CHIMICA ORGANOMETALLICA
Anno accademico 2019/2020 - 1° anno - Curriculum Chimica Organica e BioorganicaCrediti: 6
SSD: CHIM/03 - CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 103 di studio individuale, 35 di lezione frontale, 12 di esercitazione
Semestre: 2°
Obiettivi formativi
- Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza di base sui composti organometallici: procedure sintetiche e proprietà.
- Conoscenza e capacità di comprensione: Importanza dei composti organometallici nella chimica moderna: applicazione nella catalisi, nella sintesi di materiali, e nelle scienze della vita.
- Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Capacità di applicare quanto appreso durante le lezioni frontali nelle esercitazioni svolte durante il corso.
- Autonomia di giudizio: Gli studenti imparano a valutare in modo obiettivo quanto appreso durante le lezioni e le esercitazioni.
- Abilità comunicative: Gli studenti acquisiscono abilità comunicative che si formano sia durante le lezioni, grazie ad una continua interlocuzione verbale con il docente, che durante l'esame orale.
- Capacità di apprendere: Le capacità di apprendimento vengono valutate tramite l'esame orale e le esercitazioni che costituiscono parte importante del corso.
Importanza dei composti organometallici nella chimica moderna: applicazione nella catalisi, nella sintesi di materiali, e nelle scienze della vita.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'insegnamento sarà svolto tramite lezioni frontali ed una serie di esercitazioni in cui verranno applicati i concetti della teoria dei gruppi allo studio delle molecole organometalliche.
Prerequisiti richiesti
Conoscenza di base di chimica organica.
Frequenza lezioni
E' necessaria la frequenza delle lezioni.
Contenuti del corso
Sviluppi storici e sviluppi attuali; della chimica dei composti organometallici. Classificazione dei composti organometallici; Composti organometallici dei gruppi principali trattati per tipologia di metallo: metodi di preparazione e reattività; Applicazione della teoria dei gruppi nella trattazione del legame dei borani. Composti organometallici degli elementi di transizione trattati secondo la classificazione dei leganti: Leganti sigma-donatori; Leganti sigma-donatori/p-greca-accettori; leganti p-greca-donatori/p-greca-accettori. Teoria dei gruppi applicata alla caratterizzazione IR e Raman dei metallo carbonili. Il legame chimico nei composti organometallici: Simmetria, teoria dei gruppi, diagrammi MO. I composti organometallici nella catalisi: idrogenazione di olefine, ciclo Monsanto, ciclo di Wacker, polimerizzazione di olefine. I composti organometallici nella sintesi di materiali in forma di film e nano particelle. I composti organometallici nelle scienze della vita: problematiche tossicologiche e applicazioni come agenti terapeutici.
1) INTRODUZIONE
- Sviluppi storici e sviluppi attuali
- Classificazione dei composti organometallici
- Tipologie di reazioni tipiche in chimica organometallica:
- addizione ossidativa/eliminazione riduttiva
- modifica/sostituzione di leganti
- inserzioni migratorie.
2) COMPOSTI ORGANOMETALLICI DEI GRUPPI PRINCIPALI
- Metodi di preparazione
- Organometallici dei metalli alcalini.
- Strutture e legame in composti alchil e aril litio.
-
- Organometallici gruppo 13:
o alchil- e aril-alluminio;
o carbo- e idro-alluminazione.
o Borani e carborani: regola di Wade, closo-, nido- e aracno-borani.
- Organometallici gruppo 14:
-
o alchil-Si, Ge, Pb. Siliconi.
3) IL LEGAME CHIMICO NEI COMPOSTI ORGANOMETALLICI
- Principi base teoria dei gruppi
- Derivazione simmetria di una molecola.
- Interpretazione tavola dei caratteri.
- Esercitazione teoria dei gruppi
- descrizione del legame di sistemi semplici quali il diborano (con derivazione delle SALC).
- Diagramma MO di composti organometallici a simmetria ottaedrica e tetraedrica.
4) COMPOSTI ORGANOMETALLICI DEGLI ELEMENTI DI TRANSIZIONE
- Metodi di preparazione
- Leganti s-donatori: alchili, arili.
- Leganti sigma-donatori/p-greca-accettori: carbeni, carbini, alchilideni e alchilidini, carbonili.
- Leganti p-greca-donatori/p-greca-accettori: allili, ciclopentadienili, areni.
- Esercitazione teoria dei gruppi:
- derivazione numero di modi totali in piccole molecole
- derivazione bande IR per sistemi metallo carbonili. Modi IR e Raman attivi.
