87605 - METODOLOGIE SPERIMENTALI PER LA PREPARAZIONE DI FARMACI (GrB)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, che prevede anche esercitazioni di laboratorio a posto singolo, lo studente conosce: - i concetti di base relativi alle strategie sintetiche utilizzate nei laboratori di ricerca ed industriali per la scoperta e sviluppo di nuovi farmaci ed alle procedure di laboratorio correlate; - gli aspetti fondamentali riguardanti le tecniche della chimica farmaceutica pratica, le metodologie classiche ed innovative per la sintesi di singole piccole molecole aventi attività biologica, o di collezioni di molecole e per l'estrazione di prodotti di origine naturali. Inoltre lo studente: - è in grado di comprendere una procedura sperimentale per la sintesi e la caratterizzazione di una singolo composto o di librerie di composti; - sa progettare strategie sintetiche per la preparazione di nuovi farmaci, valutando i possibili rischi chimici correlati e sa condurre in pratica l'esperimento; - ha la capacità di consultare la letteratura scientifica prima dell'esperimento e di riportare i risultati sperimentali ottenuti.

Contenuti

Lezioni teoriche

MODULO 1

Nozioni di sicurezza nel laboratorio chimico. Tecniche ed apparati: vetreria, apparecchiature con giunti intercambiabili di uso generale in chimica organica preparativa: cura e manutenzione. Raffreddamento e riscaldamento delle miscele di reazione. Metodi di agitazione. Tecniche di isolamento e purificazione: Purificazione di solidi. Decolorazione. Filtrazione per gravità e sottovuoto: filtri di profondità e filtri di superficie. Cristallizzazione, riprecipitazione. Tecniche cromatografiche, cromatografia di adsorbimento: cromatografia su strato sottile, cromatografia su colonna in gel di silice, flash column chromatography. Sintesi di librerie di molecole, chimica combinatoriale, sintesi in fase solida. Protocollo per il quaderno di laboratorio. Reazione di Wittig e sintesi di 9-(2-feniletenil)antracene. Reazione di Hantzsch e sintesi di nifedipina. Reazione di acetilazione e sintesi di acido acetilsalicilico. Reazione di Pabon e sintesi di curcumina. Condensazione aldolica e sintesi di una libreria di calconi. Reazione di esterificazione e sintesi di benzoato di metile. Reazione di sostituzione nucleofila e sintesi di 4-(4-metossifenossi)benzaldeide. Sintesi di una libreria di fenilidrazoni. Reazione di Grignard. Agenti riducenti e Reazioni di riduzione. Reazioni che prevedono formazione di acqua e impiego di Dean Stark Trap.

MODULO 2

Concetti di green and sustainable manufacturing nell’industria farmaceutica. Esempi di approcci green alla produzione di principi attivi.

MODULO 3

Teoria dell'estrazione. Classificazione estratti. Estrazioni con solventi. Diagramma ternario. Coefficiente di estrazione, coefficiente di distribuzione. Estrazione acido-base liquido-liquido. Estrazione in controcorrente. Estrazione con liquidi ioni e con misceli eutettiche. Estrazioni con sistemi acquosi a due fasi basate su liquidi ionici. Estrazione solido–liquido in continuo (soxhlet). Estrazione in fase solida. Sistemi a cartuccia singola e multipla. Microestrazione in fase solida. Estrazione accelerata con solventi pressurizzati. Estrazione con fluidi supercritici. Estrazione con ultrasuoni Estrazione assistita con microonde. Essiccamento di solidi, essiccamento di apparati. Reazioni anidre. Essiccazione di liquidi e di soluzioni di composti organici in solventi organici: agenti essiccanti. Distillazione. Evaporatore rotante. Distillazione in corrente di vapore. Distillazione frazionata: a pressione atmosferica ed a pressione ridotta. Purificazione dei comuni solventi organici. Reazioni di coupling.

Esperienze di laboratorio

MODULO 4

Reazione di Wittig e sintesi di 9-(2-feniletenil)antracene. Reazione di Hantzsch e sintesi di nifedipina. Reazione di acetilazione e sintesi di acido acetilsalicilico. Reazione di Pabon e sintesi di curcumina. Condensazione aldolica e sintesi di una libreria di calconi. Reazione di esterificazione e sintesi di benzoato di metile. Reazione di sostituzione nucleofila e sintesi di 4-(4-metossifenossi)benzaldeide. Sintesi di una libreria di fenilidrazoni. Reazione di Grignard. Reazione di riduzione. Reazioni che prevedono formazione di acqua. Reazione di coupling.

