Dipartimento di Chimica e Tecnologie Chimiche - Tesi di Dottorato

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Questa collezione raccoglie le Tesi di Dottorato afferenti al Dipartimento di Chimica e Tecnologie Chimiche dell'Università della Calabria.

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    Advanced mass spectrometric approaches for the determination of food quality and development of new methodologies for enrichment of nutraceuticals in functional foods
    (2018-02-27) Bartella, Lucia; Andò, Sebastiano; Di Donna, Leonardo
    The research works presented in this Ph.D. thesis are based on the nutraceuticals and functional foods research. The first part of the thesis deals with three main topics: 1. Structural characterization of new HMG-flavonoids in bergamot juice Two unknown 3-hydroxy-3-methylglutaryl flavanone glycosides were identified and characterized by the combination of liquid chromatography and tandem mass spectrometry experiments. 2. Preparation of extracts enriched in HMG-flavonoids A novel food-grade procedure to obtain HMG-flavonoids enriched extracts with an high purity grade was developed. The purification procedure was tested on different citrus fruits, i.e. bergamot, sour orange and chinotto. 3. Development of a new procedure for the enrichment of foodstuffs in hydroxytyrosol New functional foods are presented. They were obtained by the enrichment of foodstuffs generally used in daily diet, i.e. flour, whole wheat flour and sugar, with the nutraceutical compound hydroxytyrosol. The second part concerns the development of advanced mass spectrometric analytical procedure for quality assessment of foods, through the quantification of nutraceutical compounds and the determination of target quality molecules. The works presented in this field are the following: 1. Determination of Hydroxytyrosol and Tyrosol derivatives compounds in Extra Virgin olive oil by Microwave Hydrolysis and LC-MS/MS analysis A novel method to determine the absolute amount of hydroxytyrosol and tyrosol derivatives in EVOO samples was developed. The procedure consists in a simple and fast microwave assisted acidic hydrolysis reaction, combined with the use of liquid chromatography- tandem mass spectrometry analysis. 2. Absolute Evaluation of Hydroxytyrosol in Extra Virgin Olive Oil by Paper Sray Tandem Mass Spectrometry A novel and fast methodology for the evaluation of the absolute amount of Hydroxytyrosol in extra virgin olive oil was set up. The method is based on the exploitation of paper spray ionization (PS) tandem mass spectrometry (MS/MS). 3. Discriminant Analysis of Vegetables Oils by Paper Spray Mass Spectrometry and Statistical Approach An innovative approach for the characterization of triacylglycerols profile of different vegetable oils was developed. The method employs the paper spray ionization technique that in combination with chemometric analysis has allowed to discriminate the extra virgin olive oil from the others vegetable oils commonly used as adulterants. 4. Quantitative Evaluation of Caffeine in beverages and drugs by Paper spray tandem Mass Spectrometry A simple and fast method for the quantification of caffeine in beverages and drugs is presented. Also this analytical procedure is based on the use of paper spray tandem mass spectrometry.
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    Advanced mass spectrometry-based strategies for the isolation and characterization of G protein-coupled estrogen receptor 1(GPR)
    (2014-11-28) Thangavel, Hariprasad; Gabriele, Bartolo; Sindona, Giovanni; Napoli, Anna
    Estrogen signaling plays a vital role in breast, ovarian and endometrial cancers. The actions of estrogen are mainly mediated by classical estrogen receptors, ERα and ERβ that belongs to the nuclear receptor superfamily. In recent years, a class of membrane-associated estrogen receptors are found to mimic the functions of classical ERs, including genomic as well as non-genomic signaling. These non-genomic signaling events include pathways that are usually thought of as arising from transmembrane growth factor receptors and G protein-coupled receptors (GPCRs). GPCRs belong to a superfamily of cell surface signaling proteins. GPCRs represent the most significant family of validated pharmacological targets in medical biology. A member of the GPCR family, named GPER, mediates rapid biological responses to estrogen in diverse normal and cancer cells, as well as transformed cell types. The identification and characterization of GPER will lead to understand the mechanisms underlying complex biological pathways and identify potentially new drug targets. Here, we proposed a novel gel-free method to isolate and enrich GPER from crude lysate using home-made hydroxyapatite column (HTP). The HTP eluate was subjected to cellulose acetate (CA) filteration, followed by on-membrane protein digestion with different proteases and analyzed by MALDI MS. GPER was identified by peptide mass fingerprinting (PMF) after intensive data analysis. Sequence analysis reports 3 potential N-glycosylation in GPER. We manually validated 2 out of 3 glycosylation sites in GPER from the obtained MS/MS data and also validated the glycan moieties predicted by Glycomod. This approach is the first of its kind to identify GPER and characterize