- descrizione del legame tramite approccio MO di sistemi bis-ciclopentadienili a simmetria D5h e D5d.
5) ASPETTI APPLICATIVI E INNOVATIVI
- I composti organometallici nella catalisi.
- Definizione dei parametri TON, TOF e EE.
- Idrogenazione di olefine tramite catalizzatore di Wilkinson e metatesi di legame s.
- Sintesi acido acetico tramite ciclo Monsanto.
- Sintesi di aldeidi tramite ciclo di Wacker.
- Polimerizzazione di olefine tramite catalisi eterogenea (cenni polimerizzazione Ziegler-Natta).
- Catalisi omogenea tramite constrained geometry catalyst.
- I composti organometallici nella sintesi di materiali:
- esempi applicativi di composti organometallici quali ciclopentadienili e carbonili nei processi di preparazione di materiali in forma di film e nano particelle.
- I composti organometallici nelle scienze della vita:
- Problematiche tossicologiche.
- Composti organometallici come agenti terapeutici.
- Composti organometallici come biosensori e per il riconoscimento molecolare in soluzioni acquose.
- Composti organometallici naturali: enzimi e proteine.
ATTIVITA' SEMINARIALI
Lantanidi e terre rare: elementi sconosciuti nella vita di tutti i giorni.
Testi di riferimento
Ch. Elschenbroich, J. Oliveira "Organometallics", VCH, 2006.
Miessler, Tarr, Chimica Inorganica, 2011, Piccin (Cap. 4, 13, 14, 15).
Programmazione del corso
Argomenti | Riferimenti testi | |
---|---|---|
1 | Composti Organometallici - Metodi di preparazione | Organometallics |
2 | Organometallici dei metalli alcalini: strutture e legame in composti alchil e aril litio. | Organometallics |
3 | Organometallici dei metalli alcalino terrosi e gruppo 12: reattivi di Grignard e ciclopentadienili. | Organometallics |
4 | Organometallici gruppo 13: alchil- e aril-alluminio; carbo- e idro-alluminazione. | Organometallics |
5 | Borani e carborani: regola di Wade, closo-, nido- e aracno-borani. | Dispense |
6 | Organometallici gruppo 14: alchil-Si, Ge, Pb. Siliconi. | Organometallics |
7 | - Simmetria e teoria dei gruppi. | Miesler-Tarr Cap.4, Dispense |
8 | Applicazione della teoria dei gruppi: descrizione del legame da sistemi semplici quali il diborano (con derivazione delle SALC), a composti organometallici a simmetria ottaedrica e tetraedrica. | Dispense |
9 | Applicazione della teoria dei gruppi all'interpretazione degli spettri IR e Raman dei composti metallocarbonili. | Dispense |
10 | Composti organometallici degli elementi di transizione. | Organometallics |
11 | - Leganti sigma-donatori: alchili, arili. | Organometallics |
12 | Leganti sigma-donatori/pi-greca-accettori: carbeni, carbini, alchilideni e alchilidini, carbonili. | Dispense |
13 | Leganti pi-greca-donatori/pi-greca-accettori: allili, ciclopentadienili, areni. | Organometallics, Dispense |
14 | - I composti organometallici nella catalisi. Idrogenazione di olefine tramite catalizzatore di Wilkinson e metatesi di legame sigma, ciclo Monsanto, Ciclo di Wacker. | Miesler-Tarr Capitoli 13,14,15, Dispense |
15 | Polimerizzazione di olefine tramite catalisi omogenea tramite constrained geometry catalyst. | Mieselr-Tarr Capitoli 13,14,15, Dispense |
16 | - I composti organometallici nella sintesi di materiali. | Dispense |
17 | I composti organometallici nelle scienze della vita. | Dispense |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esami orali sugli argomenti del corso con esercitazione sull'applicazione della teoria dei gruppi.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Esempi di domande
Descrizione dei composti organometallici del I gruppo.
Reattivi di Grignard.
Reazioni di inserzioni-migratoria: meccanismo di reazione.
Tipologie di leganti.
Carbeni e carbini di Fischer.
Alchilideni e alchilidini di Schrock.
Catalisi: ciclo Monsanto.
Idrogenazione delle olefine.
Polimerizzazione delle olefine tramite catalisi omogenea.
Esempi di esercizi
Derivare il numero di bande IR attive in un composto carbonilico.
Derivare il diagramma degli orbitali molecolari di complessi con geometria tetraedrica e ottaedrica.