- Oggetto:
- Oggetto:
Sintesi di farmaci
- Oggetto:
DRUG SYNTHESIS
- Oggetto:
Anno accademico 2023/2024
- Codice attività didattica
- STF0026
- Docenti
- Donatella Boschi (Titolare)
Katia Martina (Titolare)
Agnese Chiara Pippione (Titolare) - Corso di studio
- [f003-c504] laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche - a torino
- Anno
- 4° anno
- Periodo
- Secondo semestre
- Tipologia
- Affine o integrativo
- Crediti/Valenza
- 7
- SSD attività didattica
- CHIM/08 - chimica farmaceutica
- Erogazione
- Tradizionale
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- In parte obbligatoria
- Tipologia esame
- Orale
- Prerequisiti
- Programma di Chimica Organica I e II: la conoscenza dei meccanismi che governano le reazioni di chimica organica è essenziale per comprendere appieno la loro fattibilità pratica in laboratorio. E’ inoltre necessario conoscere le tecniche spettroscopiche e analitiche trattate durante l'insegnamento Metodi Fisici in Chimica Organica e Analisi dei Farmaci II (NMR, MS, IR, tecniche separative quali TLC e HPLC) per poter determinare la struttura e la purezza dei composti. Tali tecniche verranno utilizzate nella parte pratica dell'insegnamento. Per affrontare l’esperienza in laboratorio è necessario avere acquisito le principali nozioni di sicurezza e manualità. La frequenza ai laboratori di Analisi dei Farmaci I e II (o laboratori affini per chi proviene da altri corsi di Laurea) è necessariamente richiesta.
Organic Chemistry Program I and II: knowledge of the mechanisms governing organic chemistry reactions is essential to fully understand their practical feasibility in the laboratory. It is also necessary to know the spectroscopic and analytical techniques covered during the Physical Methods in Organic Chemistry and Drug Analysis II course (NMR, MS, IR, separation techniques such as TLC and HPLC) in order to determine the structure and purity of the compounds. These techniques will be used in the practical part of the course. To face the experience in the laboratory it is necessary to have acquired the main notions of safety and manual dexterity. Attendance at the Drug Analysis laboratories I and II (or similar laboratories for those coming from other degree courses) is necessarily required.
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di insegnare le strategie sintetiche classiche ed avanzate unitamente alle tecniche analitiche e spettroscopiche necessarie per la progettazione, l'ottenimento e la caratterizzazione chimico-fisica di farmaci noti e di nuovi composti biologicamente attivi. L'insegnamento prevede sia attività teoriche che pratiche. Gli studenti lavoreranno in modo indipendente e in piccoli gruppi per imparare a utilizzare i moderni metodi sintetici per preparare i composti pianificando ed eseguendo la loro sintesi. I gruppi dovranno gestire il proprio tempo e le proprie risorse in laboratorio e coordinarsi per produrre una relazione finale e una presentazione. Verranno discusse tecniche di sintesi sostenibili condotte nel rispetto dei principi della Green chemistry.
The course aims to teach the classic and advanced synthetic strategies together with the analytical and spectroscopic techniques necessary for the design, the obtainment and the chemical-physical characterization of known drugs and new biologically active compounds. The course include both theoretical and practical activities. Students will work independently and in small teams to learn how to use modern synthetic methods to prepare compounds planning and executing their synthesis. Groups will need to manage their time and resources in the laboratory and coordinate to produce a final report and presentation. Sustainable synthesis techniques conducted in compliance with the principles of Green chemistry will be discussed.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine dell'insegnamento gli studenti conosceranno le moderne basi razionali di progettazione e sintesi di nuovi farmaci.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Ottenerranno in laboratorio un composto organico di interesse farmaceutico ed effettueranno le analisi chimiche per determinarne struttura e purezza.
Autonomia nella produzione intellettuale e nel giudizio critico: Saranno in grado di interpretare i risultati delle analisi chimiche necessarie per confermarne la struttura e la purezza.
