66214 - SINTESI ORGANICA

Anno Accademico 2024/2025

  • Docente: Marco Lombardo
  • Crediti formativi: 9
  • SSD: CHIM/06
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Moduli: Marco Lombardo (Modulo 1) Alessandra Tolomelli (Modulo 2) Arianna Quintavalla (Modulo 3)
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 3)
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale in Chimica (cod. 9072)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente sa impostare alcune ipotesi di sintesi totali di una molecola organica applicando principalmente la logica retrosintetica, e sa eseguire una valutazione comparativa delle varie soluzioni sulla base di concetti di fattibilità, praticità, economia e sostenibilità. Lo studente acquisisce inoltre esperienza su alcune fra le più moderne procedure sperimentali nel campo della sintesi organica in più passaggi.

Contenuti

Prerequisiti: lo studente che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di una buona preparazione nei fondamenti della chimica organica, dagli aspetti strutturali a quelli meccanicistici e alle relazioni struttura-reattività . Conosce inoltre le principali classi di sostanze organiche naturali e ha familiarità con le pratiche di laboratorio analitiche e preparative più comuni.

Programma: Nell'ambito del grande tema dell'innovazione di processo, acquisire la capacità di progettare ed eseguire nuove sintesi più efficienti e sostenibili di composti organici è una priorità nella formazione di un chimico moderno.

Contenuti dell'unità didattica teorica.

1. Introduzione: i premi Nobel e i grandi Maestri della sintesi organica.

a. Il glossario del chimico sintetico: sintesi lineari e convergenti, resa di una sintesi totale, fattori economici, di rischio ed ambientali nella valutazione di un processo chimico

b. Reazioni di costruzione del legame carbonio-carbonio, reazioni intermolecolari, reazioni di ciclizzazione, anellazioni e trasposizioni

c. Reazioni di rifunzionalizzazione: livelli di funzionalità , rassegna dei principali metodi di interconversione di gruppi funzionali. Span di funzionalità in molecole polifunzionalizzate

d. Extrasteps: separazioni e purificazioni, introduzione di elementi di controllo temporaneo della reattività , reazioni di protezione di gruppi funzionali, introduzione di gruppi attivanti mobili e di ausiliari chirali

2. Analisi retrosintetica: glossario, i tre livelli dell'analisi retrosintetica, disconnessione di legami strategici, sintoni.

a. Elementi di simmetria come guida all'identificazione di disconnessioni strategiche.

b. Elementi strutturali ripetitivi come guida all'identificazione di disconnessioni strategiche.

c. Identificazione di sottostrutture disponibili commercialmente come guida al riconoscimento di disconnessioni strategiche.

d. Ricerca di disconnessioni strategiche in alcani e molecole monofunzionalizzate: tabelle di correlazione gruppo funzionale-disconnessioni strategiche in alcani, alcheni, alchini, alcoli e derivati, composti carbonilici e derivati, acidi carbossilici e derivati.

3. Analisi retrosintetica di molecole polifunzionalizzate. Span di funzionalità (FS) di coppie di gruppi funzionali e tabelle di correlazione fra FS di coppie di gruppi funzionali e disconnessioni strategiche.

a. Composti con due gruppi funzionali ossigenati, azotati, alogenati ecc. a span 2, 3, 4 e 5.

b. Composti con due insaturazioni carbonio-carbonio a span 2, 3, 4 e 5.

c. Composti con un gruppo funzionale ossigenato, azotato ecc. ed una insaturazione carbonio-carbonio, a span 2, 3, 4 e 5.

d. Adattamento delle predette tabelle di correlazione a molecole polifunzionalizzate.

