Accelerated ageing methodologies for the evaluation of particulate matter role in the corrosion of outdoor-exposed bronzes

Deterioration phenomena occurring on outdoor cultural heritage have been the subject of several studies, but relatively few works investigated the specific role of Particulate Matter (PM) in the corrosion of metals. This topic is really complex and, besides field exposures, accelerated ageing tests are also necessary to isolate and understand deterioration mechanisms due to PM. For this reason, the development of a methodology that allows to reproduce and analyze the effect of PM on alloys through accelerated ageing in climatic chamber has been started. On quaternary bronze specimens, single salts and a mix of them were deposited via two deposition methods: dry (directly depositing the salt on the surface) and wet (dropping a salt solution and drying it), simulating the initial chemical activation of the salts by RH% variations or by raindrops, respectively. Then, to better mimic the composition of real PM, a mixture containing a soluble salts, a mineral, a black carbon and an organic fraction was formulated and spread on the samples. The samples were placed in a climatic chamber and exposed to cyclic variations of T and RH for three weeks. The ageing cycles were set according to predictions on salt deliquescence/recrystallization through E-AIM model and to the evaluation of regional climatic data. The surface evolution was followed by SEM-EDX, Raman, AT-IR and UV-Vis Spectrophotometry. At the end of the test, mass losses were determined and corroded metals removed by pickling were analyzed by AAS. On the basis of the obtained results, the tested procedures seem to be promising in accelerating and mimicking realistic corrosion phenomena, as under the selected conditions, corrosion products typically found at different exposure time (from days to years) on outdoor bronzes were able to progressively form and evolve. Moreover, the two deposition modes simulating different condition of chemical activation of PM deposits allow to obtain complementary information.

Sintesi e caratterizzazione strutturale di derivati piperidinici e morfolinici chirali

The topic of this thesis concerns the study of catalytic processes for the synthesis of chiral 3,4,5-trisubstituted piperidine and 2,6-disubstituted morpholine. Substrates possessing an α,β-unsaturated ester and a ketone moiety, able to undergo addition/cyclization cascade reactions with different pro-nucleophiles (thiophenols, acetone cyanohydrin and malononitrile), have been evaluated. Chiral and achiral systems for phase-transfer catalysis have been applied as catalysts. Moderate enantiomeric excesses have been obtained for the morpholinic products and good to excellent values for the piperidinic products, by using cyclopeptoids and quaternary ammonium salts derived from Chincona alkaloids as catalysts respectively. Moreover, the absolute configuration of the 3,4,5-trisubstituted piperidines has been determined through quantomechanical simulations of their chirooptical spectra. Finally, the relative configuration of the 2,6-disubstituted morpholines has been assigned through NMR experiments.

Synthesis of enantiopure cyclopentanones by desymmetrization of allylic cyclobutanols

The interest in five-membered ring molecules derives from their important application in many different fields, such as pharmaceutical and agrochemical areas. A common strategy for their formation is four-membered ring expansion, which also allows to add molecular complexity and functional handles within one single operation starting from readily available starting materials. Organocatalysis can be exploited to promote the reaction and to obtain a good enantio- and diastereoselection. This technique involves the exclusive use of organic molecules as catalysts, without resorting to metals. The aim of this work is to obtain enantiopure cyclopentanones starting from achiral allylic cyclobutanols. The reaction consists in a ring expansion promoted by the addition of a halogen to the double bond of the substrate, with formation of a haliranium ion as intermediate, followed by a semipinacol rearrangement to afford the cyclopentanone. The reaction is catalysed by a chiral phosphoric acid that, besides accelerating the rate of the reaction, transmits a specific chirality thanks to its chiral structure, following the asymmetric catalysis principles. Starting from symmetric trans-allylic cyclobutanols, the whole reaction is a desymmetrization and leads to the formation of two new stereogenic centres: a mixture of diastereoisomers is obtained, each as couple of enantiomers; the ratio between the possible configurations is determined by the relative position that the chiral catalyst and the reagent occupy during the reaction. Since the reaction is already optimized, the original aim was to study the scope: first, the synthesis of a set of allylic cyclobutanols and their relative precursors, in order to have a wider range of substrates; then, the identification of the type of substrate that undergoes the expansion, with the study of enantio- and diastereoselectivity obtained in each case. Due to the Covid-19 emergency, most of the work was developed as a bibliographic study.