Soft skills:
Comunicare con chiarezza e buona padronanza di linguaggio concetti anche piuttosto complessi di chimica organica, relativi alle esperienze effettuate in laboratorio.
On completion of the module a student should be able to:
- Obtain an organic compound of pharmaceutical interest in the laboratory.
- Obtain and act upon safety and hazard information for chemicals.
- Perform a range of practical techniques in organic synthesis.
- Work as a team to efficiently execute multi-step synthesis of several compounds.
- Purify compounds using christalization and distillation technics.
- Measure and interpret analytical data for small organic molecules.
- Oggetto:
Programma
A) LEZIONI FRONTALI
1) Attrezzatura di un laboratorio di sintesi organica
2) Tecniche di riscaldamento: Piastre riscaldanti con o senza termostato, Bagni, Mantelli riscaldanti, Phon, Stufe.
3) Tecniche di raffreddamento: bagni refrigeranti, criostati, frigoriferi, apparecchi per condensazione di vapori.
4) Tecniche di agitazione: agitatori meccanici, agitatori magnetici, sonicatori.
5) Sistemi di produzione e misura del vuoto. Pompe: a fluido motore, meccaniche, a condensazione, ad adsorbimento. Vacuometri: a misura diretta (manometro Bourdon, manometro a Hg), a misura indiretta: a resistenza, a termocoppia, a ionizzazione.
6) Purificazione ed essiccamento dei solventi. Agenti essicanti. Distillazione in continuo. Sotto pressione per filtrazione su allumina ad opera di gas inerti. Essiccamento si solventi di uso comune.
7) Purificazione, essiccamento e manipolazione di reagenti. Reagenti stabili non tossici. Reagenti stabili ma tossici o con odore sgradevole. Reagenti che si decompongono a contatto con l’umidità o l’aria. Reagenti che decompongono in modo esplosivo o piroforico a contatto con l’umidità o l’aria. Tecniche per anidrificare e purificare i reagenti (liquidi e solidi). Tecniche di manipolazione e misura reagenti in atm inerte. Stoccaggio e trasferimento di un liquido o di un solido in atm inerte.
8) Gas: trasporto, immagazzinamento, prelievo, preparazione in laboratorio (H2S, CO2, HCl), misura.
9) Conduzione della reazione.
10) Monitoraggio della reazione TLC, HPLC, GS, UV, NMR.
11) Procedure sintetiche particolari. Controllo di parametri fisici che possono influenzare la reazione: uso di equilibri sfavoriti (Dean Stark). Reazioni sotto pressione (idrogenazioni). Reazioni fotochimiche. Reazioni sensibili all’aria.
12) Spegnimento della reazione.
13) Elaborazione ed isolamento del prodotto grezzo (work up). Filtrazione. Estrazione (normale ed in continuo). Liofilizzazione.
14) Purificazione del prodotto: Cristallizzazione.
15) Purificazione del prodotto: Distillazione. Distillazione semplice a pressione atmosferica. Distillazione frazionata. Distillazione azeotropa. Distillazione a pressione ridotta. Distillazione in corrente di vapore.
16) Purificazione del prodotto: Tecniche cromatografiche a fini preparativi (flash cromatografia, MPLC, HPLC preparativo).
17) Caratterizzazione del composto grezzo attraverso le principali tecniche spettroscopiche e di analisi elementare
18) Procedure sintetiche in assenza di solvente o in acqua.
19) Irraggiamento ad Ultrasuoni e microonde in protocolli sintetici in cui i tempi di reazione e le rese sono ottimizzati in presenza di condizioni di reazione non convenzionali.
20) Meccanochimica: sintesi in mulino planetario e vibrazionale.
21) Utilizzo di catalizzatori di ultima generazione per sviluppo di protocolli sintetici a basso impatto ambientale. utilizzo di catalisi in omogeneo o in fase eterogenea.
22) La letteratura chimica e la ricerca bibliografica.
23) La registrazione dei dati di un esperimento.