MODULO 5

Reazioni assistite da microonde: sintesi green dell’aspirina. Riduzione biocatalitica dell’acetoacetato di etile.

MODULO 6

Purificazione per estrazione della BOC-prolina ottenuta per sintesi. Estrazione, purificazione e determinazione quantitativa del betacarotene dal Lycospericon esculentum. Estrazione della trimiristina dalla Myristica fragrans. Estrazione di flavonoidi e dell'olio essenziale dai capolini essiccati di Matricaria camomillae. Estrazione e determinazione quantitativa della nicotina dalla foglie essiccate di Nicotiniana tabaccum. Estrazione in fase solida e determinazione quantitativa delle xantine dalle foglie essiccate di Thea sinensis. Estrazione in fase solida con colonne DPA-6S dei curcuminoidi dalla radice polverizzata di Curcuma longa.

Testi/Bibliografia

MATERIALE PER LO STUDIO

Slides presentate e discusse durante le lezioni frontali

Articoli di letteratura scientifica presentati e discussi durante le lezioni frontali

Materiale video e similari

Dispensa delle esercitazioni pratiche di laboratorio.

MATERIALE DI APPROFONDIMENTO

1) VOGEL. CHIMICA ORGANICA PRATICA. CASA EDITRICE AMBROSIANA, SECONDA EDIZIONE, MILANO 1988 2) R. M. ROBERTS, J.C. GILBERT, S. F. MARTIN. CHIMICA ORGANICA SPERIMENTALE. ZANICHELLI, BOLOGNA 2003 3) A.J. HANDELY. EXTRACTION METHODS IN ORGANIC ANALYSIS. SHEFFIELD ACADEMIC PRESS, CANADA 1999 4) D.L. PAVIA, G. M. LAMPMAN, G.S. KRIZ. IL LABORATORIO DI CHIMICA ORGANICA, EDIZIONI SORBONA , MILANO 1994 5) P.M. DEWICK. CHIMICA, BIOSINTESI E BIOATTIVITA' DELLE SOSTANZE NATURALI. PICCIN, PADOVA 2000 6) MARCO D'ISCHIA LA CHIMICA ORGANICA IN LABORATORIO PICCIN PADOVA 2002 LUCIDI, CD, APPUNTI DI LEZIONI, COPIE DI ARTICOLI INERENTI GLI ARGOMENTI DI LEZIONE ADVANCED PRATICAL ORGANIC CHEMISTRY THIRD EDITION LEONARD LYGO PROCTER CRC PRESS

Metodi didattici

Il corso prevede lezioni teoriche ed esercitazioni in laboratorio, entrambi a frequenza obbligatoria ed èsuddiviso in sei moduli didattici di cui tre prevedono esercitazioni di laboratorio a posto singolo relative agli argomenti del programma. Per permettere una migliore fruizione del laboratorio, gli studenti saranno divisi in due gruppi (gruppo A e gruppo B) che svolgeranno le esercitazioni in turni successivi.

Le lezioni teoriche sono volte a fornire allo studente le nozioni di teoriche alla base di varie strategie per lasintesi, purificazione e caratterizzazione strutturale di piccole molecole organiche (MODULI 1 e 2), ed estrazione, purificazione e caratterizzazione strutturale dei maggiori componenti contenuti nelle droghevegetali (MODULO 3).