Attività enzimatica ed inibizione della tirosin-fosfatasi A (MptpA) di Mycobacterium tuberculosis in funzione del pH

La tubercolosi è una malattia infettiva causata dal batterio patogeno Mycobacterium tuberculosis. Tale micobatterio è in grado di secernere due importanti tirosin-fosfatasi, MptpA e MptpB, che esplicano un importante ruolo come fattori di virulenza permettendo la sopravvivenza del batterio all’interno dell’ospite mediante evasione della risposta immunitaria. In particolare, MptpA è un membro della famiglia delle tirosin-fosfatasi a basso peso molecolare ed è composta da 163 amminoacidi (17,9 kDa). L’enzima impedisce la normale maturazione del fagosoma e la fusione fagosoma-lisosoma, attraverso la defosforilazione della proteina VPS33B, inibendo così la risposta cellulare all’infezione. Obiettivo del seguente lavoro di tesi è stato analizzare il comportamento catalitico di MptpAW152F, variante caratterizzata dalla presenza di un solo triptofano, in funzione del pH. È stata inoltre valutata l’eventuale inibizione dell’attività enzimatica ad opera di alcuni composti naturali, i glucosinolati e di un inibitore di sintesi (L335-M34). Lo studio cinetico effettuato in presenza del substrato fosfotirosina ha evidenziato la presenza di un secondo sito allosterico, adiacente al sito attivo dell’enzima, che influenza l’attività di MptpAW152F. Questo risulta essere un promettente bersaglio per la progettazione di nuovi farmaci ed inibitori selettivi. La valutazione di alcuni tra questi, come l’inibitore sintetico L335-M34 ha riportato risultati promettenti. I saggi di attività in pre-steady-state in funzione del pH e le analisi SPR hanno permesso di indagare ulteriormente l’affinità di legame tra MptpAW152F e la fosfotirosina e di evidenziare il riarrangiamento strutturale dell’enzima da una forma aperta ad una forma chiusa, cataliticamente attiva.

Study of the absorption of organic compounds on biopolymers

This work has been conducted in order to determine the solubility and diffusion coefficients of different aromatic substances in two different grades of polylactic acid (PLA), Amorphous (PDLLA) and Crystalline (PLLA); in particular the focus is on the following terpenes: Linalool, α-Pinene, β-Citronellol and L-Linalool. Moreover, further analyses have been carried out with the aim to verify if the use of neat crystalline PLA, (PLLA), a chiral substrate, may lead to an enantioenrichment of absorbed species in order to use it as membrane in enantioselective processes. The other possible applications of PLA, which has aroused interest in carry out the above-mentioned work, concerns its use in food packaging. Therefore, it is interesting and also very important, to evaluate the barrier properties of PLA, focusing in particular on the transport and absorption of terpenes, by the packaging and, hence, by the PLA. PLA films/slabs of one-millimeter thickness and with square shape, were prepared through the Injection Molding process. On the resulting PLA films heat pretreatment processes of normalizing were then performed to enhance the properties of the material. In order to evaluate solubility and diffusion coefficient of the different penetrating species, the absorption kinetics of various terpenes, in the two different types of PLA, were determined by gravimetric methods. Subsequently, the absorbed liquid was extracted with methanol (MeOH), non- solvent for PLA, and the extract analyzed by the use of High Performance Liquid Chromatography (HPLC), in order to evaluate its possible enantiomeric excess. Moreover, PLA films used were subjected to differential scanning calorimetry (DSC) which allowed to measure the glass transition temperature (Tg) and to determine the degree of crystallinity of the polymer (Xc).

Proposta di traduzione della poesia "A Story Like Mine" di Halsey

Ho scelto di proporre una traduzione di una poesia scritta dalla cantautrice statunitense Halsey, “A Story Like Mine”, e da lei recitata in occasione della Women’s March di New York City tenutasi nel 2018; poi inserita all’interno di una raccolta di poesie della stessa Halsey pubblicata nel 2020 chiamata “I Would Leave Me If I Could”.

Alchilazione enantioselettiva di ossindoli sostituiti mediata da organocatalizzatori

This thesis summarizes an internship project carried out in part at the University of Zaragoza (Spain) and in part at the University of Bologna. The project involved the development of a new enantioselective catalytic methodology based on an alkylation reaction in order to obtain an oxindole derivative bearing a quaternary chiral center at C3. Such kind of oxindole derivatives have great relevance in farmaceutical chemistry. We started from the synthesis of a new oxindole substrate, successfully adapting methods reported for similar compounds. A screening of benzohydrol alkylating agents was then carried out, which led to the identification of Michler's hydrol as a reactive capable of leading to the alkylation product bearing a quaternary chiral center. A screening of reaction conditions and organic catalysts was then carried out in order to optimize yield and enantiomeric excess. These tests, which led to good yield values and modest enantioselections, made it possible to identify two main classes of promising catalysts and reaction conditions, on which the continuation of the project can focus.