post-translational modifications (PTMs) by MS-based proteomic analysis. The proposed method is simple, robust and unique with great reproducibility. Finally, we designed and synthesized polymer nanoparticles (NPs) in an effort to capture GPER with high affinity and selectivity from crude lysate. PNIPAm-based NPs were synthesized by a free radical precipitation polymerization method with no control over the functional monomer sequence. The NP binding affinity was evaluated against both truncated-GPER (short peptide epitopes) and GPER (whole protein). As the NPs were designed with complementary functionality against the peptides/protein, the NPspeptide/ protein binding will be through multipoint interactions. The initial qualitative results obtained by immunoblotting analysis revealed interesting hints on GPER’s competitive affinity towards NPs when probed against multiple antibodies. We anticipate to use this strategy as a sample purification step prior to MS-based proteomic analysis
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    Aggregate structures analysis of bitumen for the production of modified benders in asphalt industry
    (2013-12-02) Filippelli, Luigi; Bartolino, Roberto; Oliviero Rossi, ,Cesare
    Since antiquity bitumen had been used as a construction material. Nowadays, most of the huge global production of bitumen each year, are functional to the roads paving industry where they are employed as binders for mineral aggregates to produce asphalt mixes. In the paving industry, a suitable bitumen should be fluid enough at to be pumpable and workable for a uniform covering of the mineral aggregates upon amalgamation. Furthermore, once the asphalt has been laid to build the roads, bitumen has to become sufficiently rigid at the highest pavement temperature to oppose rutting, depending on local climate conditions. Conversely, it must stay flexible enough at the lowest pavement temperature to resist cracking. For these purposes, additives such as polymers, acids, etc., are used to calibrate the operative range of bitumen. In addition asphalt industry is interested to reduce the costs of production, the environmental impact of the production and the safety condition for the paving workers. Bitumen is currently modeled as a dispersion of colloidal particles of asphaltenes, surrounded by a layer of stabilizing polar resins in a continuous oil phase (maltene). Although one can write a very simple definition of bitumen, its chemical composition is very complex and still not completely known. However the characterization of the bituminous materials for its convenient application, is still made by empirical standardized tests. This research project aimed to the deeper understanding of the behavior of bituminous systems, in order to correlate the macroscopic properties to the microstructure of the aggregates that constitute the bitumen colloidal network. We explored the possibility of taking advantage from chemical-physics techniques such as NMR, Rheology and AFM. In particular we have investigated the effect and overall the mechanism through which some chemical additives, already in use by paving companies, explicate their action to modulate the bitumen performances. Several samples different in nature and differently modified were analyzed. The rheological analysis, performed by the measurements under kinematic and dynamic control, helped to determine the material properties related to the structure of the system. The parameters thus obtained, being independent of the measurement conditions may be correlated with the microstructure of the sample investigated by the other techniques we used. As for NMR we exploited the spin-spin relaxation time measurement firstly to find the soften point of bituminous materials whether modified or not. As a novel approach to the understanding of the colloidal nature of the bitumen, the Inverse Laplace Transform (ILT) of the NMR spin-echo decay (T2) was applied. The ILT was used to draw the map of the macro-aggregates inside bitumen at different temperatures providing indication on the nature of the interaction between additives and the colloidal network. The efficiency of the ILT method was proved by atomic force microscopy images. As matter of fact collecting the AFM analysis, the ILT and the rheological results, we were able to describe the correlation between the aggregates at supra-molecular level inside fresh and doped bitumen. This research constituted a new inside bitumen chemistry overcoming the limits of the empirical tests to verify the efficiency of the bitumen modifiers
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    Amino function and side chain modifications of amino acids, and synthesis of thrombin inhibiting peptides
    (2008-10-07) Viscomi, Maria Caterina; Liguori, Angelo; Gabriele, Bartolo
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    Analytical methods for research and development of drugs
    (2006-11-10) Risoli, Antonella; Ragno, Gaetano; Sindona, Giovanni
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    Behavior and effects of additives in liquid crystal compounds
    (2011-11-03) Vivacqua, Marco; Bartolino, Roberto; Versace, Carlo; Nicoletta, Fiore P.
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    Bio-medicinal applications of coordination compounds: a photophysical point of view
