(su queste tematiche sono anche individuabili numerosi argomenti adatti per tesi di laurea triennale e magistrale. Per informazioni contattatemi!)
Elettroanalisi ed elettrochimica chirale; elettrodi chirali, sensori chirali; collegamenti tra elettroanalisi chirale, spettroscopia chirale e spintronica.
La chiralità è una proprietà ubiquitaria nel mondo che ci circonda, e di fondamentale importanza per la nostra vita. Una molecola chirale (dal greco “cheir” mano) esiste, come le nostre mani, in due forme speculari (“enantiomeri”) che hanno identiche proprietà chimico fisiche tranne che quando si trovano in un contesto a sua volta chirale enantiopuro, come in molti tipi di interazione col nostro organismo. Così i due enantiomeri di uno stesso principio attivo chirale possono avere diversi effetti farmacologici, o diversi sapori, o diverso profumo.
Poter distinguere, in senso analitico o/e preparativo, tra gli enantiomeri di una molecola chirale, è estremamente importante in campo sia scientifico sia applicativo, nei settori biomedico/farmaceutico, degli alimenti, delle fragranze, della spintronica…. Tra i vari approcci allo studio nei gruppi di ricerca, quello elettrochimico/elettroanalitico può diventare competitivo rispetto agli onerosi metodi di corrente utilizzo (soprattutto cromatografico), permettendo di distinguere o/e attivare selettivamente l’uno o l’altro enantiomeri di molecole elettroattive chirali semplicemente in base ad una differenza di potenziale.
Per questo occorre naturalmente rendere chirale l’interfase elettrodo/soluzione dove avviene il processo di trasferimento elettronico su cui sono basati il riconoscimento/l’attivazione della molecola chirale.
Il nostro laboratorio da anni studia con successo, in collaborazione con colleghi specialisti nella progettazione e sintesi di molecole chirali, l’implementazione di selettori chirali (i) sulla superficie dell’elettrodo (in particolare, per elettrooligomerizazione da monomeri “inerentemente chirali” di chiralità particolarmente potente) o nel mezzo, in particolare utilizzando mezzi avanzati altamente strutturati all’interfase, quali liquidi ionici chirali o deep eutectic solvents chirali.
Si sono ottenuti moltissimi esempi di eccellente enantiodiscriminazione di molecole chirali di struttura anche molto diverse in termini di ampie differenze di potenziale; i risultati, come dimostrano le numerose pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali di alto livello, sono di grande interesse sia applicativo (essendo le molecole chirali studiate di interesse nel campo dei farmaci e degli alimenti), sia fondamentale. Infatti studi di opportune serie sistematiche stanno fornendo preziose indicazioni sul meccanismo di riconoscimento per la progettazione di nuovi selettori e protocolli applicativi. Inoltre stanno emergendo affascinanti collegamenti tra voltammetria chirale, spettroscopia chirottica e effetti di spin/magnetoelettrochimica (con l’attraente prospettiva di utilizzare i selettori inerentemente chirali quali spin filtri molecolari di elevate prestazioni).
Elettroanalisi ed elettrochimica di, e in, liquidi ionici e deep eutectic solvents, specialmente chirali
I liquidi ionici e i deep eutectic solvents sono due famiglie di mezzi innovativi che stanno riscuotendo molto interesse da parte della comunità scientifica. I liquidi ionici sono sali molecolari liquidi a temperatura ambiente mentre i deep eutectic solvents sono miscele generalmente binarie di due componenti (spesso molto comuni e a basso costo, e anche di origine naturale, spesso quindi anche chirali) che hanno peculiari interazioni reciproche così da formare un eutettico con un punto di fusione molto più basso di quello teorico. Le due famiglie sono caratterizzate da bassa o nulla volatilità e infiammabilità, elevata viscosità che consente un maggiore controllo in vari processi, e possibilità di ampia modulabilità delle loro caratteristiche (“designer solvents”), capacità di estrazione di molte sostanze interessanti applicativamente…. Per l’elettrochimica e l’elettroanalisi sono interessanti anche perché possono essere contemporaneamente solvente ed elettrolita e perché hanno all’interfase elettrodo|soluzione una struttura molto ordinata e “modellabile”, che consente un eccezionale controllo del processo.
