Obiettivi formativi
Conoscenze e comprensione: Fornire agli studenti le consocenze di base relative alla chimica metallorganica (sintesi, struttura, reattività), con particolare riguardo al concetto di donazione-retrodonazione, utile per interpretare sia aspetti strutturali che di reattività di composti metallorganici. Conoscenze e comprensione applicate: il corso fornisce gli strumenti per la progettazione di sintesi metallorganiche, per la comprensione della reattività di composti metallorganici, nonché una analisi critica sulla scelta delle tecniche di indagine più efficaci per la caratterizzazione di un dato composto metallorganico. Autonomia di giudizio: Gli studenti vengono stimolati ad utilizzare tutte le conoscenze derivanti dal programma del corso ma anche dai programmi di corsi precedentemente frequentati (Chimica Inorganica e Chimica Organica) per comprendere le proprietà strutturali e di reattività dei composti metallorganici, soprattutto le variazioni strutturali e di reattività a carico del legante coordinato. Capacità di comunicare: lo studente apprende il linguaggio tecnico-scientifico caratterizzante la chimica metallorganica, soprattutto nella descrizione di proprietà strutturali e di reattività chimica propria dei composti metallorganici. Capacità di apprendere: il corso mette in grado lo studente di poter comprendere bibliografia scientifica avanzata, di interpretare dati spettroscopici e di fare un' analisi critica delle condizioni sperimentali di sintesi/reattività.
Prerequisiti
Conoscenze di base della chimica inorganica, organica e di coordinazione
Contenuti dell'insegnamento
Richiamo di alcuni concetti di chimica di coordinazione (accettore-donatore, teoria del campo cristallino, campo dei leganti, geometrie di coordinazione, chelazione, magnetismo dei complessi metallici, effetto ed influenza trans).
Concetto di donazione legante-metallo e retrodonazione metallo-legante (leganti sigma-donatori, sigma-donatori/pigreca-accettori, pigreca-accettori/pigreca-donatori). Regola dei 18-elettroni, complessi coordinativamente saturi od insaturi
Chimica metallorganica di alcuni elementi dei blocchi s e p: organolitio, organomagnesio, organoalluminio, organosilicio, organofosforo.
Studio sistematico delle principali classi di leganti metallorganici: idruri, fosfine, alchili ed arili, carbonili, monoolefine, dieni ed allili, alchini, ciclopentadieni, areni, carbeni, isonitrili
Interazioni alfa-agostiche, alfa-eliminazione, beta-eliminazione
Reazioni di sostituzione in complessi ottaedrici e planari quadrati; meccanismo dissociativo, interscambio associativo, interscambio dissociativo, dissociativo
Reazioni di addizione nucleofila ed elettrofila a leganti coordinati (CO, olefine, areni, ciclopentadieni, dieni, allili). Addizione ossidativa, inserzione migratoria, eliminazione riduttiva (meccanismi di reazione). Catalisi metallorganica: differenze tra catalisi omogenea ed eterogenea. Ruolo del catalizzatore metallorganico. Efficenza e selettiivtà di un catalizzatore. Idrogenazione omogenea, trasferimento di idrogeno, metatesi di olefine, reazioni di coupling (Heck, Suzuki,Negishi, Sonogashira), addizione nucleofila a substrati allilici.
Programma esteso
Richiamo di alcuni concetti della Chimica di Coordinazione, quali accettore/donatore (acido/base di Lewis), geometrie di coordinazione, teoria del campo cristallino, campo dei leganti, magnetismo dei complessi metallici, effetto ed influenza trans, reattività del legante coordinato).
Concetto di donazione legante-metallo e retrodonazione metallo-legante (leganti sigma-donatori, sigma-donatori/pigreca-accettori, pigreca-donatori/pigreca-accettori). Regola dei 18-elettroni, complessi coordinativamente saturi od insaturi
Composti organometallici di elementi dei blocchi s e p (sintesi, struttura allo stato solido ed in soluzione, reattività): organolitio, organomagnesiaci (Grignard e composti binari), organoalluminio, organosilicio.
