FOTOCHIMICA E FOTOFISICA
A PERUGIA
Fausto Elisei (Prof. Ordinario)
Raimondo Germani (Prof. Ordinario)
Ugo Mazzucato (Prof. Emerito)
Loredana Latterini (Prof. Associato)
Anna Fabiola Spalletti (Prof. Associato)
Catia Clementi (Ricercatore)
Tiziana Del Giacco (Ricercatore)
Pier Luigi Gentili (Ricercatore)
Fausto Ortica (Ricercatore)
Benedetta Carlotti (RTD)
Luigi Tarpani (RTD)
Danilo Pannacci (Tecnico)
I° WORKSHOP sulle attività di ricerca del
Dipartimento di Chimica, Biologia e
Biotecnologie
Post-Doc:
Alessio Cesaretti
Pina Massaro
PhD students:
Valentina Botti
Alessandra Mazzoli
Giulia Zampini
2 dicembre 2015
1° PROTAGONISTA:
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
Energia che aumenta
Lunghezza d’onda che aumenta
Raggi gamma
Raggi X
UV
Luce visibile
Infrarosso
Onde radio
2° PROTAGONISTA:
MATERIA ORGANICA ed INORGANICA
doggetto >> 
1.
2.
3.
4.
doggetto  
OTTICA GEOMETRICA
Riflessione speculare e rifrazione
Dispersione
Assorbimento (Lambert-Beer)
Diffusione (Rayleigh e Raman)
OTTICA ONDULATORIA
dunità str. << 
Riflessione diffusa .1
Diffrazione ed interferenza .2
Assorbimento (Kubelka-Munk).3
Diffusione Tyndall e Mie .4
OTTICA QUANTISTICA
Dimensioni delle cellule e dei loro componenti
Ottica quantistica
Ottica ondulatoria
Ottica geometrica
Cosa avviene dopo l’assorbimento della Radiazione UV-Visibile?
M*ʹ
Calore
M*
Calore
h𝜈 Calore
Emissione
Prodotti
Energia accumulata
M
Time
scale
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
10-11
10-12
Moti
rotazionali
Reazioni ultrafast come:
11cis- 200 fs all-trans-retinal
in rhodopsin
Processi
reattivi
lenti
10-13
10-15 s
Moti
vibrazionali
IET
IVR
Collisions
in liquids
Diffusive
solvent
dynamics
10-14
Transizioni
Frank-Condon
Non-diffusive
solvent
dynamics
Reazioni con tempi compresi tra
nanosecondi e microsecondi
IC (SnS1)
IC (S1S0)/ ISC (S1 T1; S1 Tn; T1 S0)
1/kF: intrinsic fluor. lifetime
Funnels (IC);
Heavy atoms (ISC)
Strumentazione
Tecniche spettrofotometriche UV-visibile stazionarie in assorbimento ed
emissione
Tecniche spettrofotometriche in assorbimento ed emissione UV-visibile
risolte nel tempo al nanosecondo
Tecniche spettrofotometriche in assorbimento ed emissione UV-visibile
risolte nel tempo al femtosecondo
Tecniche Cromatografiche
Cromatografo HPLC (Waters, mod. 996) con spettrofotometro a diodi come rivelatore
Gascromatografo con rivelatore a fiamma
Tecniche Microscopiche
Fluorescence Confocal Microscope
Atomic Force Microscope
LINEE DI RICERCA
1) DINAMICA DI STATI ELETTRONICI ECCITATI (F. Elisei, A. Spalletti, B. Carlotti)
2) SISTEMI ANFIFILI, LIQUIDI IONICI, SOLVENTI EUTETTICI e SENSORI di IONI
(R. Germani, T. Del Giacco)
3) FOTOCROMISMO e SCINTILLATORI (F. Ortica)
4) STUDIO DI COLORANTI ORGANICI NATURALI (C. Clementi)
5) SFIDE della COMPLESSITA’ ed il CONTRIBUTO DELL’INTELLIGENZA
ARTIFICIALE CHIMICA (P. L. Gentili)
6) MATERIALI NANOSTRUTTURATI (L. Latterini, L. Tarpani)
1) DINAMICA DI STATI ELETTRONICI ECCITATI DI COMPOSTI PUSH-PULL
X
OC6H13
OC6H13
X = NO2
NA
X = CHO
AA
Effetto della struttura
Effetto del mezzo
Anodo
Donatore
Accettore
Catodo
Fotovoltaico organico
Perché i composti Push-Pull?
