesse di Chimica per l’Industria e l’Ambiente

Testi consigliati
• Manuale sicurezza nei laboratori chimici, Commissione Sicurezza di Ateneo
• https://www.dcci.unipi.it/sicurezza (Emergenze, Regolamenti, Modulistica, Procedure)
• B.S. Furniss et Al. « Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry », 5th ed. (1989), Longman Scientific&Technical (Biblioteca).
• H. Hart, L.E. Craine « Laboratorio di Chimica Organica » (Biblioteca)
• M.R. Royston et Al. « Chimica Organica Sperimentale », Ed. Zanichelli (1999) (Biblioteca)
• J. Leonard et Al. « Advanced Practical Organic Chemistry », Ed. Taylor & Francis (1998) (Biblioteca)
• D.L. Pavia et Al. «Il Laboratorio di Chimica Organica », Ed. Sorbona (1994) (Biblioteca)
• N.D. Cheronis, J.B. Entrikin « Identification of Organic Compounds », Wiley (1963) (Biblioteca)
• R.L. Shriner et Al. « The Systematic Identification of Organic Compounds : a Laboratory Manual », Wiley (1980) (Biblioteca).
• Marco D’Ischia La chimica organica in laboratorio, Piccin (2002) (Biblioteca)
• Dispense disponibili nel sito elearning dell’università di Pisa

Programma
• Introduzione generale al corso - Regole e Norme di Sicurezza - Norme di comportamento in caso di emergenza - Fonti comuni di rischio - Schede di sicurezza, frasi di rischio e prevenzione, simboli di rischio. - Tecniche generali - La vetreria - Montaggio di apparecchiature standard - Metodi di riscaldamento e raffreddamento e conseguenti aspetti di sicurezza.
• Separazione, isolamento e purificazione dei composti organici; - Estrazione con solventi, base teorica, Rimozione di impurezze idrosolubili, Estrazione reattiva, Esecuzione pratica di estrazioni liquido-liquido, Problemi nell’estrazione con solventi: emulsioni, Essiccamento di soluzioni di composti organici. Classificazione dei solventi e solubilità. Distribuzione dei composti organici fra le classi di solubilità.
• Tecniche di separazione cromatografica; basi teoriche e pratiche. Ottimizzazione dei fattori coinvolti in una buona separazione cromatografica. Equazione di Van Deemter. Cromatografia su strato sottile (TLC). Flash Cromatografia. Tecniche di purificazione mediante Ricristallizzazione, basi teoriche e pratiche.
• Tecniche basate sul passaggio in fase vapore, evaporazione solventi, distillazione semplice (basi teoriche e applicazioni), distillazioni a pressione ridotta (basi teoriche e applicazioni), distillazione in corrente di vapore; Distillazione frazionata, basi teoriche e pratiche. Miscele a comportamento non ideale. Azeotropi. Sublimazione.

Analisi qualitativa organica
Saggi di combustione; Saggio di Beilstein; Determinazione degli eteroelementi; Saggio di Lassaigne; Ricerca alogeni. Acidità e basicità dei composti organici; Saggi generali; Saggio di Bayer; Reazione con FECl3 e Saggio degli idrossammati ferrici; Reazione di Friedel-Crafts con CHCl3 e AlCl3; Reazione con AgNO3 acquoso; Saggio dello Iodoformio; Reazione con 2,4-dinitrofenilidrazina;