B) Esercitazioni pratiche:
Sintesi e caratterizzazione chimico-analitica di una serie di farmaci e loro precursori (benzidrolo, benzoino, benzile, 5,5-difenilidantoina, p-nitroacetanilide, p-nitroanilina, adipato dietilico, ciclopentanoncarbossilato di etile, aspirina, estrazione della caffeine dal the, cicloesanone, modafinil e suoi precursori).
Gli studenti saranno divisi a coppie ed effettueranno in laboratorio la sintesi di alcune molecole spiegate nella prima parte dell'insegnamento. Sarà fornito loro materiale didattico attraverso il portale Moodle per il corretto allestimento del loro primo esperimento. Una volta effettuato l’esperimento, spiegheranno alle altre coppie come ripeterlo, fornendo ai colleghi gli strumenti, didattici e non, per ripetere l’esperimento in maniera adeguata. Ogni coppia effettuerà 3 o 4 reazioni. La buona riuscita dell’esperienza dipenderà, fra le altre cose, anche dalla collaborazione tra gli studenti che diventeranno, per 6 giorni, colleghi di laboratorio. Tale esperienza mimerà le dinamiche di ogni luogo lavorativo in cui è prevista attività scientifica laboratoriale.
1) Equipment of an organic synthesis laboratory
2) Techniques for heating the reactions: Bunsen, Meker lamp, Heating plates with or without thermostat, Bathrooms, Heating mantles, Phon, Stoves.
3) Cooling techniques: refrigerating baths, cryostats, refrigerators, appliances for condensing vapors.
4) Stirring techniques: mechanical stirrers, magnetic stirrers, sonicators.
5) Production and measurement systems for vacuum. Pumps: motor fluid, mechanical, condensing, adsorption. Vacuum gauges: direct measurement (Bourdon pressure gauge, Hg pressure gauge), indirect measurement: resistance, thermocouple, ionization.
6) Purification and drying of solvents. Drying agents. Continuous distillation. Under pressure for filtration on alumina by inert gas. Drying of commonly used solvents.
7) Purification, drying and handling of reagents. Stable non-toxic reagents. Stable but toxic or unpleasant odors. Reagents that decompose on contact with moisture or air. Reagents that decompose explosively or pyrophorically in contact with moisture or air. Techniques for drying and purifying reagents (liquid and solid). Handling and measuring techniques for inert atm reagents. Storage and transfer of a liquid or solid in inert atm.
8) Gas: transport, storage, sampling, laboratory preparation (H2S, CO2, HCl), measurement.
9) Conducting the reaction.
10) Monitoring of the TLC, HPLC, GS, UV, NMR reaction.
11) Special synthetic procedures. Control of physical parameters that can influence the reaction: use of disadvantaged balances (Dean Stark). Reactions under pressure (hydrogenations). Photochemical reactions. Air sensitive reactions.
12) Quenching the reaction.
13) Processing and isolation of the raw product (work up). Filtration. Extraction (normal and continuous). Freeze drying.
14) Purification of the product: Crystallization.
15) Purification of the product: Distillation. Simple distillation at atmospheric pressure. Fractional distillation. Azeotropic distillation. Distillation under reduced pressure. Steam distillation.
16) Purification of the product: chromatographic techniques for preparatory purposes (flash chromatography, MPLC, preparative HPLC).
17) Characterization of the raw compound through the main spectroscopic and elementary analysis techniques
18) Synthetic procedures in the absence of solvent or in water.
19) Ultrasound and microwave radiation in synthetic protocols in which the reaction times and yields are optimized in the presence of unconventional reaction conditions.
20) Basic principles of mechanochemistry applied to the synthesis.
21) Use of latest generation catalysts for the development of synthetic protocols with low environmental impact. Use of homogeneous or heterogeneous catalysis.
22) Chemical literature and bibliographic research.
23) The recording of the data of an experiment.