Le esercitazioni di laboratorio vengono svolte dagli studenti singolarmente. Lo studente è supportato dal docente e dal tutor nello svolgimento delle esperienze di laboratorio al fine di conseguire una maggiore autonomia pratica. Lo studente annoterà in un quaderno di laboratorio personale le esercitazioni pratichesvolte descrivendo e commentando i risultati ottenuti. Il quaderno verrà poi esaminato dal docente per le eventuali correzioni e osservazioni. L'attività di laboratorio viene svolta con l'assistenza di tecnici di laboratorio al fine di sensibilizzare gli studenti ad operare nel rispetto delle norme di sicurezza.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica finale del Corso è volto ad accertare il raggiungimento dei seguenti obiettivi didattici: conoscenza dei concetti di base relativi alle strategie sintetiche utilizzate nei laboratori di ricerca ed industriali per la scoperta e sviluppo di nuovi farmaci ed alle procedure di laboratorio correlate; conoscenza degli aspetti fondamentali riguardanti le tecniche della chimica farmaceutica pratica e delle metodologie classiche ed innovative per la sintesi di piccole molecole biologicamente attive;

conoscenza delle metodiche per la purificazione, identificazione e la caratterizzazione strutturale delle sostanzesintetizzate, conoscenza delle metodiche per l'estrazione di prodotti di origine naturale. Lo studente dovrà dimostrare di aver conseguito un buon livello di apprendimento della materia tale da poter integrare le nozioni acquisite con quelle degli anni precedenti, in modo da poter affrontare i corsi degli anni successivi.

Le date d’appello dei tre moduli sono le stesse e l’iscrizione all'esame si effettua tramite AlmaEsami: https://almaesami.unibo.it/almaesami/welcome.htm . La prova orale di ogni modulo può essere sostenuta secondo gli appelli programmati anche in date diverse. L’ordine delle prove orali può essere scelto dallo studente.

La verifica dell'apprendimento è attuata tramite: a) una prova pratica di laboratorio, effettuata al termine delle esercitazioni a posto singolo, b) ed esame orale.

In dettaglio: a) al termine delle esercitazioni del MODULO 4 viene svolta una prova pratica per verificare il grado di apprendimento acquisito dallo studente e consiste nell'esecuzione di una sintesi selezionate tra quelle già eseguite durante il corso pratico di laboratorio, corredata da una relazione finale. A tale prova che ha validità illimitata nel tempo ed è propedeutica all'esame orale, non viene attribuito un voto, ma essa concorre comunque al conseguimento del voto finale . b) La prova orale consiste in quesiti specifici su argomenti inerenti gli obiettivi del Corso ed è organizzata come segue:

MODULO 1. Lo studente dovrà dunque dimostrare una piena capacità nell'affrontare e risolvere un serie di problematiche sperimentali che verranno presentate in sede di esame, dove dovrà dimostrare capacità di comunicazione grazie anche all'utilizzo della terminologia corrette ed appropriata.

Verranno posti quesiti specifici su argomenti trattati durante il corso. Nello specifico  il primo quesito sarà relativo ad un’esperienza di laboratorio (si prenderà spunto dal quaderno di laboratorio che gli studenti avranno compilato descrivendo e commentando le esperienze pratiche); il secondo quesito, volto ad accertare il livello di preparazione teorica, riguarderà gli aspetti teorici e strumentali alla base delle varie esperienze di laboratorio.

MODULO 2: la prova orale consiste in una discussione di un articolo scientifico a scelta dello studente, inerente gli argomenti trattati durante il corso.

MODULO 3: la prova orale consiste in un colloquio su una tesina scritta riguardante un argomento trattato durante il corso.

Il voto finale dell'intero Corso viene calcolato come media ponderata tra le votazioni riportate nelle prove orali e l'accertata idoneità conseguita nelle prove pratiche di laboratorio.

Gli studenti ai quali il Consiglio convalida la firma di frequenza acquisita nella carriera pregressa devono superare la prova pratica di laboratorio prima di sostenere la prova orale.

 

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni saranno svolte con il supporto dei comuni mezzi audiovisivi quali sistema videoproiettore-PC. Le slides presentate durante le lezioni frontali sono rese disponibili agli studenti sul sito insegnamenti online (IOL) https://iol.unibo.it/, username e password sono riservati ai soli studenti iscritti all'Università di Bologna.

Le esercitazioni pratiche verranno svolte dagli studenti in laboratori didattici a posto singolo, appositamente attrezzati con le strumentazioni e i materiali (reattivi) necessari per la sintesi di molecole organiche e l’estrazione di sostanze da piante vegetali.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Federica Belluti

Consulta il sito web di Maria Laura Bolognesi

Consulta il sito web di Maria Laura Bolognesi

Consulta il sito web di Alberto Leoni

Consulta il sito web di Alberto Leoni