Analisi qualitativa organica - saggi specifici
Riconoscimento di acidi carbossilici, conversione in esteri e ammidi, equivalente di neutralizzazione; Riconoscimento alogenuri acilici; Riconoscimenti Esteri; Riconoscimento Ammidi; Riconoscimento Aldeidi e Chetoni, Saggio di Tollens, Saggio di Fehling, Saggio con reattivo di Shiff, preparazione di semicarbazoni ed ossime; Riconoscimento Fenoli, reazione con acqua di bromo, Saggio di Libermann, Saggio delle Ftaleine, sali di diazonio; Riconoscimento Alcoli, Saggio degli xantati, formazione di acetati; Distinzione fra alcoli 1°, 2°, 3°, Saggio di Lucas, reattivo di Jones, reazione con N-Br-succinimmide, preparazione esteri nitrobenzoici; Riconoscimento alogenoderivati alchilici ed arilici, Saggio di Finkelstein; Riconoscimento Ammine, reazione con acido nitroso, Saggio di Hinsberg, reazione con 5-nitrosalicilaldeide e Nickel, Test di Rimini, Test di Simon, Reazione con CS2, preparazione benzammidi e picrati; Riconoscimento Amminoacidi, reazione con Cu(II), reazione con ninidrina. Riconoscimento Nitrocomposti e Acidi Solfonici; Riconoscimento Eteri; Riconoscimento idrocarburi aromatici, Alchini, Alcheni e Alcani.

Esperienze di laboratorio
Le esperienze scelte potrebbero cambiare di anno in anno, quindi per le istruzioni e le indicazioni sulle relazioni di laboratorio bisogna fare riferimento a quello che viene detto a lezione.

Corso opzionale per la triennale di Chimica o di Chimica Industriale

• Structure and nature of natural amino acids - Methods of peptide synthesis in solution - Orthogonal protecting group strategies - Coupling reagents - Racemization issues, secondary reactions - Peptide synthesis in solid phase - Different resins and special techniques - Bioconjugation methods - Synthesis of Non natural amino acids, biomimetics and foldamers and their application
• Chemistry of nucleic acids (DNA e RNA) - Purine and Pyrimidine Nucleobases – Chemical synthesis of Uracil, Thymine, Cytosine, Adenine, Guanine, Uric acid, Caffeine - Nucleotides – Synthesis of Oligonucleotides – Reactions of phosphodiesterlinkages – Oligonucleotide conjugate - PNA “Peptide Nucleic Acids” as DNA mimetic , synthesis and applications
• Lipids, fatty acids, wax and oils - Addition reactions, oxidation and saponification of fatty acids - Biolipids, structure and function - Triacilglucides, phospholipids, sphingolipids - Self-assembly of aphiphilic molecules, soaps and detergents – Epoxy fatty acids synthesis and biological effects – Carbocyclic fatty acids: Chemistry and Biological properties – The role of fatty acids in Cosmetic Technology – Chemistry of Long-Chain a-b unsaturated fatty acids and esters
• Chemistry of Alkaloids – General properties, classification and physiological action – Chemical synthesis of a series of alkaloids, Coniine, Nicotine, Atropine, Ecgonine, Cocaine.
• Chemistry of Terpenoids, importance and classification – Isoprene Rule – Chemical synthesis of Citral, Dipentene, a-Terpineol, a-Pinene, Menthol, Camphor, Squalene, a-Carotene,
• Prebiotic chemistry – Chemistry of complex system

Course in collaboration with Université Paris Cité - Corso opzionale per la magistrale in Chimica o Chimica Industriale

The aim is to introduce students to research projects and to strengthen their soft skills related to collaborative work. The students will work in internationally mixed group of around 10 people, followed by a Mentor.

This course will be divided into two parts. The first part will be taught under a classical form (lectures, seminars) allowing students to acquire the necessary knowledge to successfully carry out the second part, where they will be asked to work independently to build their own collaborative research project.

Part 1: In an initial stage, the main research funding agencies (public and private) will be presented; the structure and management of collaborative research projects (timetables, milestones, deliverables…) will be also described. Several scientific experts will give seminars allowing grasping the contemporary trends and stakes of the discipline (chemistry and big data, the chemical industry 2.0, the chemistry at the interfaces…).

Part 2: In a second phase, students will be divided into groups of 3 to 4 people constituting a team. Several teams will be associated to form a consortium whose mission is to build a collaborative research project of a European type (FET-OPEN or RIA). Each consortium will have to structure, budget and justify its project using the planning tools and the ad-hoc methods.