    (2012-11-26) Ricciardi, Loredana; Russo, Nino; La Deda, Massimo; Bartolino, Roberto
    Il presente lavoro di ricerca, svolto presso il Laboratorio di Chimica Inorganica e di Coordinazione (LaCIC) dell'Università della Calabria, sotto la supervisione del Dott. Massimo La Deda, e in parte nel Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents (Université Claude Bernard, Lyon, France), si colloca all'interfaccia tra la Biomedicina, la Chimica di Coordinazione e la Fotochimica, alla ricerca di un comune denominatore. L'obiettivo del nostro lavoro è stato quello di sviluppare una metodologia ed un set-up sperimentale per collegare l'esperienza del LaCIC nella sintesi organometallica, con le applicazioni di composti di coordinazione in campo biomedico. Abbiamo scelto tre aree di ricerca in grado di mettere in evidenza la relazione tra "composti di coordinazione", "luce" e "biomedicina": l'applicazione di complessi metallici incapsulati in polimeri o in nanoparticelle di oro e silice per la generazione di ossigeno di singoletto nella Terapia Fotodinamica (Capitoli 3 e 4), l'utilizzo dei processi a trasferimento di energia che coinvolgono i composti di coordinazione per lo studio delle interazioni farmaco-proteina (applicazioni di “sensing”, capitolo 2), l'utilizzo della luminescenza di nanoparticelle contenenti complessi di metalli di transizione nell’imaging cellulare. Le proprietà uniche dei composti metallici, soprattutto la rilevante fotochimica e fotofisica dei composti di metalli di transizione, li rendono idonei per applicazioni in fotomedicina. Capitolo 2 - Applicazione di “sensing” dei composti di coordinazione: interazione farmaco-proteina. Un nuovo complesso di zinco, recentemente sintetizzato presso il LaCIC, ha evidenziato un’interessante attività antiproliferativa in vitro nei confronti di alcune linee cellulari tumorali. Tuttavia, i test in vitro rappresentano solo il primo step per l’applicazione di questo complesso come farmaco antineoplastico; una fase successiva richiede uno studio della sua biodistribuzione, dunque la sua interazione con biomolecole quali l’ Albumina sierica umana, la proteina più abbondante presente nel torrente circolatorio, la quale aumenta la solubilità di farmaci idrofobici nel plasma e ne modula il rilascio a livello cellulare. Grazie alla fluorescenza della proteina, è stato possibile studiarne il fenomeno di quenching della luminescenza, correlandolo all’interazione di legame con il complesso metallico. Inoltre, la "struttura speciale" del composto di coordinazione, la sua luminescenza intrinseca, ha reso possibile lo studio dell’interazione di legame da un’altra prospettiva, giungendo ad una interessante conclusione, che evidenzia l'aspetto multifattoriale del complesso: terapeutico e sensoristico. Capitolo 3 - Processi attivati dalla luce in composti di coordinazione: fotogenerazione di ossigeno di singoletto. La Terapia Fotodinamica (PDT) fa riferimento all’applicazione di luce al fine di ottenere un effetto terapeutico, in particolare fa riferimento alla capacità di fotogenerare 1O2, una specie altamente reattiva (il “vero” agente terapeutico) da una molecola cosiddetta “fotosensibilizzante”. Tra gli effetti terapeutici dell’ 1O2 si pongono in evidenza la terapia antimicrobica e, soprattutto, la terapia antitumorale: in entrambe è preferibilmente richiesto l’utilizzo di fotosensibilizzanti solubili in acqua. I Complessi di Metalli di Transizione (TMC), grazie alle loro “speciali” proprietà fotofisiche, sono fotosensibilizzanti eccellenti, ma per la maggior parte scarsamente idrofilici. Per rendere TMC solubili in acqua si può procedere per esempio inserendoli in un polimero biocompatibile, senza che gli stessi perdino la loro capacità di generare ossigeno di singoletto. Seguendo questo criterio, è stato sintetizzato e caratterizzato il primo esempio di un polimero solubile in acqua legante un complesso di Pt(II) in grado di generare ossigeno di singoletto. Capitolo 4 - Il paradigma “theranostic”: complessi di metalli di transizione e nanoparticelle. Un’altra alternativa per ottenere un fotosensibilizzante solubile in acqua con le “speciali” proprietà dei TMC è di incapsularlo all’interno di nanoparticelle (NPs), le quali stanno sempre più acquisendo una crescente importanza in ambito medico, grazie alla capacità di agire da sistema di rilascio e alla loro bassa tossicità. Su questa base, sono state sintetizzate e caratterizzate un certo numero di NPs aventi un “core” d’oro e una “shell” di silice con intrappolati nella matrice complessi di Ir (III) e Ru (II), aventi la capacità di generare ossigeno di singoletto. Come prova preliminare, un campione di NPs contenenti un complesso di Ru (II), è stato caratterizzato in vitro per valutarne la citotossicità in diverse linee di cellule tumorali, con risultati promettenti. Inoltre, le "speciali" proprietà fotofisiche dei TMC consentono una disattivazione non radiativa degli stati eccitati (fenomeno necessario per la generazione di 1O2 mediante un processo a trasferimento di energia) senza perdere la luminescenza. In virtù di questo, è stato possibile localizzare le NPs fotosensibilizzanti all'interno della cellula mediante microscopia a fluorescenza, rendendo le NPs sintetizzate un nuovo materiale per “theranostic purposes”.