Nel nostro laboratorio stiamo sviluppando applicazioni avanzate di questi mezzi, per l’elettroanalisi chirale (tematica precedente) e per l’elettroanalisi applicata ai beni culturali.
Elettroanalisi per lo studio di molecole, mezzi e dispositivi innovativi e intelligenti per applicazioni nel campo della sensoristica, optoelettronica, spintronica, energetica
L’elettroanalisi è una preziosa risorsa per valorizzare nuove molecole e materiali, mettendone in luce tante interessanti proprietà!
Utilizzando le tecniche elettroanalitiche, in particolare voltammetria, spettroscopia d’impedenza elettrochimica, microbilancia elettrochimica al quarzo, spettroelettrochimica, fotoelettrochimica… si possono ottenere importanti informazioni su molecole e materiali molecolari innovativi per l’optoelettronica, il fotovoltaico, la sensoristica…, preziose per ottimizzarne progettazione, sviluppo e implementazione in dispositivi avanzati. Tra gli esempi studiati in collaborazione con diversi gruppi di ricerca di chimica organica e inorganica: molecole, materiali molecolari e mezzi innovativi chirali (già descritti sopra); Semiconduttori e polimeri conduttori per la sensoristica, l’energetica e il fotovoltaico; complessi luminescenti per OLED; complessi e molecole push-pull da usarsi come sensibilizzatori per celle solari organiche.
Elettrodi elettrocatalitici (soprattutto Ag e Au) per applicazioni elettroanalitiche, ambientali ed elettrosintetiche
Gli alogenuri organici sono una classe di molecole fondamentale da un punto vista sia preparativo (come reagenti o intermedi in numerosi protocolli sintetici), sia analitico/ambientale (appartengono alla classe degli alogenuri organici molti tra i priority organic pollutants, presenti anche nelle acque lombarde, e di cui é urgente sviluppare protocolli di monitoraggio e abbattimento). Sono inoltre da molti anni modelli di elezione da parte di autorevoli gruppi di ricerca per lo studio di relazioni struttura proprietà nei trasferimenti elettronici dissociativi.
Per anni abbiamo lavorato allo studio dell’attivazione elettrochimica del legame carbonio alogeno con tanti tipi di alogenuri organici e in mezzi diversi, in condizioni non catalitiche e catalitiche; in particolare ci siamo concentrati sull’evidenziazione e razionalizzazione delle straordinarie proprietà catalitiche di elettrodi di metalli nobili quali Ag e Au, per la elettroriduzione selettiva e in condizioni blande del legame carbonio alogeno. Tali proprietà si possono vantaggiosamente sfruttare per facilitare (i) la rilevazione e discriminazione analitica di queste molecole, (ii) la loro attivazione in condizioni blande e talvolta con prodotti diversi, (iii) la loro selettiva dealogenazione in condizioni blande per facilitarne poi l’abbattimento (in caso di alogenuri inquinanti)
Elettroanalisi applicata al campo alimentare, farmacologico, biologico.
Le tecniche elettroanalitiche (conduttimetria, potenziometria, amperometria, voltammetria…) sono fondamentali per il controllo qualità e di processo nei campi alimentare e farmacologico, offrendo la possibilità di monitorare un’ampia gamma di fondamentali parametri chimico fisici.
A questa base generale si aggiunge la nostra specifica competenza sulla chiralità: poiché in questi campi applicativi molte molecole d’interesse sono chirali, un obiettivo importante è discriminarne gli enantiomeri con metodo diretto e attuabile con strumentazione economica e portatile.
Elettroanalisi applicata al campo dei beni culturali.
Recentissimamente abbiamo iniziato a sviluppare metodi e protocolli estremamente innovativi per applicare vantaggiosamente l’elettroanalisi voltammetrica allo studio di coloranti e pigmenti d’interesse nel campo dei beni culturali.
Fondamenti e protocolli di elettroanalisi, in particolare su pH, potenziali elettrodici, elettrodi di riferimento, coefficienti di attività, ponti salini…anche in mezzi complessi o non convenzionali.
La chimica fisica delle soluzioni e degli elettrodi e la sua applicazione per l’estensione di protocolli delle tecniche analitiche di base a casi complessi e/o non convenzionali è una nostra salda tradizione, importante in sè e come prezioso fondamento per il rigore metodologico delle altre nostre linee di ricerca.