La collocazione della chimica analitica nella formazione del laureato. La peculiarità e la gestione delle informazioni sperimentali. I criteri della scelta delle metodiche analitiche. La variabilità dei dati sperimentali. La strategia analitica e le conoscenze necessarie per la sua costruzione. Concetti di convalida di una metodica analitica. Relazione fra momento analitico e la produzione di manufatti industriali.

Rapporto fra identificazione e quantificazione. Conoscenza del campione da analizzare Metodiche analitiche dirette e metodiche relative. Sistemi di misura e la gestione degli strumenti di misura. Concetto di prove in bianco. Espressione della concentrazione per sistemi solidi, liquidi e gassosi. Concetto di sostanza standard. Uso e gestione degli standard. Diluizione delle soluzioni.Analisi strumentale: gestione ottimale tra rumore di fondo e saturazione di segnale.Le cifre significative. Metodiche di farmacopea e metodiche innovative.Il protocollo sperimentale.

Incidenza dei livelli di non conoscenza sul dato sperimentale. Origine e valutazione degli errori. Precisione ed accuratezza. Distribuzione degli errori casuali. Curva di Gauss.Popolazione e famiglia di dati sperimentali. Intervallo di confidenza entro una famiglia di dati. Valutazione di dati fuori limite.

Gestione degli errori casuali. Confronto fra le medie di dati appaiati. Analisi della varianza fra due famiglie di dati F-test. Analisi della varianza fra più famiglie di dati c2 test.

Correlazione segnale/concentrazione nelle metodiche strumentali. Calcolo della retta di calibrazione con il metodo dei minimi quadrati. Intervallo di confidenza per pendenza ed intercetta della retta di calibrazione. Limite di i identificazione e di quantificazione di un segnale. Calibrazione con il metodo delle aggiunte. Calcolo pesato dei parametri della retta di calibrazione. La retta di calibrazione per il confronto fra metodiche analitiche.

Il comportamento di un analita in rapporto alle sue caratteristiche chimico fisiche ed alle caratteristiche del solvente. Caratteristiche dei comuni solventi. Le soluzioni acquose. La costante di equilibrio: calcolo e condizionamento. Determinazione della costante di equilibrio. La forza ionica ed il coefficiente di attività.

Definizione di acido e di base. Il ruolo del solvente. Caratteristiche dei solventi di comune impiego in rapporto al loro carattere prevalentemente acido o basico. Il livellamento della forza acida o basica di un soluto. Il calcolo del pH. Soluzioni tampone. Il pH delle soluzioni di sali: la dissociazione di acidi e basi coniugate. Applicazione a rilevamenti quantitativi di una reazione fra un acido e una base. Concetto di titolazione (analisi volumetrica). Limiti di applicazione della volumetria acido-base. Calcolo della curva di titolazione ed errore nelle titolazioni acido-base. Diagrammi di distribuzione: loro costruzione e gestione delle informazioni. Diagrammi logaritmici di concentrazione.

I processi di coordinazione. Caratteristiche delle specie legando. Relazione fra peculiarità acido-base delle specie che formano il complesso. Gli agenti chelanti. La costante di formazione: valutazione dei complessi con agenti monodentati e agenti polidentati. I processi di coordinazione e la solubilità dei sali poco solubili. Il numero di coordinazione medio.

Processo di ossidazione e riduzione. Potenziale di semicoppia e potenziale normale condizionale: incidenza del pH, delle solubilità, della forza ionica, di processi di coordinazione. Costante di equilibrio di un processo di ossido-riduzione. Applicazione volumetrica dei processi di ossido-riduzione. Limite di applicazione. Calcolo delle curve di distribuzione.

La solubilità nei composti ionici e nei composti che non dissociano. Espressione del prodotto di solubilità per i composti ionici. Solubilità condizionale nei composti ionici.:effetto dello ione a comune, effetto delle condizioni di pH della soluzione, effetto della forza ionica, effetto dei processi di coordinazione. Diagrammi logaritmici di concentrazione. Rapporto tra Kps e precipitazione quantitativa di un sale. Curva di titolazione. Errore nelle titolazioni di precipitazione.

