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Silvia FRANCHINI
Professore Associato
Dipartimento Scienze della Vita sede ex Scienze Farmaceutiche Via Campi 103
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Insegnamento: Laboratorio di preparazione estrattiva e sintetica di farmaci
Chimica e tecnologia farmaceutiche (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito le conoscenze teoriche e applicative di base necessarie per la conduzione di una reazione di sintesi e per l’estrazione di composti di interesse farmaceutico da matrici vegetali. Lo studente avrà altresì acquisito la capacità critica per la scelta e l’ottimizzazione delle condizioni operative, tenendo in considerazione la sostenibilità ambientale. Lo studente sarà inoltre in grado di redigere report in linea con gli standard delle riviste scientifiche internazionali e di applicare le pratiche e i principi etici propri della ricerca scientifica.
Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito del presente percorso formativo.
Prerequisiti
Propedeuticità consigliate: Chimica Organica I e II.
Programma del corso
La scansione dei contenuti per numero di ore è da intendere come puramente indicativa.
APPARATI E PROCEDURE GENERALI (1.75 CFU):
Tecniche separative: cromatografia su strato sottile e su colonna (4 ore). Tecniche di estrazione liquido-liquido: uso dell’imbuto separatore (2 ore). Separazione di solidi da liquidi: filtrazione per gravità o in depressione. Purificazione di liquidi: distillazione semplice, frazionata e a pressione ridotta. Tecniche per la produzione del vuoto (2 ore). Purificazione di solidi: cristallizzazione e sublimazione; determinazione del grado di purezza: punto di fusione, HPLC, CHN, qNMR (2 ore). Tecniche di agitazione: elettromagnetica, meccanica, in flusso continuo; tecniche di riscaldamento: convenzionale, microonde; miscele frigorifere (2 ore). Apparati per reazioni speciali: idrogenazione, reazione con ammoniaca, reazioni che coinvolgono reattivi sensibili all’umidità e loro trasferimento (1 ora). Agenti anidrificanti per essiccamento di liquidi, gas e solidi (1 ora).
APPROCCIO GENERALE ALLA SINTESI DI UN COMPOSTO (2.5 CFU). Schede di sicurezza, tabella reagenti, monitoraggio, quencing, work-up e purificazione. Discussione di procedure sperimentali prese da articoli scientifici. Il problema delle reazioni collaterali, chemoselettività, ottimizzazione di una reazione. Modalità operative per la conduzione di reazioni in ambiente anidro e atmosfera inerte (10 ore). La sintesi di un prodotto in letteratura. SciFindern: ricerca on-line individuale per sostanza, per reazione, approccio retrosintetico (4 ore). Esempi di chimica combinatoriale in soluzione e in fase solida applicata al Drug Discovery (2 ore). Piattaforme sintetiche innovative (1 ora). Una parte delle lezioni teoriche sarà dedicata alla discussione e commento dei risultati ottenuti nelle esercitazioni di laboratorio (4 ore).
SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE e APPROCCI ETICI (0.75 CFU). Introduzione al concetto OneHealth. Distribuzione dei farmaci nelle acque (2 ore). Approccio di green chemistry per la sintesi del paracetamolo e altra sostanza di interesse farmaceutico (2 ore). Etica della professione (2 ore).
BASI TEORICHE DEI PROCESSI DI ESTRAZIONE (1 CFU). Classificazione dei solventi e loro scelta in funzione della natura dei composti da estrarre (1 ora). Estrazione di composti a carattere basico di interesse farmaceutico (alcaloidi) (1 ora). Estrazione di composti a carattere acido di interesse farmaceutico (acidi cannabinoici) (1 ora).Tecniche di estrazione solido-liquido: macerazione, estrazione con ultrasuoni, estrazione con apparecchio Soxhlet (1 ora). Nuove tecniche di estrazione (2 ore): estrazione accelerata con solventi, estrazione con solventi assistita da microonde, estrazione con fluidi supercritici.Tecniche di estrazione degli oli essenziali (1.5 ore). Purificazione dei principi attivi dagli estratti (0.5 ore).
ATTIVITÀ DI LABORATORIO:
PARTE GENERALE (0.7 CFU). Separazione di una miscela di composti mediante estrazione liquido-liquido (4 ore). Purificazione mediante cromatografia preparativa su colonna (4 ore) e cristallizzazione (1 ora)
SINTESI MULTISTEP IN FASE LIQUIDA (2 CFU). Sintesi del paracetamolo: nitrazione (4 ore), riduzione (7 ore), acetilazione (4 ore). Sintesi di un calcone (4 ore) e sintesi del trifenilmetanolo (4 ore).
ELABORAZIONE DI UN PROGETTO (0.3 CFU): lo studente è tenuto a consegnare un elaborarato di gruppo nel quale dovrà descrivere come realizzare in laboratorio le reazioni riportate nella pubblicazione assegnata .
TECNICHE DI ESTRAZIONE (1 CFU). Estrazione, purificazione e caratterizzazione di principi attivi naturali (alcaloidi chinolinici 4 ore, cannabinoidi acidi 4 ore, oli essenziali 4 ore).
