CHIMICA ORGANOMETALLICA

Obiettivo del corso è acquisire conoscenze di base su composti organometallici di metalli dei gruppi principali e di metalli di transizione con particolare riferimento alle procedure  sintetiche, alle loro proprietà e reattività. Il corso si prefigge anche di fornire agli studenti le conoscenze relative all’applicazione dei composti organometallici nella chimica moderna: applicazione nella catalisi omogenea, nella sintesi di materiali, e nelle scienze della vita

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza di base sui composti organometallici: procedure sintetiche e proprietà. 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 apprendimento: Le capacità di apprendimento vengono valutate tramite l'esame orale e le esercitazioni che costituiscono parte importante del corso.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

L'insegnamento sarà svolto tramite lezioni frontali (5 CFU) ed una serie di esercitazioni (1 CFU) in cui verranno applicati i concetti della teoria dei gruppi allo studio delle molecole organometalliche.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Conoscenza di base di chimica organica.

E' necessaria la frequenza delle lezioni secondo quanto previsto dal regolamento del CdS.

 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 D_5h e D_5d.

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.

Ch. Elschenbroich, J. Oliveira "Organometallics", VCH, 2006.

Miessler, Tarr, Chimica Inorganica, 2011, Piccin (Cap. 4, 13, 14, 15).

Esami orali sugli argomenti del corso con esercitazione sull'applicazione della teoria dei gruppi.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Link calendario esami: https://www.dsc.unict.it/corsi/lm-54-sc/esami?aa=123

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.