Studio sistematico delle principali classi di leganti metallorganici: idruri, fosfine, alchili ed arili, carbonili, monoolefine, dieni ed allili, alchini, ciclopentadieni, areni, carbeni, isonitrili. Per ogni classe di composti verranno analizzate le caratteristiche strutturali in soluzione ed allo stato solido, i principali metodi di sintesi e la reattività.
Interazioni alfa-agostiche, alfa-eliminazione, beta-eliminazione, loro utilizzo nella sintesi metallorganica e coinvolgimento in step reattivi.
Reazioni di sostituzione in complessi ottaedrici e planari quadrati; meccanismo dissociativo, interscambio associativo, interscambio dissociativo, dissociativo
Reazioni di addizione nucleofila ed elettrofila a leganti coordinati (CO, olefine, areni, ciclopentadieni, dieni, allili). Regole di Green-Davies-Mingos
Addizione ossidativa (meccanismo concertato, Sn2, ionico, radicalica, coupling ossidativo) inserzione migratoria (meccanismo 1.1 ed 1.2), eliminazione riduttiva (in complessi ottaedrici ed in complessi tetracoordinati).
Catalisi metallorganica: differenze tra catalisi omogenea ed eterogenea. Ruolo del catalizzatore metallorganico. Efficenza e selettiivtà di un catalizzatore (turnover number, turnover frequency, eccesso enantiomerico (doastereomerico), chemoselettività, regioselettività). Idrogenazione omogenea (catalizzatore di Wilkinson e versioni succeccessive), trasferimento di idrogeno (meccanismo a sfera interna ed esterna, meccanismo Noyori), metatesi di olefine, reazioni di coupling (Heck, Suzuki, Negishi, Sonogashira). Discussione critica sulla natura puramente omogenea di un processo catalitico.
Bibliografia
- The Organometallic Chemistry of the Transition Metals Robert H. Crabtree, Wiley
- Organometallics, A Coincise Introduction Ch. Elschenbroich, A. Salzer, Wiley VCH
- Fundamentals of Organometallic Catalysis, Steinborn D., Wiley-VCH - Materiale didattico messo a disposizione dal docente
Metodi didattici
Lezioni frontali (48 ore) dove saranno affrontati tutti gli argomenti indicati nel programma. In particolare verranno affrontate le problematiche sperimentali connesse con lo svolgimento delle sintesi dei composti trattati nel corso, della loro caratterizzazione e di come monitorare I processi reattivi che li coinvolgono.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale, dove verranno verificati i seguenti aspetti: Apprendimento dei concetti di base della chimica metallorganica, con particolare riferimento al concetto di donazione elettronica legante-metallo e di retrodonazione metallo-legante per comprendere la reattività del legante coordinato. Verifica della comprensione della differente reattività di leganti organici "liberi" e coordinati al metallo in funzione del tipo di sostituenti legati ai carboni interagenti con il metallo, tipo di metallo (posizione nella tavola periodica, stato di ossidazione), altri leganti ancillari. Capacità di progettazione di sintesi di semplici composti metallorganici, in base alla struttura molecolare richiesta ed alla reattività chimica desiderata, quindi analisi critica delle condizioni sperimentali da scegliere (temperatura, solvente, reagenti). Analisi critica delle tecniche di caratterizzazione spettroscopica ed analitica necessarie per individuare la stechiomnetria e la struttura molecolare di un dato composto metallorganico. Capacità di utilizzare i concetti appresi per comprendere i meccanismi di alcuni processi catalitici utili nella sintesi organica, sia simmetrica che asimmetrica.
Altre informazioni
Le diapositive del corso sono disponibili in rete. Il docente è inoltre disponibile per ricevimento studenti (previo appuntamento).
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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