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Determinazione strutturale di composti cristallini con particolare riguardo ai complessi di metalli di transizione, mediante le principali tecniche diffrattometriche, in particolare la diffrazione a Raggi X da cristallo singolo. Sarà rivolta particolare attenzione alle relazioni struttura-proprietà fisiche dei materiali, nonché all’analisi strutturale di materiali cristallini per l'ambiente e per la salute Introduzione alla Chimica Supramolecolare: strutture e funzioni di nuove entità chimiche che si formano in seguito all’associazione tra due o più specie chimiche diverse. Analisi delle principali tipologie di interazioni intermolecolari. Studio di sistemi complessi che comportano l’interazione tra più di due molecole e infine di Materiali e dell’origine microscopica delle loro proprietà massive. L’uso di banche dati strutturali (in particolare la CSD, Cambridge structural database) sarà proposto per l’approfondimento all’analisi delle interazioni intermolecolari deboli in sistemi supramolecolari.
Attraverso l’apprendimento delle tecniche e dei metodi relativi alla determinazione strutturale di composti solidi cristallini mediante utilizzo di strumentazioni a raggi X, lo studente acquisisce conoscenza sulla fondamentale relazione tra struttura submicroscopica dei materiale e loro proprietà macroscopiche sia chimiche che fisiche. Lo studente acquisisce conoscenze sugli aspetti strutturali specifici di una ‘supramolecola’ e sulle strutture e funzioni di nuove entità chimiche che si formano in seguito all’associazione tra due o più specie chimiche di differente natura. Acquisisce conoscenze sulle interazioni intermolecolari per la comprensione dell’origine microscopica delle loro proprietà massive.
Simmetrie I solidi cristallini; Sistemi cristallini; Reticoli primitivi e non primitivi; Elementi ed operazioni di Simmetria; Gruppi puntuali; Gruppi spaziali. 4 ore lezione + 2 esercitazione Diffrazione di Raggi X Sub 2.1 –Crescita dei cristalli; Montaggio dei cristalli; determinazione sistema cristallino e parametri di cella. 4 ore lezione Sub. 2.2 - Fattori di scattering e Fattori di Struttura; Intensità dei raggi diffratti; Legge di Friedel; Sintesi di Fourier; Dispersione anomala e suoi effetti; assenze sistematiche e determinazione del gruppo spaziale. 10 ore lezione Sub 2.3 – Analisi strumentale; diffrattometri a raggi X per cristallo singolo; riduzione dei dati di intensità; Risoluzione della struttura: metodi di Patterson e metodi diretti; analisi della mappa di Patterson e determinazione delle posizioni di atomi pesanti. 8 ore lezione +4 ore esercitazione Analisi di interazioni intermolecolari fondamentali in organizzazioni supramolecolari; legami a ponte d’idrogeno, legame alogeno, interazioni aromatiche in sistemi organici e metallorganici. Esempi di supramolecole organiche e inorganiche. Applicazioni per l’ambiente e la salute. 24 ore lezione Unità di Laboratorio: Risoluzione di strutture molecolari Sub. 4.1 – Utilizzo di programmi di risoluzione strutturale; Risoluzione strutturale di complessi inorganici ed organometallici; Analisi di parametri geometrici e loro relazioni con proprietà dei materiali cristallini. Esempi di complessi inorganici e metalloroganici. 12 ore laboratorio Utilizzo di banche dati strutturali Sub. 4.2 Utilizzo di databases strutturali per correlazioni struttura/proprietà: Cambridge Structural Database. 12 ore laboratorio
Il corso prevede ore di lezione frontale durante le quali sono previsti: • Attività di homework con preparazione da parte degli studenti di simulazioni di quesiti di esame da analizzare in aula con correzioni collettive; • Attività di tipo teorico e numerico riepilogative dei principali nodi concettuali Ore di Laboratorio: • Utilizzo di software per risoluzione strutturali • Utilizzo di Banche dati strutturali • Prove specifiche in laboratorio attraverso le quali lo studente in maniera autonoma applica le basi concettuali apprese durante le lezioni frontai; • Prova finale.
