66288 - METODOLOGIE DI SINTESI E CARATTERIZZAZIONE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente è in grado di scegliere la metodologia più adatta per la formazione di legami carbonio-carbonio utilizzando composti organometallici (preparati preventivamente o generati in situ), complessi p di metalli di transizione, o generando in situ intermedi radicalici, con il massimo controllo di regioselettività, chemoselettività e stereoselettività. Lo studente è inoltre in grado di analizzare spettri NMR mono- e bidimensionali per l'elucidazione di strutture di molecole complesse.

Contenuti

Capitolo 1. Litio organici. Uso e reattività. Procedure di sicurezza e preparazione. Metodologie di sintesi. Titolazioni. Uso di gruppi attivanti e directing group. Additivi. Magnesio derivati funzionalizzati. Preparazione. Procedure di Knochel. TurboGrignard. Uso di LiCl.

Esercizi: sintesi e uso di litio organici in composti farmaceutici, eterocicli e sintesi totali.

Capitolo 2. Derivati dello zinco. Reazioni di zinco derivati e preparazione. Dialchil zinco derivati. Sintesi e proprietà. Allilzinco. Inserzione di zinco derivati e preparazione di intermedi. Procedure di Knochel.

Uso di zinco derivati in sintesi di prodotti naturali. Reazioni di allilzinco e controllo stereochimico. Inserzione su eterocicli. Esempi di sintesi i farmaci, intermedi e composti naturali.

Capitolo 3. Preparazione e proprietà di organotitanio. Strutture e uso di reagenti. Ate complexes. Omoenolati di titanio. Reazioni diastereoselettive. Regole di Cram, Cram chelato, Felkin. Uso di complessi di titanio nella sintesi diastereoselettiva. Reagenti di olefinazione e coupling tipo MacMurry. Reazioni redox catalitiche. Esempi con titanio. Reazione di coupling pinacolinico stereoselettivo. Enolati di titanio. Regole di stereoselezione. Ausiliari tipo Evans. Aldolo Evans e Non Evans. Applicazioni. Organozirconio. Reazione di idrozirconazione. Uso in sintesi. Varie reazioni di organozirconio. Reazioni di polimerizzazione.

Esempi di applicazioni di reagenti di titanio e zirconio in sintesi di sostanze naturali. Controllo di diastereo ed enantioselettività.

Capitolo 4 Organorame e cuprati. Sintesi e preparazione. Sali di rame. Reazioni di cuprati. Cuprati misti. Ciano cuprati a basso e alto ordine. Reazioni coniugate. Reazioni di trasmetallazione. Reagenti di stagno e silici. Uso di Grignard. Impiego di quantità catalitiche di Sali di rame. Zinco cuprati. Esempi di altri reagenti organometallici. Catalisi con rame.

Impiego di cuprati nella sintesi, particolarmente in sintesi di composti eterociclici.

Capitolo 5. Addizione catalitica di organozinco. Leganti.Sistema catalitico. Uso di amminoalcoli. Presena di titanio isopropossido. Organotitanio. Addizioni di doppi legami. Addizione di derivati arilici. Alkinilzinco derivati. Addizioni a chetone ed immine. Reazioni di Michael con composti organometallici. Composti di rame idruro. Riduzioni selettive di immine, carbonili, e reazioni tipo Michael.

Capitolo 6. Altri reagenti organometallici. Cenni alla chimica di Organocromo, Organomanganese, Organoindio e organosamario.

Capitolo 7.La reazione di Mukaiyama e reazioni acido catalizzate. Meccanismo e struttura degli stati di transizione. Reazioni diastereoselettive. Controllo della selettività anti. Reazione diastereoselettive. Stati di transizione. Chelato e non chelato. Esempi in applicazioni a sintesi complesse.

Capitolo 8.eterocicli.

Sintesi e proprietà di principali sistemi eterociclici (pirrolo, tiofene, furano, piridina, indolo) . Reazioni principali e comportamento dei sistemi eterociclici. Applicazioni di reazioni eterocicliche alla sintesi di farmaci contenenti sistemi eterociclici. Approcci retrosintetici e applicazioni.

I metodi sviluppati a lezione verranno applicati alla risoluzioni di problemi di sintesi di molecole organiche complesse, prevalentemente farmaci o composti biologicamente attivi. Si consiglia vivamente di seguire le lezioni ed esercitazioni. 

Modulo di caratterizzazione.

Importante!

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai Moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning

Programma del modulo caratterizzazione:

1. Lezioni in aula:

- Riepilogo dei concetti di base della spettroscopia NMR monodimensiona1H e 13C.

- TecnicheNMR bidimensionali usate più comunemente (COSY, HSQC, HMBC, NOESY): cenni teorici, esecuzione ed interpretazione.

- Applicazione di queste tecniche ad un esempio pratico.

- Tecniche NMR più aggiornate (TOCSY, DOSY, tecniche a gradienti.