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    Complessi eterolettici di Zn(II), Eu(III) e Tb(III)
    (2014-03-27) Liguori, Paola F.; Russo, Nino; Pucci, Daniela
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    A computational mechanistic study of potentially evolving platinum based anticancer drugs
    (Università della Calabria, 2021) Dabbish, Eslam; Andò, Sebastiano; Sicilia, Emilia
    Metals are known to play a fundamental physiological role inside human body affecting many of the biological functions. Analogously, metal based drugs can also have a similar impact. Cisplatin, a simple platinum complex, is well known to be a cytotoxic agent and the first approved and most widely used metal based drug for fighting cancer. Currently, used platinum containing anticancer agents namely cisplatin, carboplatin and oxaliplatin suffer from serious toxic side effects as well as acquired and inherent drug resistance against many types of cancer. Consequently, new platinum anticancer drug families evolved to overcome the current limitations of traditional platinum drugs. Monofunctional platinum complexes, Pt(IV) complexes, platinum complexes targeting mitochondria, platinum idodio derivatives and photoactivated platinum compounds are examples of some of such newly developed platinum based cytotoxic families. Computational chemistry has strongly grown over the past years with both the increase in computers capabilities and the development of new theories and efficient algorithms that can allow to handle bigger models in a reasonable time. Molecular modelling can give a wealth of information about the studied systems in terms of energies, electronic properties, geometries, conformations, structure/activity relationships, reaction mechanisms and many others. By using quantum mechanical methods like Density Functional Theory (DFT) and its time-dependant formulation TD-DFT and molecular dynamics (MD) computational tools, the mechanism of action of some selected examples of non-traditional platinum anticancer drug families have been studied in this thesis. Phenanthriplatin is the most effective member of a new class of platinum anticancer agents (7-40 times more active than cisplatin) known as monofunctional platinum anticancer drugs. In addition, it has started its clinical trials phase. Our computational mechanistic study of phenanthriplatin highlighted the importance of the role played by its unique chemical structure in the drug activation, interaction with DNA and transcription blockage. Targeting of mitochondrial DNA by means of platinum drugs can lead to mitochondrial dysfunction in cancer cells that causes tumour cells growth inhibition and apoptosis. We have undertaken a comparative study between three different isomers of a recently prepared triphenyl phosphonium modified monofunctional platinum complexes for their mechanism of action. Pt(IV) complexes are prodrugs that are reduced inside the body by means of abundant biological reducing agents like ascorbic acid to release the equivalent cytotoxic Pt(II) complexes. This reduction step is considered to be the limiting step for the activity of such class of drugs. In a series of studies, we have carried out a detailed mechanistic study to understand the relation between the nature of Pt(IV) complexes axial and equatorial ligands and the extent and mechanism of reduction by means of ascorbic acid at physiological pH. We highlighted the particular importance and impact of the nature of axial ligands on the reduction process. Photoactivated chemotherapy (PACT) technique allows the localized activation of drugs by means of specific wavelength light. A recently synthesized complex named platicur is a cis-diammineplatinum(II) complex of curcumin in which the Pt(II) centre is bound to a curcumin molecule as the leaving ligand. Upon light irradiation curcumin molecule is released together with the doubly aquated Pt(II) complex that can exert the required cytotoxic effect. In our study, we have provided a deep insight in the photoactivated excited states and their role in the photocleavage mechanism with the release of curcumin.
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    Computational study of new drugs for photodynamic therapy
    (2017-05-05) Pirillo, Jenny; Andò, Sebastiano; Russo, Nino; Mazzone, Gloria
    Photodynamic'therapy'(PDT)'is'a'non:invasive'therapeutic'technique' for' the' treatment' of' different' kind' of' tumours' through' the' production' of' reactive'oxygen'species'(ROS)'that'act'as'cytotoxic'agents.'''' PDT'works' through' the' associated' events' of' three' key' components:' photosensitizer' (PS),' visible' or' near:infrared' region' light,' and' molecular' oxygen'in'tissues.'In'general,'after'the'injection'of'a'PS'agent'and'subsequent' accumulation' in' the' target' tissues,' the'agent' is'activated'by' a' radiation'with' appropriate' wavelength' to' give' a' photosensitization' of' the' endogenous' oxygen'(photoreaction'of'type'II)'or'the'production'of'free'radicals'from'the' surrounding'molecules' (photoreaction' of' type' I).' In' both' cases,' a' cytotoxic' species'is'generated,'and'destruction'of'the'cancer'cells'occurs.' Success'in'PDT'relies'on'the'advantage'that'a'non:invasive'technique can'selectively'annihilate'altered'cells'without'undesirable'side'effects.'Recent' research' in'PDT'has' been' focused' on' the'development' of'more' specific' and' powerful'PSs.' In' this' thesis,' the' photophysical' properties' of' different' kinds' of' PSs,' found' to'be'good'candidates' for'PDT,'have'been' investigated.'The'PSs'under' study'differ'in'the'chemical'nature'and'in'the'photosensitization'mechanism:' i)' PSs' based' on' the' nucleobases' analogue' of' DNA' can' be' used' as' UVA' chemotherapeutic'agents,'due'to'their'absorption'in'the'range'300−400'nm;' ii)'PSs'based'on'the'Ru(II)'polypyridine'complex,'which'are'designed'to'give'a' long:lying'excited'state,'can'act'as'PSs'through'both'type'I'and'II'reactions;'iii)' PSs' based' on' aza:BODIPY' core' should' be' of' interest' for' type' II'mechanism.' Other' BODIPY' derivatives,' linked' to' an' antioxidant' molecule' (e.g.' α: tocopherol)' have' been' suggested' to' obtain' a' chemicontrolled' 1O2' photosensitization.' Density' functional' theory' (DFT)' and' time:dependent' DFT' (TD:DFT)' have' been'employed'in'all'the'computations.''
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    Dense Hyflon® AD membranes for gas separation: influence of the solvent and determination of local free volume
    (2007-11-30) Macchione, Marialuigia; Longeri, Marcello; Versace, Carlo; Yampolskii, Yuri
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    Description of potentially ordered liquid phases through statistical thermodynamics tools. Molecular field and computer similation approache:comparing two techniques.