✦
1PA
Proprietà di ottica nonlineare
2PA
Si
3PA
Si
S1
Si
S1
ω2
ω1
ω′
✦
✦
Fotoattività
Solubilità in acqua
nm
eV S0
ω2
ω′
S1
ω3
ω3
ω3
ω′
S0
Geometria planare
μ=7.3 D
S1,FC
Geometria planare
μ=3.6 D
S1,opt
Geometria distorta
μ=11.6 D
2A) Progettazione, Sintesi, Caratterizzazione di
SISTEMI ANFIFILI, LIQUIDI IONICI, SOLVENTI EUTETTICI
-
R1 X
+
N R2
H3C
Sali di Ammonio
R3
X
Molecole anfifile
Liquidi Ionici
(ILs)
R
N
-
+
N
Azione templante
Matrici silicee
Applicazioni
Come mezzi di reazione (Soluzioni acquose tensidiche)
Come sistemi per solubilizzare (Nanotubi di carbonio, cattura CO2)
Come agenti antimicrobici (Antifouling)
Idrogel da tensioattivi (Mezzi confinanti per processi fotochimici)
Deep Eutectic Solvents
(DES)
HO
CH3
O
-
Cl
+
N CH3
CH3
H2N
NH2
R1
2B) SENSORI SUPRA-MOLECOLARI DI IONI
Guest
Spaziatore
Cromoforo
Fluoroforo
Host
Recettori per Ioni Metallici
O
N
N
O
NH
NH
CH2
CH2
O
O
(CH2)7
(CH2)7
CH3
CH3
N
CH2
(CH2)12
CH3
Recettori amminici
Cromofori (fluorofori)
Campo ambientale
Contaminazione da metalli
pesanti di acqua e suolo
(ad es. Pb, Ca, Hg, Co ecc.)
Campo biologico:
Attività degli ioni Zn2+, Ca2+, Na+, K+,Li+
Monitoraggio
dei
livelli
di
contaminazione da metalli pesanti nei
tessuti
3A) COMPOSTI FOTOCROMICI ORGANICI
Studio della fotofisica e fotochimica di vari sistemi fotocromici organici termoreversibili
(tipo-T) e fotoreversibilit (tipo-P), come:
Spiroossazine
Cromeni
Diarileteni
O
H3C CH3
N
N
O
S
S
O
CH3
S
S
3B) SCINTILLATORI LIQUIDI
Caratterizzazione della fotofisica e fotochimica di scintillatori liquidi come cocktail basati
sullo pseudocumene e linear-alkil-benzeni, per studi sul neutrino e per la ricerca della
materia
In collaborazione con:
o Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)
4) COLORANTI ORGANICI NATURALI di origine vegetale ed animale
effetto
interazione
pH: acidocromismo
colorante-fibra
Alizarina
O
OH
0.60
OH
Without mordant
pH = 2.5
With mordant
pH = 9.0
0,9
Absorbance
Absorbance
pH = 14
O
ROBBIA
(Rubia tinctorum L.)
0,6
0.30
0,3
0,00
300
Al (III)
ESTRAZIONE
400
400
OH
1.5
1
OH
Absorbance
O
Absorbance
1,0
1,6
0.5
0,1
0,5
0.25
0
0,0
0,0300
Al (III)
1,2
Without mordant
With mordant
0.75
Al (III)
400
400
500
500
 (nm)
 (nm)
600
0,8
0,0
10
+
20
30
40
50
Time / min
60
70
80
800
2
0,2
OH
0,4
700
effetto catione:
ionocromismo
interazione
colorante-fibra-mordente
O
Absorbance / a. u.