Ciascuna esercitazione prevede la consegna del report individuale
Metodi didattici
L’insegnamento prevede lezioni teoriche (6 CFU, 48 ore) che vengono svolte in presenza con l’ausilio di mezzi audiovisivi (presentazioni in Power Point e brevi filmati) ed esercitazioni a posto singolo (4 CFU, 48 ore). Prima di ciascuna esercitazione lo studente è tenuto a svolgere indivudualmente un’attività pre-lab che consta nella pre-compilazione e stampa del report di laboratorio (parte generale e calcoli stechiometrici), nella visione dei video-tutorial in lingua inglese relativi alle tecniche utilizzate nella esercitazione e nella esecuzione dei relativi quiz di auto-apprendimento. Le esercitazioni di laboratorio prevedono l’utilizzo di un approccio interattivo e problem solving, volto a sviluppare la capacità critica dello studente. Al termine di ciascuna esercitazione lo studente è tenuto a consegnare al docente il report individuale che verrà restituito corretto. Una parte delle lezioni teoriche sarà dedicata alla discussione dei risultati ottenuti nelle esercitazioni, mediante apprendimento collaborativo in piccoli gruppi e restituzione in aula, a cui seguirà il commento del docente. Una parte delle lezioni teoriche sarà altresì dedicata alla conoscenza della piattaforma SciFinder, mediante esercitazioni individuali in aula, finalizzate allo svolgimento di un lavoro di progetto (esercitazione nella quale lo studente dovrà scegliere, in autonomia, i reagenti e le condizioni di reazione) e alla elaborazione di un progetto (elaborato di gruppo). Infine gli studenti avranno modo di partecipare ad un gioco di ruolo sulle tematiche della green chemistry ed etica professionale.
La frequenza alle lezioni è obbligatoria e la attestazione di frequenza viene accordata se la presenza raggiunge almeno al 75% delle lezioni erogate e almeno l’80% delle ore di laboratorio. Valori di frequenza inferiori a tale soglia non permettono di ottenere la attestazione di frequenza e l’iscrizione agli appelli di esame per la verifica dell’apprendimento. La rilevazione delle presenze viene attuata tramite registro firme o metodi informatici messi a disposizione dall’Ateneo.
L’insegnamento è erogato in lingua italiana.
Testi di riferimento
Costantino L, Barlocco D. Laboratorio di preparazione estrattiva e sintetica dei farmaci. Aracne editrice 2017
Materiale didattico fornito dai docenti, che sarà disponibile sulla piattaforma di Ateneo
Verifica dell'apprendimento
L’esame finale consta di una prova scritta composta da 10 esercizi (tempo a disposizione 90 minuti), dei quali 8 sulla parte di sintesi e 2 sulla parte di estrazione, che mira a verificare le conoscenze di base quali compilazione della tabella reagenti, calcolo della resa di un processo estrattivo e sintetico, determinazione della purezza, separazione di composti organici sulla base delle caratteristiche acido-basiche o della solubilità. Durante lo svolgimento della prova è consentito unicamente l’uso della calcolatrice. Il docente fornirà agli studenti il materiale didattico utile per sostenere la prova. Se la prova scritta è superata (punteggio ≥8/10) si è ammessi alla prova orale. I risultati della prova scritta saranno visibili dallo studente il giorno dello svolgimento dell’esame orale o previo appuntamento con il docente.
La prova orale verterà sulla lettura e commento di un articolo scientifico in lingua inglese e su domande inerenti il programma del corso, incluse le esercitazioni. In particolare verrà valutata la proprietà di linguaggio, la capacità critica riguardo alle metodiche e ai dati sperimentali riportati, la capacità di applicare le conoscenze acquisite e collegare i vari argomenti.
Al voto finale concorrerà l’interrogazione orale (60%) e l’attività svolta in laboratorio (40%), in particolare il report di laboratorio, l’elaborato di gruppo, la capacità collaborativa e il livello di autonomia raggiunto.
Risultati attesi
A. Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza e comprensione dei principali aspetti pratici legati alla sintesi di nuove molecole e alla estrazione di principi attivi di interesse farmaceutico da fonti vegetali.
B. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Capacità di applicare tali conoscenze per affrontare i problemi nella manipolazione di sostanze chimiche per l’ottenimento del prodotto desiderato e per una sua corretta caratterizzazione.
C. Autonomia di giudizio: capacità di organizzare l’esperienza in modo autonomo, responsabile e nel rispetto dei principi di sostenibilità, facendo attenta valutazione della via di sintesi e di estrazione da applicare, della scelta della procedura di purificazione, della corretta interpretazione dei dati e della compilazione del report di laboratorio.
D. Abilità comunicative: capacità di comunicare con un linguaggio appropriato i risultati sperimentali ottenuti in forma scritta (report di laboratorio) e orale.
E. Capacità di apprendimento: acquisizione degli strumenti metodologici per intraprendere con alto grado di autonomia studi successivi quali dottorati di ricerca e tirocini formativi in laboratori italiani ed esteri, e percorsi professionali in ambito di ricerca.