2. Esercitazioni in laboratorio informatico (4 mattine, ogni studente ha un PC a disposizione per lavorare individualmente):

- Ogni giorno elaborazione e discussione condivisa con la classe di un differente set completo di spettri NMR tramite software Spinwork (free download)

- Determinazione della struttura e della conformazione di molecola di complessità crescente.

 

Testi/Bibliografia

Parte Metodologie di sintesi:  Lucidi del corso a disposizioni degli studenti.

Parte di Caratterizzazione:

• Lezioni in aula (8 ore nel mese di novembre):
• Esercitazioni in laboratorio informatico (5 pomeriggi nel mese di dicembre), frequenza obbligatoria alle esercitazioni con raccolta di firme

Metodi didattici

Parte di Metodologie di sintesi: Presentazioni Powerpoint delle lezioni con lucidi a disposizione degli studenti

Parte di Caratterizzazione:

-Presentazioni Powerpoint delle lezioni in aula fornite il giorno precedente alla lezione

-Spettri NMR studiati in laboratorio forniti come file al termine delle esercitazioni

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame è scritto e costituito da due parti separate, che gli studenti possono sostenere a loro discrezione e comodità. Il numero degli appelli, e la mancanza di corsi nel quarto semestre favorisce questa impostazione. L’esame del modulo di caratterizzazione mira ad accertare le conoscenze relative all’interpretazione di analisi NMR di sostanze complesse, facendo uso di tecniche avanzate in grado di aiutare ad assegnare la struttura di un composto incognito. Il secondo modulo, di metodologie richiede la conoscenza dei metodi di sintesi sviluppati a lezione, mediante esempi e discussione. È richiesto nell’esame scritto anche l’applicazione dei metodi visti a lezione a due esercizi selezionati dalla letteratura della sintesi organica applicata a Fine Chemicals e produzione in grande scala, e vicine alla pratica industriale. Per la valutazione dell'esame per la parte Metodologie, viene assegnato il seguente punteggio.

5 Domande (5 x 4 punti). 2 esercizi (1 parte non eterociclica, 1 parte eterociclica) x 5 punti. Punteggio di partenza 4 punti. Voti per lode: 32 punti.

Il voto è costituito dai punteggi delle due parti in proporzioni uguali. Si assegna la lode se lo studenti, in almeno uno dei due esami ottiene la valutazione di 30 e lode.  Per entrambe le parti, il l’esame scritto è comprensivo del programma svolto e permette di accertare le competenze e le abilità acquisite. Durante le lezioni del corso di Metodologie numerosi esercizi sono discussi e svolti dal docente, favorendo la partecipazione e scegliendo esempi dalla moderna pratica della sintesi di molecole svolte in industria.

Se il giudizio del compito non è sufficiente questo è determinato da lacune sui contenuti del corso; lacune gravi formative nelle conoscenze di base in ambito chimico; insufficiente sviluppo dei problemi di sintesi proposti; mancanza di orientamento all’interno degli argomenti trattati nel corso, errata interpretazione delle analisi NMR.

Se il giudizio è sufficiente: Il compito ha acquisito un punteggio sufficiente ma permangono delle lacune di conoscenza, o argomenti che non sono stati studiati. Per il modulo di caratterizzazione, il compito riporta solo l’assegnazione dei segnali senza alcun approfondimento.

Se il giudizio del compito è buono, lo studente ha raggiunto una buona conoscenza del contenuto del corso e buona conoscenza mnemonica della materia; lo studente ha inoltre affrontato con successo e risolto i problemi proposti, con degli errori di scarsa rilevanza. Per il modulo di caratterizzazione, il compito riporta l’assegnazione dei segnali e la discussione è completa.

Se il giudizio è Eccellente studente oltre alle competenze, è rin grado di presentare soluzioni ai problemi proposti che si avvicinano o ricalcano quelli pubblicati dai ricercatori dell’industria; lo studente ha acquisito una visione chiara e panoramica degli argomenti, alta capacità di impiego delle varie tecniche della sintesi organica, e competenze ampia. Per il modulo di caratterizzazione, il compito riporta l’assegnazione dei segnali, la discussione è completa e vengono discusse le tecniche affrontate dimostrando particolare capacità di combinare le informazioni fornite.

N.B. Le conoscenze di base di chimica organica sono richieste per collocare gli argomenti nella giusta prospettiva.

Il tempo richiesto per l’esame scritto è 1 h e 30 minuti per entrambi i moduli.

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni p.Point fornite dal docente. Esercizi ed esempi svolti in aula.

Testi consigliati per il corso di caratterizzazione:1) R.M. Silverstein; F.X. Webster; D. J. Kiemle; D.L. Bryce “Identificazione spettrometrica di composti organici”, Casa Editrice Ambrosiana 2) A. Randazzo “Guida pratica alla Interpretazione di Spettri NMR”, Editore Loghia.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Pier Giorgio Cozzi

Consulta il sito web di Alessandra Tolomelli