La solubilità di un analita in rapporto alle sue caratteristiche strutturali ed alle caratteristiche del solvente. Lipo-idrofilicità dei solventi organici e loro miscibilità con l’acqua. Caratteristiche chimico fisiche dei solventi organici di più corrente impiego. La ripartizione di un analita fra il solvente acqua e solventi poco miscibili con esso: importanza nei processi analitici. I processi estrattivi: la costante di ripartizione e ottimizzazione del processo stesso. Condizionamento del processoestrattivo: incidenza del pH, della concentrazione ionica e della temperatura. Esempi di applicazione nell’analisi dei farmaci. Distribuzione in controcorrente (DCC) e la sa correlazione con i processi cromatografici.

L’importanza ed il ruolo della cromatografia nell’analitica dal punto di vista preparativo e di controllo quali-quantitativo del farmaco. I diversi tipi di cromatografia. La cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC). Le diverse cromatografie HPLC. I parametri caratterizzanti il processo cromatografico e le diverse possibilità di gestione del processo. La teoria del processo cromatografico: la teoria dei piatti teorici. Equazione di Van Deemter. Ottimizzazione delle condizioni cromatografiche. Rivelatori per HPLC.

Definizione dei parametri caratterizzanti l’energia radiante. Caratteristiche strutturali e processi di assorbimento. L’uso analitico della zona spettrale ultravioletto/visibile. Possibili applicazioni analitiche. La legge di Lambert-Beer. Deviazione dalla legge di Lambert-Beer. Incidenza delle condizioni della soluzione in esame. Accuratezza e precisione delle misure spettroscopiche. La colorimetria.

Le direttive degli enti preposti ai controlli chimici del farmaco. I criteri di sviluppo di una metodica analitica. I parametri di riferimento per la validazione di una metodica analitica. La documentazione finale relativa alla validazione di una metodica analitica. Le Buone Pratiche di Produzione: la variabilità nel sistema produttivo. Le Buone Pratiche di Laboratorio (BPL) per il controllo analitico del prodotto industriale.

Il programma della materia sarà inserito nelle pagine web della Facoltà di Farmacia quanto prima:

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Scopo del corso. Chimica organica: definizione e storia.

Idrocarburi, classificazione. Alcani o paraffine, serie omologhe. Isomeria di posizione. Nomenclatura. Proprietà fisiche degli alcani (punto di fusione, di ebollizione, polarità, solubilità). Fonti naturali ed impieghi. Isomeria conformazionale.

Generalità sulle reazioni chimiche: bilancio energetico delle reazioni ed energia di attivazione; equilibrio e velocità di reazione. Proprietà chimiche degli alcani: ossidazione, alogenazione.

Stereoisomeria (prima parte) .

Elementi di simmetria, chiralità. Molecole simmetriche, dissimmetriche, asimmetriche. Diastereoisomeria ed enantiomeria. Carbonio asimmetrico, attività ottica, potere rotatorio specifico. Rappresentazione di Fischer dei composti chirali. Configurazione assoluta: regola di Cahn, Ingold e Prelog, convenzione R,S. Composti con più di un centro di asimmetria. Enantiomeri e diastereoisomeri. Forme meso. Carbonio pseudoasimmetrico. Comportamento di miscele racemiche allo stato solido: conglomerato, racemato, pseudoracemo. Separazione di enantiomeri: metodi chimici e biologici. Reattività chimica e asimmetria: formazione di racemi, induzione asimmetrica. Eccesso enantiomerico e purezza ottica.