L’apprendimento dei contenuti del Corso sarà valutato mediante una prova scritta seguita da un eventuale colloquio. La prova scritta consiste in 6 quesiti a risposta aperta, con un punteggio complessivo espresso in trentesimi. La durata della prova è prevista essere di 2 ore. La prova scritta ha l’obiettivo di valutare le capacità acquisite dallo studente relativamente ai principi e fenomenologia della determinazione strutturale di molecole organiche e metallorganiche e alla analisi delle interazioni intermolecolari alla base della chimica supramolecolare, mediante 4 quesiti; i rimanenti 2 quesiti hanno l’obiettivo di valutare la capacità acquisita dallo studente nell’applicazione numerica relativamente ai gruppi spaziali e alla determinazione delle posizioni atomiche mediante i metodi di risoluzione strutturale.
Introduction to Crystallography – C. Hammond – Oxford Science Pubblications X-Ray Structure Determination – A practical guide – G.H. Stout – L.H. Jensen – Wiley Interscience
Unità 1 Lezioni: 6 ore Esercitazioni: 2 ore Studio individuale: 13 ore Unità 2, Sub. 2.1 Lezioni: 4 ore Studio individuale: 9 ore Unità 2, Sub. 2.2 Lezioni: 10 ore Studio individuale: 21 ore Unità 2, Sub. 2.3 Lezioni: 8 ore Esercitazioni: 4 ore Studio individuale: 25 ore Unità 3 Lezioni: 24 ore Studio individuale: 51 ore Unità 4, Sub. 4.1 Laboratorio: 12 ore Studio individuale: 13 ore Unità 4, Sub. 4.2 Laboratorio: 12 ore Studio individuale: 13 ore
Structural determination, by means of the main X-ray diffraction techniques, of crystalline compounds with particular regard to transition metal complexes. The structural analysis will be overviewed moving from microcrystalline solid materials towards single crystals, approaching single crystal diffraction methods. The structural determination and the analysis of the structural parameters obtained will be related to the comprehension of the structural/properties relationships with particular regards to transition metal complexes. Introduction to Supramolecular Chemistry: structure and function of new chemical entities obtained through the association of two or more different chemical species. Fundamentals on intermolecular interactions. Studies of complex systems based on the interaction of more than two molecules. The use of structural in order to be able to analyse intermolecular interactions in supramolecular assemblies.
Students will achieve knowledge through the of the methods and techniques for the structural characterization of crystalline solids on the fundamental relationship between the intimate structure of materials and their function, in terms of their macroscopic properties both chemical and physical. Moreover, students will acquire knowledge on specific structural aspects of “supramolecule” and on the complex systems achieved though association of two or more different molecular species. Relevant will be knowledge and competence on the main type of intermolecular interactions and their relevance in the relationship between structure and mascroscopic properties.
Symmetries Crystalline solid state; Crystalline systems; Primitive and non primitive lattices; Element and operation symmetries; Puntual groups ; Space groups. 4 h lesson + 2 h exercises X Ray Diffraction Sub 2.1 – Single crystals growth, selection and mounting; crystal system and unit cell parameters determination. 4 h lesson Sub. 2.2 - Scattering and structure Factors; Diffraction data Intensities; Friedel law; Fourier synthesis; Anomalous dispersion and effects; Systematic absences and space group determination. 10 h lesson Sub 2.3 – X ray Diffractometer; Intensities data reduction; Structure resolution: Patterson and direct methods; Patterson map and heavy atom position determination;. 8 h lesson + 4 h exercises Intermolecular Interactions: definition; classification of the fundamental types in supramolecular organization; hydrogen and halogen bonds; aromatic inter molecular interactions in organic and coordination compounds; examples of organic and metalorganic supramolecules. 24 h Laboratory Unit Molecular Structure Determination: Sub. 4.1 – Structural resolution software; Structure resolution of inorganic and metallorganic complexes; Analysis of geometrical parameters and their relationship with properties in crystalline materials of inorganic and organometallic complexes. 12 h laboratory Use of Structural Databases Sub. 4.2 Structural Databases and their use in the correlation between properties and structural features; analysis of intermolecular interactions in supramolecular organization; Examples in inorganic and organometallics complexes; 12 h laboratory
Lectures. Exercises in the classroom and in the laboratory. • Homework activities with the student preparation of simulation of queries for written examination; • numeric activities and revision of the main important conceptual concepts • Specific tests in classroom; • Practical activities both in the X ray Diffraction and Informatics Laboratories • Simulation of the Final test.
The final exam consists of a written examination divided in 6 queries, followed by an optional oral examination The maximum mark for the written exam is 30/30. The written examination duration is 2 hours.
Introduction to Crystallography – C. Hammond – Oxford Science Pubblications X-Ray Structure Determination – A practical guide – G.H. Stout – L.H. Jensen – Wiley Interscience