600 600
 (nm)

(nm)
Porporina
CARATTERIZZAZIONE
COMPOSIZIONE
500
studio fotostabilità
700
600
SFIDE DELLA
COMPLESSITA’
COMPLESSITA’
NATURALE
COMPLESSITA’
COMPUTAZIONALE
INTELLIGENZA ARTIFICIALE
SISTEMA NERVOSO e INTELLIGENZA UMANA
ANALISI del SISTEMA NERVOSO a TRE LIVELLI
1) “LIVELLO COMPUTAZIONALE”: consiste nel
descrivere gli input, gli output e le computazioni e la
logica del Sistema.
2) “LIVELLO ALGORITMICO”: consiste nel
formulare algoritmi che possono svolgere le
computazioni rivelate.
PERCEZIONE
SENSORIALE
TEORIA DELLA
PROBABILITA’ DI BAYES
FUZZY LOGIC
3) “LIVELLO DI IMPLEMENTAZIONE”: consiste nel ricercare
meccanismi per implementare gli algoritmi formulate.
Analisi del sistema nervoso a livello di implementazione
Composti cromogenici come
surrogati degli elementi sensoriali
Reazioni chimiche bistabili
come surrogati dei neuroni
Oscillatory regime
NETWORK NEURALI ARTIFICIALI E FUZZY LOGIC
per predire dinamiche aperiodiche caotiche
exp. data
calc. data
A
0,6
0,5
0,4
0,3
200
400
600
800
1200
1400
1600
1800
2000
t (s)
0,15
Difference
1000
0,10
0,05
0,00
-0,05
-0,10
standard dev.=0,0289
-0,15
200
400
600
800
1000
1200
t (s)
1400
1600
1800
2000
METODO DELLA MASSIMA ENTROPIA
BIOFISICA
CONFORMAZIONI DELLE
MACROMOLECOLE ED EFFETTO DEL
MICRO-INTORNO
BENI CULTURALI
DIAGNOSTICA: EFFETTO DEL
LEGANTE SULLE PROPRIETA’ DEL
COLORANTE
CHIMICA SUPRAMOLECOLARE
ED EFFETTO DEL MICRO-INTORNO
(MICELLE, GEL, POLIMERI, SOLVENTI)
SULLE PROPRIETA’ DINAMICHE
MOLECOLARI
COLLABORAZIONI
COLLABORAZIONI nell’ATENEO di PERUGIA
•
•
•
•
•
•
•
E. Albertini
G. Cardinali
C. Emiliani
A. Macchioni
A. Marrocchi
A. Romani
CIRIAF (F. Rossi; F. Cotana)
COLLABORAZIONI INTERNAZIONALI
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
M. Sindler-Kulyk (Uni. Zagabria, Croazia)
A.L. Maçanita (Lisbona, Portogallo).
E. Vauthey (Uni. Ginevra, Svizzera)
T. Goodson (Uni. Michigan, USA)
W. Nowik (Centre de Recherche et de Restauration
des Musées de France, Paris)
D. Cardon (CNRS/Université Lumière Lyon 2, France)
I. Epstein, M. Dolnik (Brandeis Uni., USA)
M. Heron, C. Gabbutt (Uni. Huddersfield, UK)
H. Gotoda (Uni. Tokyo, Japan)
M. Frigoli (Uni. Versailles, France)
COLLABORAZIONI NAZIONALI
•
•
•
•
•
•
•
•
•
C. Fortuna (Uni. Catania, Italia)
V. Barone (Scuola Normale di Pisa, Italia)
G. Miolo (Uni. Padova, Italia)
A. Fontana e P. Di Profio (Uni. Chieti Pescara)
N. Spreti, G. Cerichelli, (Università De L'Aquila)
G. Mancini (CNR Roma)
O. Lanzalunga, P. Mencarelli, A. Lapi (Dipartimento di
Chimica e Istituto CNR di Metodologie Chimiche-IMC,
Sezione Meccanismi di Reazione, Roma Dipartimento
di Chimica, Università "La Sapienza", Roma)
Associazione Laboratorio di Diagnostica per i Beni
Culturali, Spoleto
Politecnico di Milano
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)