Cicloalcani. Nomenclatura, proprietà fisiche. Isomeria geometrica. Stabilità dei vari sistemi ciclici (tensione anulare, aspetti conformazionali). Ciclopropano: struttura elettronica, reattività. Ciclobutano, ciclopentano. Cicloesano: analisi conformazionale, forme a sedia e a barca, sostituenti assiali ed equatoriali. Isomeria di cicloesani bisostituiti. Cicloalcani con anelli di dimensioni > 6 atomi. Sistemi ad anelli condensati: decaline.

Alcheni od olefine. Distanza, angolo ed energia di legame. Proprietà fisiche, isomeria geometrica. Proprietà chimiche. Reazione con elettrofili: addizione di bromo, aspetti stereochimici; addizione di HX, regola di Markovnikov ed effetto Kharash. Riduzione catalitica degli alcheni. Calore di idrogenazione. Ossidazione, formazione di epossidi e glicoli. Polimerizzazione.

Dieni e polieni: dieni coniugati, struttura (mesomeria) e isomeria. Energia di risonanza. Reattività dei dieni coniugati: addizione 1,2 e 1,4, controllo cinetico e termodinamico. Cicloaddizioni. Polimerizzazione.

Alchini. Nomenclatura, proprietà fisiche: acidità, formazione di sali. Proprietà chimiche: addizione di alogeni, acidi alogenidridici, acqua (tautomeria), ossido di carbonio (sintesi di Reppe). Dieni cumulati. Struttura e stereoisomeria.

Alogenoderivati: Proprietà fisiche, polarità. Proprietà chimiche: sostituzioni nucleofile del primo e del secondo ordine, aspetti stereochimici.. Elenco delle principali reazioni di sostituzione nucleofila degli alogenoderivati. Reazioni di eliminazione: meccanismo E1 ed E2. Riduzione. Composti organometallici: i reattivi di Grignard e le loro proprietà chimiche.

Alcoli ed eteri: Nomenclatura, proprietà fisiche: punto di ebollizione (legame a idrogeno), acidità. Proprietà chimiche. Formazione di alcolati, eteri, esteri, alogenoderivati, alcheni. Ossidazione ad aldeidi, chetoni, acidi carbossilici. Caratteristiche degli eteri. Tioalcoli e tioeteri.

Idrocarburi aromatici: Struttura del benzene. Isomeria di benzeni sostituiti. Aromaticità, regola di Huckel. Calore di idrogenazione, energia di risonanza. Proprietà chimiche: la sostituzione elettrofila aromatica. Nitrazione, solfonazione, alogenazione, alchilazione, acilazione. Effetti induttivo e mesomero dei sotituenti. Velocità ed orientazione dell’ulteriore sostituzione, addittività degli effetti. Reazioni di addizione sul benzene. Idrocarburi aromatici polinucleari: naftalene, antracene, fenantrene. Alogenobenzeni, sostituzione nucleofila aromatica su sistemi attivati e non. Arini.

Fenoli: Nomenclatura, proprietà fisiche, acidità, tautomeria. Proprietà chimiche: reazione di Reimer-Tiemann, Kolbe, copulazione azoica, reazione con formaldeide. Proprietà ossidoriduttive, chinoni.

Ammine: Classificazione e nomenclatura. Proprietà fisiche, basicità. Proprietà chimiche. Alchilazione, demolizione di Hofmann, acilazione. Reazione con acido nitroso, sali di diazonio, copulazione azoica, coloranti. Idrazo-composti. Ossidazione. Sintesi di ammine primarie alifatiche ed aromatiche.

Nitroderivati: Nitroderivati alifatici: sintesi e tautomeria nitro-acinitro. Nitroderivati aromatici: sintesi e prodotti di riduzione (nitroso, idrossilammine, azossi, azo, idrazo, ammine).