Synthesis and coating of silver nanoparticles and their interaction with cells model

La mia tesi si concentra sulla sintesi e funzionalizzazione di nanoparticelle d’argento studiandone l’interazione, tramite esperimenti in vitro, con cellule sane di fibroblasti murini NIH-3T3 e cellule tumorali da nodulo al seno MCF7. L’utilizzo di polielettroliti quali PDADMAC, PAH e PSS ha permesso la modifica delle proprietà superficiali delle nanoparticelle. Le nuove proprietà chimico-fisiche sono state caratterizzate tramite Dynamic Light Scattering, potenziale zeta e spettroscopia UV-vis. L’effetto della ricopertura con polielettroliti è stato valutato tramite test di vitalità cellulare somministrando le nanoparticelle funzionalizzate alle cellule sopracitate. Successivamente, è stata ottimizzata la procedura per un’ulteriore ricopertura sulle nanoparticelle cariche con BSA (Bovine Serum Albumin) valutando diversi fattori chiave. Le nanoparticelle ricoperte di albumina sono state caratterizzate e la composizione qualitativa della loro protein corona è stata ottenuta tramite analisi SDS-PAGE. Infine, le nanoparticelle ricoperte di BSA sono state somministrate alle due linee cellulari valutando l’effetto dell’albumina sulla risposta biologica tramite analisi di vitalità cellulare e immunofluorescenza.

Study of the activity and enantioselectivity of alginate-based catalysts in Friedel-Crafts reactions

This thesis is part of a long-term project which aims to demonstrate for the first time that alginate gel beads can be used as chiral heterogeneous catalysts for enantioselective reactions. Alginate barium beads were prepared as previously optimized and applied to the Friedel-Crafts reaction between indoles and nitroalkenes. New substrates were tested, showing that the reaction can accommodate different nitroalkenes and indoles, affording the corresponding products with moderate yields and good enantioselectivities. However, aliphatic nitroalkenes cannot be used as they degrade under the catalytic reaction conditions. Preliminary study on the recyclability of the heterogeneous catalyst indicated a moderate stability of the catalyst, which can be used for few cycles with a slight erosion of enantioinducing power. Some directions for future improvements (storage and work-up solvent, use of ultrasonic bath) have been suggested.

Valutazione degli aspetti critici nell'accettazione della carne coltivata

L’innovazione tecnologica nell’ambito alimentare ha portato alla realizzazione di nuovi prodotti al fine di far fronte all’incremento demografico e ai numerosi problemi che ne conseguono, come ad esempio quello della sostenibilità ambientale. Tra questi prodotti troviamo sia alternative che si basano su proteine già esistenti in natura, come ad esempio prodotti a base di insetti, sia nuove fonti di proteine prodotte in laboratorio: questo è il caso della carne coltivata in vitro, tessuto muscolare ricavato a partire da colture cellulari in grado di ridurre drasticamente il numero di animali allevati e macellati. In questo elaborato vengono discusse le principali tecnologie produttive per la realizzazione della carne in vitro e si analizzano gli aspetti critici legati all’accettazione di questo tipo di prodotti da parte dei consumatori. Per valutare l’opinione dei consumatori è stato somministrato un sondaggio che includeva 12 brevi domande a 343 potenziali consumatori di carne coltivata . Dall’analisi dei dati raccolti, emerge una generale “neofobia” nei confronti della carne coltivata, che può essere causata da motivi legati alla scarsa informazione e alla conseguente mancanza di fiducia riguardo alle tecnologie produttive innovative. Un importante aspetto emerso nel corso dello studio è rappresentato dalla differenza delle opinioni di consumatori appartenenti a diverse categorie, come ad esempio i consumatori abituali di prodotti a base di carne e, dall’altra parte, le persone che hanno eliminato dalla loro dieta abituale i prodotti di origine animale. È essenziale comprendere le radici della neofobia che le diverse categorie di consumatori possono manifestare nei confronti di alimenti innovativi come la carne coltivata, per realizzare un’efficace strategia comunicativa che faccia leva sulle maggiori barriere psicologiche delle persone, sostituendole con informazioni riguardo ai benefici che una transizione verso questo tipo di prodotti potrebbe apportare.

Formulazione di particolato atmosferico sintetico e sviluppo di una tecnica di deposizione per studi di corrosione

Ad oggi il particolato (PM) viene considerato come uno dei principali inquinanti atmosferici e costituisce un fattore dannoso sia per la salute sia per l’ambiente essendo in grado di interagire sia con gli organismi che con i materiali. I rischi per l’uomo sono stati e sono tutt’ora studiati, mentre l’interazione del PM con le superfici non è stata ancora indagata completamente. L’obbiettivo di questo lavoro è quello di formulare un particolato sintetico rappresentativo e sviluppare una tecnica di deposizione artificiale per via secca che possa simulare quella reale, con lo scopo di indagare poi, attraverso invecchiamento accelerato, l’influenza del PM sulla corrosione del bronzo. I composti scelti per ottenere una formulazione di particolato rappresentativa di siti urbani e non sono stati macinati ad una granulometria compatibile con quella del PM reale, poi sono stati miscelati. Successivamente, la deposizione secca è stata simulata con l’ausilio di un aerografo. Infine, l’invecchiamento accelerato è stato condotto in una camera climatica impostando un ciclo che simulava condizioni giorno-notte con parametri ambientali che fossero rappresentativi di giornate invernali ed estive. L’avanzamento dello stato di corrosione è stato valutato principalmente tramite analisi SEM-EDS e Raman. I risultati ottenuti fino ad ora sono promettenti per lo studio del ruolo del particolato nella corrosione del bronzo.