Practise:
Synthesis and chemical-analytical characterization of a series of drugs and their precursors (benzhydrol, benzoin, benzyl, 5,5-diphenylhydantoin, p-nitroacetanilide, p-nitroaniline, diethyl adipate, ethyl cyclopentanoncarboxylate, aspirin, caffeine extraction from tea, cyclohexanone, modafinil and its precursors).
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Le modalità di insegnamento prevederanno 24 ore di lezioni frontali, 20 ore di esercitazioni in aula e 44 ore in laboratorio.
Lezioni Frontali
Gli studenti potranno fruire delle registrazioni in differita, che saranno disponibili liberamente su moodle.
Esercitazioni
Le esercitazioni si svolgeranno in aula.
Laboratori
Le esercitazioni di laboratorio si svolgeranno nei laboratori di via Quarello.
Prima dell'inizio dell'esperienza in laboratorio, gli studenti dovranno superare un test durante il quale verranno verificate le loro conoscenze sulle principali nozioni di sicurezza e manualità relative alle apparechiature e alle sostanze pericolose che verranno utilizzate e sul corretto comportamento da tenere in laboratorio. Tali conoscenze sono fornite negli insegnamenti degli anni precendenti (vedi prerequisiti) e vengono ampiamente illustrati durante le lezioni ed esercitazioni in aula precedenti il test.
Teaching methods will include 24 hours of lectures, 20 hours of classroom exercises and 44 hours of laboratory.
Frontal lessons
The lessons will be in classroom.The registrations of lessons will be freely available on Moodle platform.
Exercises
The exercises will take place in the classroom.Laboratory experience.
The laboratory exercises will take place in presence.Before starting the laboratory experience, students will have to pass a test during which their knowledge of the main notions of safety and manual skills relating to the equipment and dangerous substances that will be used and the correct behavior to be observed in the laboratory will be verified. This knowledge is provided in the courses of previous years (see prerequisites) and is widely illustrated during the lessons and classroom exercises preceding the test.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'attività di laboratorio verrà valutata con giudizio positivo o negativo sulla base del comportamento tenuto in laboratorio e sulla relazione finale consegnata alle docenti. La relazione richiesta è relativa all'esperienza in laboratorio, e consiste in una breve presentazione ppt o video su una reazione o tecnica effettuata.
L’esame si divide in una relazione e in una discussione orale.
1. Relazione
Verrà consegnata allo studente, il giorno dell’appello ufficiale, la struttura di un farmaco o di un potenziale farmaco.
Lo studente dovrà risalire, usando tutti gli strumenti a sua disposizione compresi quelli forniti dalla Biblioteca Icilio Guareschi e dall’Ateneo, ad una fonte originale che riporta le ricette dello schema sintetico della molecola stessa.
Quindi, lavorando per quattro interi giorni, dovrà preparare una presentazione che riporti ed illustri per ogni passaggio:
1) Schema di reazione
2) Caratteristiche dei reagenti e solventi necessari (fonte, tossicità, grado di purezza, tipo di prelievo e misura).
3) Tabella dei reagenti con PM, Bp, densità, quantità (peso o volume), moli, rapporti molari.
4) Tipo di apparecchiatura da usare (descrizione con disegno, montaggio, pericolosità, speciali provvedimenti da attuare, accorgimenti richiesti).
5) Dettagliata descrizione del procedimento fino all’isolamento del prodotto (flusso di purificazione) e alla sua caratterizzazione chimico-fisica.
6) Riferimenti delle fonti bibliografiche che supportano le affermazioni riportate nella relazione.
2. Colloquio orale
Lo studente presenterà in dieci minuti il lavoro svolto descrivendo la ricerca bibliografica che ha portato all’ottenimento delle fonti utilizzate illustrando ogni passaggio della presentazione. Successivamente la commissione discuterà con lui alcuni passaggi peculiari di questa presentazione e poi lo interrogherà sugli argomenti del programma delle lezioni frontali e sulle sintesi effettuate in laboratorio.