Composti carbonilici: Classificazione e struttura. Nomenclatura, proprietà fisiche. Proprietà chimiche: reazioni di addizione. Idratazione, formazione di polimeri. Emiacetali, acetali, emichetali e chetali. Cianidrine. Reazione di Bertagnini (composti bisolfitici). Reazioni di addizione/eliminazione: schema generale. Formazione di immine con aldeidi e chetoni (basi di Schiff), idrazoni, azine, ossime (isomeria sin/anti, trasposizione di Beckmann). Reazioni con anioni: con reattivi di Grignard, acetiluri; reazione di Wittig, di Perkin, aldolizzazione e crotonizzazione. Reazioni di ossidazione di aldeidi e chetoni: reazioni secondo Fehling o Tollens. Riduzione di aldeidi e chetoni con idrogeno e catalizzatori, idruri, secondo Clemmensen (amalgama di Zn), secondo Wolff-Kisshner. Dismutazione di Cannizzaro. Condensazione benzoinica. Tautomeria cheto-enolica, composti 1,3-bicarbonilici. -Alogenazione, reazione aloformica.

Acidi Carbossilici: Nomenclatura. I principali acidi monocarbossilici saturi, acidi grassi. Proprietà fisiche, acidità. Proprietà chimiche degli acidi carbossilici e dei derivati: esteri, alogenuri acilici, ammidi, anidridi. Reazioni di idrolisi, alcolisi, amminolisi, riduzione. Reazioni al CH adiacente, alogenoacidi. Decarbossilazione. Acidi bicarbossilici. Idrossiacidi. Acido tartarico.

Ammidi. Nitrili ed isonitrili. Esteri: saponificazione. Lipidi, trigliceridi e fosfolipidi.

Derivati dell'acido carbonico: Urea, fosgene, clorocarbonati e carbonati di alchile, isocianati, uretani.

Amminoacidi: Nomenclatura e classificazione: -amminoacidi. Configurazione, serie di appartenenza (nomenclatura D,L), proprietà fisiche e struttura. Acidità e basicità, punto isoelettrico, elettroforesi. Elenco degli amminoacidi costituenti le proteine. Proprietà chimiche di amminoacidi, legame peptidico. Metodi di preparazione di amminoacidi: sintesi di Gabriel e di Strecker. Separazione di racemi di amminoacidi, sintesi peptidica, metodo di Merrifield in fase solida.

Stereoisomeria (seconda parte): Configurazione assoluta e relativa. Metodi di assegnamento (diffrattometria a rX secondo Bijvoet, correlazione chimica, metodo dei quasi-racemi, confronto ottico, sintesi asimmetriche parziali, inversione di Walden). Racemizzazione.

Testi consigliati:

K.P.C. Vollhardt, N.E. Schore, Chimica Organica, Zanichelli ed. (o altri testi simili)

G. Hallas, Stereochimica Organica, A. Martello ed.

Obiettivi del corso. Gli scopi del corso sono molteplici. Innanzi tutto quello di consentire allo studente di acquisire la manualità necessaria per poter effettuare con sicurezza ed autonomia la determinazione della quantita' incognita di una sostanza di interesse farmaceutico presente in un campione (questo aspetto precede quello della scelta della metodologia ottimale per la determinazione stessa). Verranno inoltre affrontati i principali aspetti teorici alla base dell'analisi chimica quantitativa.

Struttura del corso. Il corso si intende suddiviso in due parti, una parte teorica generale ed una parte sperimentale in laboratorio. La parte teorica generale è propedeutica alla parte sperimentale. Importanza cruciale riveste lo svolgimento pratico delle determinazioni sperimentali in laboratorio che occupera' la grande maggioranza delle ore del corso stesso.

Modalità di svolgimento delle prove d'esame. Durante l'anno verranno effettuate tre determinazioni "a voto" che costituiranno la parte pratica dell'esame finale. Analisi con errori fino allo 0.4 % saranno considerate esatte. Fino ad errori dell' 0.7% il risultato sarà considerato molto buono. Tra 0.7% e 1% buono, tra 1% e 3% l'analisi sarà considerata accettabile.