    (2019-06-14) D'Urso, Christian; Carbone, Vincenzo; Celebre, Giorgio
    Il campo di ricerca in cui il Progetto si colloca è quello dello studio termodinamico statistico di sistemi uidi complessi, potenzialmente ordinati. Esso ha preso spunto dalle precedenti ricerche svolte presso il laboratorio LX-NMR S.C.An. del Dipartimento di Chimica e Tecnologie Chimiche dell'Università della Calabria dove, da lungo tempo, ci si occupa di problematiche connesse ai Cristalli Liquidi, conducendo studi che potrebbero essere de niti di 'base', miranti cioè alla comprensione delle interessantissime proprietà molecolari di cui godono questi sistemi. La nalità del Progetto implica, come appena detto, uno studio della materia a livello molecolare. Spesso, sulla base dei dati sperimentali raccolti (ad esempio, mediante le competenze NMR del Laboratorio presso il quale ha avuto luogo lo svolgimento del presente Progetto di Dottorato) si rende necessaria una 'interpretazione' dei risultati sperimentali, allo scopo di fornire una chiave di lettura dei fenomeni che avvengono su scala molecolare, in modo da coniugare, possibilmente, aspetti microscopici e macroscopici (provando cioè a fornire una giusti cazione e 'razionalizzazione' microscopica dei comportamenti macroscopici della materia stessa). Gli approcci adottati nel perseguire tale scopo devono necessariamente far riferimento alla Termodinamica Statistica. Storicamente, presso il Gruppo di Ricerca del Laboratorio presso il quale è stato sviluppato Progetto di Dottorato, l'approccio utilizzato è stato di tipo Molecular Field (MF); tuttavia, nell'ultima decade, grazie alla collaborazione con altri gruppi di Ricerca (in particolare, in collaborazione col prof. Giorgio Cinacchi ) ci si è avvicinati allo studio delle problematiche riguardanti le fasi parzialmente ordinate anche per mezzo di simulazioni numeriche (tipicamente Monte Carlo, ma non solo. . . ). Pertanto, nell'ottica di valorizzare sinergicamente quelle che possono essere considerate due importanti chiavi di lettura dei fenomeni a livello molecolare (ai quali, come Chimico-Fisici, siamo interessati), si è pensato di coniugare sinergicamente i due approcci (MF e MC) cui si è appena accennato. Entrambe le metodologie presentano ovviamente pregi e difetti, spesso (fortunatamente. . . ) complementari. Ad esempio, il MF ha il pregio di partire, tipicamente, da una certa 'semplicità' descrittiva, che spesso si origina su basi intuitive (a volte, anche 'elementari'), al ne di cogliere quelle che sono le caratteristiche essenziali dei fenomeni che si stanno investigando. Di contro, come pecca, esso risulta spesso troppo 'a grana grossa'; alle volte anche troppo essenziale nelle linee, tanto da non permettere di cogliere pienamente i dettagli e/o gli aspetti peculiari cui si aspirerebbe. D'altro canto, l'approccio stesso può presentare un aspetto matematico impegnativo, a causa di calcoli di un certo rilievo che richiedono l'utilizzo di software opportuni (spesso originali e/o commerciali), sebbene non sia strettamente necessario disporre di una imponente potenza di calcolo. Nelle simulazioni numeriche, al contrario, l'obiettivo è quello di costruire, partendo dalla modellizzazione delle interazioni molecolari, una 'realtà molecolare virtuale', ovviamente anch'essa in uenzata dalla metodologia utilizzata (Monte Carlo, Molecular Dynamics, ecc. . . ) che getti luce su aspetti magari meno intuitivi del comportamento dei sistemi uidi studiati. Per sperare di ottenere dei dati a dabili e realistici, però, occorre mettere in gioco una quantità di particelle signi cativa che può essere anche imponente (a seconda del fenomeno che si sta investigando), con la possibile conseguente dilatazione dei tempi di calcolo, a volte tali da rendere inattuabili i calcoli stessi. In tale ottica, per cogliere il meglio di entrambe le metodologie, è necessario a nostro avviso, metterle a confronto. Ciò che ci siamo dunque proposti per lo svolgimento del lavoro di Dottorato è stato di provare entrambi gli approcci il più possibile 'in parallelo'. Questa prospettiva risultava alquanto 'intrigante' e ci siamo riproposti di applicarla a quell'Universo ancora nebuloso rappresentato delle a ascinanti fasi termotropiche nematiche biassiali (ma non solo. . . vide infra). L'esistenza di tale mesofase è ancora oggi oggetto di dibattito, in quanto la prova ultima ed inequivocabile dell'osservazione di tali fasi non è stata fornita al di là d'ogni ragionevole dubbio; infatti, negli anni, questa fase ha pienamente meritato l'appellativo di fase 'elusiva e sfuggente', tale da essere de nita da alcuni ricercatori del campo, come il 'Sacro Graal' dei Cristalli Liquidi. Facendo riferimento