4. Analisi retrosintetica di molecole complesse chirali.

a. Approfondimenti sulla stereochimica di strutture complesse.

b. Tecniche di risoluzione di enantiomeri, risoluzione cinetica, risoluzione cinetica dinamica.

c. Strategie di riutilizzo dell'enantiomero non desiderato.

d. Strategia difensiva nella sintesi di molecole chirali attraverso l'uso di sintoni chirali derivanti dal pool delle sostanze organiche naturali.

e. Utilizzo di gruppi ausiliari chirali nella sintesi di centri stereogenici.

f. Strategie offensive nella sintesi di molecole chirali: induzione asimmetrica, sintesi asimmetrica con reagenti chirali, catalisi asimmetrica.

5. Analisi retrosintetica di molecole cicliche.

a. Reazioni di ciclizzazione per la formazione di anelli omo- ed eterociclici.

b. Principali classi di anellazioni [1+2], [2+2], [3+2] e [4+2].

6. Esercizi di analisi disconnetteva di molecole complesse.

Contenuti dell'unità didattica di laboratorio: dopo presentazione e discussione dei meccanismi delle classi di reazioni che verranno realizzate in laboratorio (reazioni di cross-coupling, reazioni organocatalizzate, metatesi di olefine), lo studente eseguirà in laboratorio una reazione di Sonogashira (cross-coupling), una reazione di Michael stereoselettiva (organocatalisi) e la sintesi totale di un farmaco (processo multi-step che include una ring-closing metathesis di olefine). Nell’ambito di queste esperienze, lo studente (che lavorerà in singolo) applicherà tecniche di sintesi sotto gas-inerte, sintesi enzimatica e diverse tecniche cromatografiche e spettroscopiche.

Testi/Bibliografia

I lucidi proiettati a lezione sono disponibili su Virtuale per il download.

Per ulteriori approfondimenti si consigliano:

  • K. C. Nicolaou, E. J. Jorgensen, "Classics in Total Synthesis", VCH
  • K. C. Nicolaou, S. A. Snyder, "Classics in Total Synthesis II", Wiley-VCH
  • M. B. Smith, "Organic Synthesis", McGraw Hills-Chemistry Book
  • S. Warren, "Organic Synthesis: The Disconnection Approach", Wiley
  • P. Wyatt, S. Warren, "Organic Synthesis: Strategy and Control", Wiley
  • C. Willis, M. Wills, "Organic Synthesis", Oxford Chemistry Primers N. 31
  • G.D. Meakins, "Functional Groups: Characteristics and Interconversions", Oxford Chemistry Primers N. 35

Metodi didattici

Il corso si suddivide in due unità didattiche: la prima, tenuta dal Prof. Marco Lombardo, è costituita da lezioni frontali (6 CFU) accompagnate da esercizi sull'applicazione delle nozioni presentate e sulla logica retrosintetica, con lo scopo di allenare lo studente nella progettazione di una sintesi organica in più passaggi. La seconda unità didattica, tenuta dalla Prof.ssa Alessandra Tolomelli (MODULO 2) e dalla Prof.ssa Arianna Quintavalla (MODULO 3), prevede lezioni frontali (8 ore, 1 CFU) e attività di laboratorio in presenza per 6 pomeriggi di 4 ore (2 CFU). L’unità didattica di laboratorio ha lo scopo di approfondire da un punto di vista sperimentale alcune fra la più moderne metodologie di sintesi.

La frequenza del laboratorio è obbligatoria

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede a tutti gli studenti lo svolgimento dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso il solo esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese nella sintesi di molecole organiche tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 1.5 ore senza l'aiuto di appunti o libri, seguita da una prova orale, riguardanti l'analisi retrosintetica di una molecola organica. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 18 punti. Il voto finale viene calcolato come media della prova scritta e della prova orale.

Strumenti a supporto della didattica

Lezioni in aula con supporti multimediali.

Orario di ricevimento:

Consulta il sito web di Marco Lombardo
Consulta il sito web di Alessandra Tolomelli
Consulta il sito web di Arianna Quintavalla

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Lombardo

Consulta il sito web di Alessandra Tolomelli

Consulta il sito web di Arianna Quintavalla