Classificazione dei metodi quantitativi; Analisi di composti di interesse farmaceutico; Stadi di un'analisi, scelta del metodo: la farmacopea ufficiale (F.U.); Richiami di semplici operazioni matematiche, la logica delle approssimazioni; Modi di esprimere la concentrazione, preparazione delle soluzioni., standards di riferimento; Sicurezza in laboratorio; Attrezzatura da laboratorio, materiali costruttivi ed usi; Il quaderno di laboratorio; La bilancia analitica; Attrezzi graduati e tarati e loro uso: burette, matracci e pipette; Operazioni unitarie: filtrazione, essiccamento, incenerimento, peso costante, ecc.; Grado di purezza;

TEORIA DELL'ERRORE: Errore sperimentale; Cifre significative; Precisione, accuratezza, sensibilità; Errore sistematico ed errore casuale; Incertezza e sua propagazione; Curva di distribuzione degli errori indeterminati; Media e deviazione standard; Test statistici; Metodo di Student; Q test; Metodi del 4d e del 2d; Outliers; Presentazione dei risultati; Derivazione dell'equazione di propagazione dell'incertezza; Regressione lineare: minimi quadrati;

ANALISI GRAVIMETRICA: Determinazione del peso costante; Il fattore analitico gravimetrico; Analisi di miscele; Fonti di errore in gravimetria; Teoria della precipitazione (stechiometria); Solubilità e prodotto di solubilità; Fattori che influenzano la solubilità; Precipitazione frazionata; Equilibri multipli (o simultanei); Caratteristiche fisiche dei precipitati; Processo di precipitazione; Sospensioni colloidali; Peptizzazione; Coprecipitazione; Precipitazione in fase omogenea; Dosaggi gravimetrici;

ANALISI VOLUMETRICA: Titolazione diretta e di ritorno; Soluzioni standard; Standard primari; L'equivalente; Classificazione e dei metodi volumetrici; Il punto di equivalenza; Gli indicatori; Curve di titolazione; Il punto finale di una titolazione: la titolazione in bianco; Preparazione di soluzioni (per l'analisi volumetrica); Controllo del titolo (standardizzazione); Errori nell'analisi volumetrica; Effetto della temperatura sui volumi misurati;

Argentometria: Metodo di Mohr; Metodo di Volhard; Metodo di Fajans; Indicatori di adsorbimento; Applicazioni dei metodi di precipitazione; Determinazione di miscele di alogenuri;

STEREOCHIMICA: Isomerismo, Elementi di simmetria, Conformazione e Configurazione, Stabilità configurazionale, Asimmetria dovuta a rotazione ristretta, Stereoisomerismo negli alleni e negli spiranti, Eliceni, Stereochimica nei composti ciclici, Cicloesano: conformazione e reattività, Prochiralità, Enantiotopicità, Diastereotopicità, Pseudoasimmetria, Chiralità bidimensionale.

ETEROCICLI: Definizione, Cenni di nomenclatura, Piccoli cicli, Eterocicli aromatici a 5 atomi, Pirrolo, Furano, Tiofene: proprietà, sintesi e reattività. Indolo, Eterocicli aromatici a 6 atomi, Piridina, Purine e Pirimidine: cenni.

CARBOIDRATI: Aldosi e Chetosi, Convenzione del Fischer - Serie D e L - Struttura ciclica, Mutarotazione, Anomeri, Epimeri, Reattività: acetali, glicosidi, osazoni, osoni. Reazioni di riduzione e ossidazione, Sintesi ascendente e discendente, Determinazione della configurazione del D-glucosio fatta dal Fischer- Oligosaccaridi e Polissaccaridi.

RICERCA DEI MECCANISMI DELLE REAZIONI ORGANICHE: Dati cinetici, relazioni velocità/concentrazione, Interpretazione delle equazioni cinetiche, Isotopi: uso cinetico e non cinetico, Intermedi reattivi: isolamento, individuazione e cattura degli intermedi, radicali, carbeni, nitreni arini, carbanioni, etc. Criteri stereochimici: influenza stereochimica sulla stabilità molecolare, impedimento sterico. Sostituzioni, addizioni, eliminazioni. Partecipazione del grupppo vicinale. Trasposizioni, Correlazioni struttura-reattività.