più in dettaglio al lavoro di Tesi, abbiamo pensato di organizzare il materiale con una Introduzione complessiva, in cui si focalizzano quelle che saranno le nalità del lavoro. Il Capitolo 1, invece, è dedicato ad un'impostazione teorica generale della materia trattata, che farà da supporto anche per i successivi capitoli (senza però dilungarci nell'ennesima e ridondante descrizione dettagliata delle fasi liquido-cristalline, che risulta essere praticamente ubiquitaria, al ne di non appesantire eccessivamente la lettura). Nel Capitolo 2, ci si occupa di una parte consistente dell'attività del Progetto (parte del quale è stato svolto presso l'Università Autonoma di Madrid sotto la supervisione del prof. Giorgio Cinacchi. In tale periodo ci si è dedicati prevalentemente all'apprendimento delle metodologie (con particolare attenzione ai metodi MC), non solo teoricamente. ma anche e soprattutto dal punto di vista pratico. In particolare, abbiamo studiato come le caratteristiche di simme tria delle singole particelle componenti il sistema studiato (dunque, l'appartenenza delle molecole a particolari point groups, quali il D2h, C2h, C2v, ecc. . . ) possano, in linea di principio, originare regioni ove i sistemi acquisiscano, ad es., la caratteristica di essere orientazionalmente biassiali. Procedendo in questa disamina, nel Capitolo 3 è illustrata una particolare applicazione di una metodologia MF (elaborata precedentemente dal prof. Celebre), in scenari molecolari nel cui contesto altri approcci dello stesso tipo denotavano limiti e di coltà. In particolare, sono state investigate le interazioni orientazionali cosiddette 'parzialmente repulsive' tra le molecole, consentendo di 'correlare' direttamente i parametri di biassialità e che compaiono all'interno dell'espressione del potenziale orientazionale, alle propriet à di forma delle particelle (nel caso in questione, schematizzate come mattoncini a simmetria D2h). Ciò può consentire, in linea di principio, di esplorare le conseguenze dell'alterazione dei parametri geometrici molecolari su caratteristiche peculiari del sistema, come le Temperature di transizioni di fase, l'eventuale biassialità delle fasi ecc. Nel corso dello svolgimento del Progetto di Dottorato, è sorta (anche in sinergia con le diverse attività di ricerca all'interno del Laboratorio LX-NMR S.C.An.) una problematica in cui l'apporto delle simulazioni numeriche poteva risultare particolarmente utile. L'interesse era quello di cogliere come sistemi ordinati, composti da particelle elicoidali, potessero impartire un determinato ordine orientazionale a dei piccoli soluti, a loro volta elicoidali, a seconda del senso di avvolgimento delle particelle di solvente. Vista la peculiarità oggettiva (morfologica) delle particelle, i risultati ottenuti potrebbero fungere da banco di prova per un processo di 'enantioriconoscimento' assoluto. Dalle simulazioni abbiamo osservato che talune volte (non sempre. . . ) è possibile discriminare senza ambiguità i due enantiomeri (trattandosi di particelle elicoidali, essi vengono tipicamente individuati mediante i descrittori P ed M), È stato accertato che il veri carsi delle possibilità di enantiodiscriminazione dipende da determinate condizioni (che vengono dettagliatamente discusse nel Capitolo 4). L'idea e le simulazioni numeriche hanno altresì costituito prezioso materiale per un modello MF del fenomeno, in grado di consentire appunto, in linea di principio, la distinzione assoluta dei due enantiomeri (assunta nota l'elicità del solvente) Ciò è reso possibile dalla formulazione di un potenziale orientazionale sensibile alla chiralità, capace di tenere conto del senso di avvolgimento delle particelle elicoidali che si stanno considerando. Il modello elaborato viene presentato e discusso nel Capitolo 5: esso sembra essere particolarmente interessante, avendo anche, a nostro avviso, i requisiti necessari per essere, successivamente, ulteriormente migliorato e 'a nato' per la trattazione di sistemi reali. Per concludere, l'aspetto che maggiormente ci preme sottolineare quale ' loso a' che permea l'intero lavoro di Tesi, è quello di concepire le due metodologie, Molecular Field e Simulazioni Numeriche, come sinergiche (e pertanto non mutuamente esclusive, bensì complementari) una loro corretta applicazione potrebbe condurre il Ricercatore ad ampli carne l'e cacia ed allo stesso tempo aumentare la possibilità di 'innescare' nuove idee sulla base dei dati ottenuti.
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    Description of potentially ordered liquid phases through statistical thermodynamics tools. Molecular field and computer similation approache:comparing two techniques.