Il giudizio verrà formulato in base alla capacità del candidato di esporre la relazione nei tempi assegnati, in modo chiaro e con il supporto elettronico adeguato e corretto. Peso importante nella valutazione sarà dato alla capacità del candidato di argomentare le tecniche scelte nonché alla verifica delle conoscenze acquisite.
The laboratory activity will be evaluated with a positive or negative judgment based on the behavior carried out in the laboratory and on the final report delivered to the teachers. The required report is related to the laboratory experience, and consists of a short ppt or video presentation on a reaction or technique carried out.
The exam is divided into a report and an oral discussion.
1. Report
The structure of a drug or potential drug will be delivered to the student on the day of the official round.
The student must trace, using all the available tools (including those provided by the Icilio Guareschi Library and the University of Unito), to an original source (journal or patent) that reports the recipes of the synthetic scheme of the molecule itself.
Then, working for four days, he will have to prepare a presentation that will report and illustrate for each step:
1) Reaction scheme
2) Characteristics of the necessary reagents and solvents (source, toxicity, degree of purity, type of sampling and measurement).
3) Table of reagents with PM, Bp, density, quantity (weight or volume), moles, molar ratios.
4) Type of equipment to be used (description with drawing, assembly, hazard, special measures to be implemented, precautions required).
5) Detailed description of the process up to the isolation of the product (purification flow) and its chemical-physical characterization.
6) References from bibliographic sources that support the statements in the report.
2. Oral interview
The student will present his/her work in ten minutes describing the bibliographic research that led to obtaining the sources used and illustrating each step of the presentation. Subsequently, the professor will discuss with him/her some peculiar passages of this presentation and ask him/her about the topics of the lectures program and the syntheses made in the laboratory.
The judgment will be given taking into account the candidate's ability to present the report within the 10 minutes, clearly and with adequate and correct electronic support. Important evaluation will be given to the candidate's ability to argue the chosen techniques as well as to the verification of the acquired knowledge.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
Testi consigliati:
- I. Vogel. Chimica Organica Pratica. C. Ed. Ambrosiana, Milano.
- J. Leonard, B. Lygo, G. Procter. Advanced practical organic chemistry. second edition Ed. Blackie Academic & Professional, London, 1995.
- M. C. Pirrung, The Synthetic Organic Chemist’s Companion, Ed. Wiley, Hoboken, 2007.
Testi di consultazione:
- Pavia, G. Lampman, G. Kriz Il Laboratorio di Chimica Organica, Ed. Italiana a cura di P. Grunanger, D. Pocar; Sorbona.
- M. D’Ischia La Chimica Organica in Laboratorio, Piccin.
- G. L. Patrick, Introduzione alla Chimica Farmaceutica, II edizione, EdiSES, Napoli (2010).
- R. M. Silverstain, F. X. Webster, D. J. Kiemle, Identificazione spettroscopica di composti organici II edizione C. Ed. Ambrosiana, Milano,2006.
- C. G. Wermuth, The Practice of Medicinal Chemistry, 3 edition, Academic Press (2008)
For Studying:
- I. Vogel. Chimica Organica Pratica. C. Ed. Ambrosiana, Milano.
- J. Leonard, B. Lygo, G. Procter. Advanced practical organic chemistry. second edition Ed. Blackie Academic & Professional, London, 1995.
- M. C. Pirrung, The Synthetic Organic Chemist’s Companion, Ed. Wiley, Hoboken, 2007.
For Consultation:
- Pavia, G. Lampman, G. Kriz Il Laboratorio di Chimica Organica, Ed. Italiana a cura di P. Grunanger, D. Pocar; Sorbona.
- M. D’Ischia La Chimica Organica in Laboratorio, Piccin.
- G. L. Patrick, Introduzione alla Chimica Farmaceutica, II edizione, EdiSES, Napoli (2010).
- R. M. Silverstain, F. X. Webster, D. J. Kiemle, Identificazione spettroscopica di composti organici II edizione C. Ed. Ambrosiana, Milano,2006.
- C. G. Wermuth, The Practice of Medicinal Chemistry, 3 edition, Academic Press (2008)
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