REAZIONI PERICICLICHE: Classificazione, Oribitali di frontiera, Stereoselettività e Regioselettività, Reazioni elettrocicliche, Cicloaddizioni, Reazioni sigmatropiche, Reazioni cheletropiche.

I testi consigliati verranno comunicati direttamente dal Docente.

Finalità del corso: Lo studio della farmacognosia deve fornire allo studente le nozioni fondamentali riguardanti la conoscenze delle droghe naturali, di impiego in farmacia e nell'industria farmaceutica: origine, caratteri morfologici, controlli di qualità, preparazioni farmaceutiche e applicazioni terapeutiche.

Parte generale: Classificazione chimica e biogenesi dei principi attivi: carboidrati, lipidi, saponine, steroli, essenze e resine, fenoli e polifenoli, alcaloidi, glicosidi, flavonoidi. Raccolta, preparazione e conservazione delle droghe. Forme farmaceutiche. Controllo di qualità secondo la farmacopea Ufficiale Italiana. Saggio e dosaggio biologico. Principali tecniche di estrazione, separazione ed identificazione delle droghe e dei loro principi attivi.

Parte speciale: droghe glucidiche. Droghe glicosidiche.Droghe lipidiche.Droghr tanniche. Droghe ad essenze. Droghe alcaloidee

I testi consigliati saranno comunicati direttamente dal docente agli studenti.

Introduzione generale alla determinazione strutturale di una molecola organica. Criteri di purezza e cenni sulle tecniche di purificazione.

Accenni sullo spettro elettromagnetico e sui principî dell’assorbimento

UV. Principî base. Transizioni permesse e proibite. Applicazione dell’UV nella determinazione strutturale. Legge di Lambert-Beer e applicazioni

IR. Teoria dell’IR. Strumentazione e preparazione del campione. Interpretazione degli spettri IR. Assorbimenti caratteristici dei vari gruppi funzionali della chimica organica.

Spettrometria di Massa. Principî e strumentazione. Tecniche di ionizzazione: ionizzazione elettronica, ionizzazione chimica, FAB, electron spray, MALDI. Analizzatori. Campo magnetico, double focusing, filtro quadrupolare, time of flight, FT-ICR.

Lo spettro di massa. Determinazione della formula molecolare. Calcolo delle insaturazioni

Spettri di massa di varie specie chimiche. Frammentazioni caratteristiche.

1H NMR. Principio NMR. Cenni sui modelli fisici e quanto meccanici. Modello del protone ruotante e del vettore magnetizzazione. Rilassamento. Spettroscopia in onda continua e in trasformata di Fourier. Strumentazione. Chemical shift. Fattori che influenzano il chemical shift al protone. Chemical shift dei vari gruppo funzionali in chimica organica. Integrale. Accoppiamento spin spin. Sistemi del primo ordine e di ordine superiore. Formalismo di Pople. Equivalenza chimica e magnetica. Protoni enantiotopici e diastereotopici. Sistemi a conformazione mobile. Accoppiamento virtuale. Costanti di accoppiamento 2J, 3J e long range. Sistemi di semplificazione dello spettro. Effetto NOE.

13C NMR. Fattori che influenzano il chemical shift al 13C. Chemical shift dei vari gruppi funzionali in chimica organica. Spettri off resonance, DEPT e APT.

Correlation spectroscopy. COSY principio e applicazione. Lettura di uno spettro bidimensionale. Altri esempi di semplici esperimenti bidimensionali.

Esercizi. Lo studente alla fine del corso deve essere in grado di risolvere una struttura organica attraverso l’analisi degli spettri IR, massa, 1H e 13C NMR. Per questo durante tutto il corso verranno svolti esercizi di interpretazione di spettri.

Testo: R. M. Silverstein, F.X. Webster Identificazione spettroscopica dei composti organici, Casa Editrice Ambrosiana.