Chimica dei composti eterociclici e applicazioni di catalisi metallorganica
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Il corso si pone l'obiettivo di fornire allo studente la capacità di progettazione della sintesi di composti eterociclici mediante metodi classici e con l'utilizzo della catalisi metallica sia omogenea che eterogenea.
Risultati apprendimento attesi
I risultati attesi saranno focalizzati sull'apprendimento delle nozioni avanzate di chimica organica in particolare sulla capacità dello studente di comprendere la reattività e di proporre vie sintetiche per la costruzione di semplici molecole eterocicliche. Lo studente dovrà inoltre essere in grado di proporre metodologie sintetiche alternative basate sulla chimica organometallica utili sia in ambito accademico in laboratori di ricerca e sia verso una loro applicazione in ambito industriale.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Periodo
Secondo semestre
Prerequisiti
Conoscenze di base della Chimica Organica e della Chimica Organometallica.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Verifica mediante esame scritto con esercizi pratici di sintesi e reattività di composti eterociclici. Verifica orale con presentazione su argomento a scelta di Chimica Organometallica.
Modulo: Chimica dei composti eterociclici
Programma
Nomenclatura dei sistemi eterociclici.
Eterocicli tri e tetratomici contenenti azoto, ossigeno e zolfo. Sintesi, reattività, reazioni di apertura
e uso in sintesi.
Sistemi eteroaromatici: definizione di eteroaromaticità, sistemi elettronricchi ed elettronpoveri,
orbitali molecolari degli eterocicli.
Reattività degli eterocicli agli elettrofili, controllo di carica e di frontiera con applicazione ai sistemi
pentatomici. Reazioni di cicloaddizione dipolari.
Furano, tiofene, pirrolo, isossazolo, imidazolo e benzoderivati: principali schemi di sintesi, metodi
di funzionalizzazione e reazioni di metallazione. Riduzioni ed ossidazioni, sostituzioni elettrofile.
Cenni a derivati di origine naturale (triptofano, porfirine, clorofilla, ecc.)
Piridina, chinolina, isochinolina, 1,2-, 1,3-, 1,4-diazine, purine: approcci sintetici, comportamento
agli elettrofili e nucleofili. N-ossidazione e reattività generale degli N-ossidi. Comportamento di
alcuni gruppi funzionali. Prodotti naturali di particolare interesse (acido urico, caffeina, guanina,
ecc.)
Gli eterocicli quali sintoni nella sintesi organica.
Eterocicli tri e tetratomici contenenti azoto, ossigeno e zolfo. Sintesi, reattività, reazioni di apertura
e uso in sintesi.
Sistemi eteroaromatici: definizione di eteroaromaticità, sistemi elettronricchi ed elettronpoveri,
orbitali molecolari degli eterocicli.
Reattività degli eterocicli agli elettrofili, controllo di carica e di frontiera con applicazione ai sistemi
pentatomici. Reazioni di cicloaddizione dipolari.
Furano, tiofene, pirrolo, isossazolo, imidazolo e benzoderivati: principali schemi di sintesi, metodi
di funzionalizzazione e reazioni di metallazione. Riduzioni ed ossidazioni, sostituzioni elettrofile.
Cenni a derivati di origine naturale (triptofano, porfirine, clorofilla, ecc.)
Piridina, chinolina, isochinolina, 1,2-, 1,3-, 1,4-diazine, purine: approcci sintetici, comportamento
agli elettrofili e nucleofili. N-ossidazione e reattività generale degli N-ossidi. Comportamento di
alcuni gruppi funzionali. Prodotti naturali di particolare interesse (acido urico, caffeina, guanina,
ecc.)
Gli eterocicli quali sintoni nella sintesi organica.
Metodi didattici
Lezioni frontali supportate da esercitazioni sugli argomenti trattati.
Modulo: Applicazioni di catalisi metallorganica
Programma
Introduzione alla metallorganica: metalli, effetto trans, leganti soft e hard, effetto della
retrodonazione.
Elettroneutralità, tipi di leganti, regola dei 18 elettroni.
Limitazioni alla regola dei 18 elettroni, conta degli elettroni nelle reazioni, stati di ossidazione,
numero di coordinazione e geometria, effetto della complessazione.
Differenza tra metalli, coordinazione outer-sphere, fosfine mono e di, leganti misti, principali
reazioni coinvolte nei diversi cicli catalitici.
Vantaggi delle catalisi asimmetrica.
Reazioni di riduzione: idrogenazione asimmetrica di olefine e gruppi carbonilici.
Reazioni di riduzione: reazione di transfer di idrogeno asimmetrica di chetoni ed immine.
Reazioni di idroformilazione.
Idrocarbonilazione.
Idroesterificazione.
Reazione di Heck.
Idrocianazione.
Allilazione alchilica.
Dal laboratorio all'impianto di un'industria farmaceutica.
retrodonazione.
Elettroneutralità, tipi di leganti, regola dei 18 elettroni.
Limitazioni alla regola dei 18 elettroni, conta degli elettroni nelle reazioni, stati di ossidazione,
numero di coordinazione e geometria, effetto della complessazione.
Differenza tra metalli, coordinazione outer-sphere, fosfine mono e di, leganti misti, principali
reazioni coinvolte nei diversi cicli catalitici.
Vantaggi delle catalisi asimmetrica.
Reazioni di riduzione: idrogenazione asimmetrica di olefine e gruppi carbonilici.
Reazioni di riduzione: reazione di transfer di idrogeno asimmetrica di chetoni ed immine.
Reazioni di idroformilazione.
Idrocarbonilazione.
Idroesterificazione.
Reazione di Heck.
Idrocianazione.
Allilazione alchilica.
Dal laboratorio all'impianto di un'industria farmaceutica.
Metodi didattici
Lezioni frontali supportate da esercitazioni sugli argomenti trattati.
Moduli o unità didattiche
Modulo: Applicazioni di catalisi metallorganica
CHIM/03 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - CFU: 4
Lezioni: 32 ore
Modulo: Chimica dei composti eterociclici
CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA - CFU: 4
Lezioni: 32 ore