    (2019-06-14) D'Urso, Christian; Carbone, Vincenzo; Celebre, Giorgio
    Il campo di ricerca in cui il Progetto si colloca è quello dello studio termodinamico statistico di sistemi uidi complessi, potenzialmente ordinati. Esso ha preso spunto dalle precedenti ricerche svolte presso il laboratorio LX-NMR S.C.An. del Dipartimento di Chimica e Tecnologie Chimiche dell'Università della Calabria dove, da lungo tempo, ci si occupa di problematiche connesse ai Cristalli Liquidi, conducendo studi che potrebbero essere de niti di 'base', miranti cioè alla comprensione delle interessantissime proprietà molecolari di cui godono questi sistemi. La nalità del Progetto implica, come appena detto, uno studio della materia a livello molecolare. Spesso, sulla base dei dati sperimentali raccolti (ad esempio, mediante le competenze NMR del Laboratorio presso il quale ha avuto luogo lo svolgimento del presente Progetto di Dottorato) si rende necessaria una 'interpretazione' dei risultati sperimentali, allo scopo di fornire una chiave di lettura dei fenomeni che avvengono su scala molecolare, in modo da coniugare, possibilmente, aspetti microscopici e macroscopici (provando cioè a fornire una giusti cazione e 'razionalizzazione' microscopica dei comportamenti macroscopici della materia stessa). Gli approcci adottati nel perseguire tale scopo devono necessariamente far riferimento alla Termodinamica Statistica. Storicamente, presso il Gruppo di Ricerca del Laboratorio presso il quale è stato sviluppato Progetto di Dottorato, l'approccio utilizzato è stato di tipo Molecular Field (MF); tuttavia, nell'ultima decade, grazie alla collaborazione con altri gruppi di Ricerca (in particolare, in collaborazione col prof. Giorgio Cinacchi ) ci si è avvicinati allo studio delle problematiche riguardanti le fasi parzialmente ordinate anche per mezzo di simulazioni numeriche (tipicamente Monte Carlo, ma non solo. . . ). Pertanto, nell'ottica di valorizzare sinergicamente quelle che possono essere considerate due importanti chiavi di lettura dei fenomeni a livello molecolare (ai quali, come Chimico-Fisici, siamo interessati), si è pensato di coniugare sinergicamente i due approcci (MF e MC) cui si è appena accennato. Entrambe le metodologie presentano ovviamente pregi e difetti, spesso (fortunatamente. . . ) complementari. Ad esempio, il MF ha il pregio di partire, tipicamente, da una certa 'semplicità' descrittiva, che spesso si origina su basi intuitive (a volte, anche 'elementari'), al ne di cogliere quelle che sono le caratteristiche essenziali dei fenomeni che si stanno investigando. Di contro, come pecca, esso risulta spesso troppo 'a grana grossa'; alle volte anche troppo essenziale nelle linee, tanto da non permettere di cogliere pienamente i dettagli e/o gli aspetti peculiari cui si aspirerebbe. D'altro canto, l'approccio stesso può presentare un aspetto matematico impegnativo, a causa di calcoli di un certo rilievo che richiedono l'utilizzo di software opportuni (spesso originali e/o commerciali), sebbene non sia strettamente necessario disporre di una imponente potenza di calcolo. Nelle simulazioni numeriche, al contrario, l'obiettivo è quello di costruire, partendo dalla modellizzazione delle interazioni molecolari, una 'realtà molecolare virtuale', ovviamente anch'essa in uenzata dalla metodologia utilizzata (Monte Carlo, Molecular Dynamics, ecc. . . ) che getti luce su aspetti magari meno intuitivi del comportamento dei sistemi uidi studiati. Per sperare di ottenere dei dati a dabili e realistici, però, occorre mettere in gioco una quantità di particelle signi cativa che può essere anche imponente (a seconda del fenomeno che si sta investigando), con la possibile conseguente dilatazione dei tempi di calcolo, a volte tali da rendere inattuabili i calcoli stessi. In tale ottica, per cogliere il meglio di entrambe le metodologie, è necessario a nostro avviso, metterle a confronto. Ciò che ci siamo dunque proposti per lo svolgimento del lavoro di Dottorato è stato di provare entrambi gli approcci il più possibile 'in parallelo'. Questa prospettiva risultava alquanto 'intrigante' e ci siamo riproposti di applicarla a quell'Universo ancora nebuloso rappresentato delle a ascinanti fasi termotropiche nematiche biassiali (ma non solo. . . vide infra). L'esistenza di tale mesofase è ancora oggi oggetto di dibattito, in quanto la prova ultima ed inequivocabile dell'osservazione di tali fasi non è stata fornita al di là d'ogni ragionevole dubbio; infatti, negli anni, questa fase ha pienamente meritato l'appellativo di fase 'elusiva e sfuggente', tale da essere de nita da alcuni ricercatori del campo, come il 'Sacro Graal' dei Cristalli Liquidi. Facendo riferimento più in dettaglio al lavoro di Tesi, abbiamo pensato di organizzare il materiale con una Introduzione complessiva, in cui si focalizzano quelle che saranno le nalità del lavoro. Il Capitolo 1, invece, è dedicato ad un'impostazione teorica generale della materia trattata, che farà da supporto anche per i successivi capitoli (senza però dilungarci nell'ennesima e ridondante descrizione dettagliata delle fasi liquido-cristalline, che risulta essere praticamente ubiquitaria, al ne di non appesantire eccessivamente la lettura). Nel Capitolo 2, ci si occupa di una parte consistente dell'attività del Progetto (parte del quale è stato svolto presso l'Università Autonoma di Madrid sotto la supervisione del prof. Giorgio Cinacchi. In tale periodo ci si è dedicati prevalentemente all'apprendimento delle metodologie (con particolare attenzione ai metodi MC), non solo teoricamente. ma anche e soprattutto dal punto di vista pratico. In particolare, abbiamo studiato come le caratteristiche di simme tria delle singole particelle componenti il sistema studiato (dunque, l'appartenenza delle molecole a particolari point groups, quali il D2h, C2h, C2v, ecc. . . ) possano, in linea di principio, originare regioni ove i sistemi acquisiscano, ad es., la caratteristica di essere orientazionalmente biassiali. Procedendo in questa disamina, nel Capitolo 3 è illustrata una particolare applicazione di una metodologia MF (elaborata precedentemente dal prof. Celebre), in scenari molecolari nel cui contesto altri approcci dello stesso tipo denotavano limiti e di coltà. In particolare, sono state investigate le interazioni orientazionali cosiddette 'parzialmente repulsive' tra le molecole, consentendo di 'correlare' direttamente i parametri di biassialità e che compaiono all'interno dell'espressione del potenziale orientazionale, alle propriet à di forma delle particelle (nel caso in questione, schematizzate come mattoncini a simmetria D2h). Ciò può consentire, in linea di principio, di esplorare le conseguenze dell'alterazione dei parametri geometrici molecolari su caratteristiche peculiari del sistema, come le Temperature di transizioni di fase, l'eventuale biassialità delle fasi ecc. Nel corso dello svolgimento del Progetto di Dottorato, è sorta (anche in sinergia con le diverse attività di ricerca all'interno del Laboratorio LX-NMR S.C.An.) una problematica in cui l'apporto delle simulazioni numeriche poteva risultare particolarmente utile. L'interesse era quello di cogliere come sistemi ordinati, composti da particelle elicoidali, potessero impartire un determinato ordine orientazionale a dei piccoli soluti, a loro volta elicoidali, a seconda del senso di avvolgimento delle particelle di solvente. Vista la peculiarità oggettiva (morfologica) delle particelle, i risultati ottenuti potrebbero fungere da banco di prova per un processo di 'enantioriconoscimento' assoluto. Dalle simulazioni abbiamo osservato che talune volte (non sempre. . . ) è possibile discriminare senza ambiguità i due enantiomeri (trattandosi di particelle elicoidali, essi vengono tipicamente individuati mediante i descrittori P ed M), È stato accertato che il veri carsi delle possibilità di enantiodiscriminazione dipende da determinate condizioni (che vengono dettagliatamente discusse nel Capitolo 4). L'idea e le simulazioni numeriche hanno altresì costituito prezioso materiale per un modello MF del fenomeno, in grado di consentire appunto, in linea di principio, la distinzione assoluta dei due enantiomeri (assunta nota l'elicità del solvente). Ciò è reso possibile dalla formulazione di un potenziale orientazionale sensibile alla chiralità, capace di tenere conto del senso di avvolgimento delle particelle elicoidali che si stanno considerando. Il modello elaborato viene presentato e discusso nel Capitolo 5: esso sembra essere particolarmente interessante, avendo anche, a nostro avviso, i requisiti necessari per essere, successivamente, ulteriormente migliorato e 'a nato' per la trattazione di sistemi reali. Per concludere, l'aspetto che maggiormente ci preme sottolineare quale ' loso a' che permea l'intero lavoro di Tesi, è quello di concepire le due metodologie, Molecular Field e Simulazioni Numeriche, come sinergiche (e pertanto non mutuamente esclusive, bensì complementari) una loro corretta applicazione potrebbe condurre il Ricercatore ad ampli carne l'e cacia ed allo stesso tempo aumentare la possibilità di 'innescare' nuove idee sulla base dei dati ottenuti.
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    Design and development of a flexible and low-cost electrochromic device for smart windows
    (Università della Calabria, 2022-05-10) Parisi, Francesco; Cipparrone, Gabriella; La Deda, Massimo
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    Design and quality control of drugs of natural and synthetic origin
    (2010) Oliverio, Filomena; Ragno, Gaetano; Gabriele, Bartolo
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    Design, synthesis and characterization of biologically active heterocyclic organic compounds
    (2018-04-13) Algieri, Vincenzo; Andò, Sebastiano; De Nino, Antonio
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    Design, synthesis and characterization of suitable nitrones for several synthetic applications
    (2013-11-21) Melicchio, Alessandro; Bartolino, Roberto; Gabriele, Bartolo; Maiuolo, Loredana
    The present work takes advance of nitrone chemistry flexibility in order to synthesize, on one hand, bisphosphonates containing N,O-carbocyclic nucleoside units with potential biological activity, starting from nitrones with functionalizable ester or methylen bisphosphonated groups. On the other hand, to synthesize suitable allyl cyclic nitrones undergoing 2-aza-Cope rearrangement in order to study the [3,3]-sigmatropic process that has been rarely detected until now with neutral molecules which are nitrones. The synthetic strategy that we used for the bisphosphonates compound involves the synthesis of suitable nitrones and subsequently 1,3-dipolar cycloaddition reaction between these substrates and various vinyl nucleobases that carries at formation of isoxazolidinyl nucleosides. We decided to synthesize them for their significant pharmacological properties that make them very appealing: they showed a considerable cytotoxic activity against several human cell lines and therefore they could be successfully employed as anticancer drugs. Furthermore, bisphosphonates can be considered as stable analogs of pyrophosphate, that is implied in the physiological regulation of bone calcification and resorption. Moreover, during the staying at the University of Zaragoza in Spain, a synthesis of suitable cyclic allyl nitrones was carried out. In general aza-Cope rearrangements have attracted great interest because of the ubiquitous presence of nitrogen-containing structures in natural and biological products as well as synthetic intermediates. These compounds give rise to 2-aza-Cope rearrangement and we reported a full experimental study based on NMR kinetic experiments of the activation energies required for both neutral and catalyzed 2-aza- Cope rearrangements of nitrones