B5007 - CHIMICA METALLORGANICA E CATALISI OMOGENEA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente avrà competenze sui metodi di sintesi e di reattività di composti metallorganici, e come modelli di intermedi nei meccanismi di reazioni industriali, nonché sulla loro caratterizzazione attraverso opportune tecniche spettroscopiche. Comprende inoltre il ruolo esercitato da composti metallorganici in catalisi omogenea di processi industriali, sia nella chimica di base che farmaceutica e nell’attivazione di molecole quali idrogeno, ossido di carbonio, olefine, legame C-H di alcani, e di CO2 quali stadi chiavi della catalisi industriale attuale ed in previsione per il futuro. Infine lo studente apprende le applicazioni dei composti metallorganici e di coordinazione nello sviluppo di alcuni nuovi materiali molecolari funzionali e il ruolo della sostenibilità nelle metodologie di sintesi e di produzione su scala industriale.

Contenuti

CHIMICA METALLORGANICA E CATALISI OMOGENEA

Crediti: 6

Prerequisiti

Conoscenza della teoria VSEPR per disegnare correttamente la stereogeometria dei leganti e il conteggio degli elettroni d che defiiscono l'appartenenza ai gruppi dei metalli di transizione. Definizione e designazione degli stati di ossidazione del Metallo in un complesso. Teoria CFL e O.M.

A) Interazione e cooperazione Legante - Metallo

1.Conteggio elettronico e cenni di cinetica dei complessi ottaedrici e planari quadrati sia in chiave covalente sia ionica

2. Il ruolo dei leganti: loro apticita' stabilizzazione termodinamica degli eteroatomi donatori e cinetica riguardo la saturazione della prima sfera di coordinazione sia per interazione covalente che elettrostatica. Classificazione acido-base e loro ruolo nella struttura dei leganti:

2a. Metallo-carbonili mono e polinucleari . Le tipologie principali delle reazioni dell'ossido di carbonio coordinato.

3. Metallo-alchili e metallo-arili . Reazioni di formazione del legame carbonio-carbonio. Attivazione del legame sp3 C-H, H-H e CO2

4. Metallo idruri e composti contenenti idrogeno molecolare. Concetto di legame agostico e relative proprieta' spettroscopiche.

5. Reattività di molecole organiche pigreco-coordinate a metalli di transizione (olefine e olefine coniugate aperte e ad anello). I metallo alchili e loro instabilita' per beta-H estrazione, M-allili e i metallo- ciclopentadienili

6. Concetti di apticita' variabile e flussionalita' e corelazione con la natura del metallo e dei coleganti e loro correlazione delle proprieta' spettroscopiche

B) Catalisi Omogenea

1. Dalla coordinazione dell'olefina con metalli di transizione di varia natura (early, medium or late TM) al ruolo di metallo-olefine nei processi catalitici – idrogenazioni e idrogenazioni asimmetriche. La loro evoluzione nella scelta dei catalizzatori e dei processi in relazione alle richieste economiche e di sostenibilita' 

2. Metallo-carbeni secondo Fischer e Schrock Le reazioni associate di metatesi ed ai processi di  oligo-e polimerizzazione

3. La catalisi organometallica nelle reazioni di sintesi e nei processi industriali. Carbonilazione delle olefine e del metanolo come starting materials. Storia ed Evoluzione : reazioni di idroformilazione (Wacker, Pd) ; i processi Monsanto (Co e Rh, i relativi fosfino-modificati e Cativa Ir); CO e carbeni – reazioni tipo Fischer-Tropschpr la formazione di alcani a lunga catena nella produzione di ottani per il potenziamento dei carburanti

4. Identificazione della struttura dei complessi organometallici: Cenni di IR , NMR multinucleare UV per i composti inorganici ed i complessi metallorganici con l'ausilio di un tutorial pratico dell'Universita' di Alberta

5. Cenni di Chimica Sostenibile in Catalisi omogenea: Reagenti, Solventi e Metodologie Green di sollecitazione energetica.

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi 3,4 8,15 relativi allo Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

 

Testi/Bibliografia

Miessler "Organometallic Chemistry"

Van Leuven Principle of homogeneous Catalysis

Metodi didattici

Didattica innovativa e mista

Accanto alle lezioni vengono risolti insieme esercizi e piccoli problemi cercando di rispondere in piccoli gruppi di 2,3 studenti o individualmente. Quando di fronte ai quesiti proposti non esisono soluzioni univoche si cerchera' collettivamente di trovare i pro ed i contro di ogni possibile soluzione attraverso discussioni tra pari e studio di casi pratici di studio che possano favorire l'assimilazione insieme di nozioni nuove attraverso l'applicazione del metodo dal particolare al generale.

L'acquisizione di nuove informazioni ed il consolidamento di quelle acquisite possono contribuire alla formazione di un efficace senso critico rispetto a problemi che non hanno una soluzione univoca al fine di incentivare un buon senso chimico guidato senza l'assorbimento mnemonico di conoscenze che spesso utiizzano meri meccanismi di applicazione di regole spesso non generalizzabili in una disciplina come la chimica tra le piu' creative tra le scienze dure.

Lezioni in aula corredate da opportune esercitazioni.

Verra' sollecitata la partecipazioni a conferenze su tematiche inerenti al corso sia in presenza sia on line 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

A tutti gli studenti viene  richiesta una presentazione in power-point e relativa discussione di un articolo scientifico recente (ultimi 5 anni), a scelta dello studente su una rosa di articoli proposti dal docente inerenti alla chimica metallorganica e alle sue svariate ed innovartive applicazioni in catalisi. L'esposizione deve essere schematica e puntualizzare gli argomenti essenziali. Al termine della discussione verranno effettuate domande esplicativei sul tema. La forma della presentazione richiede un frontespizio con autori la loro affilazione anno di pubblicazione , rivista e titolo del tema di ricerca E' richiesta inoltre una essenziale bibliografia iniziale relativa allo stato dell'arte dell'argomento trattato. Le diapositive dovranno essere sufficientemnte leggibili con illustrazoni e poche scritte per indurre l'audience a seguire l'argomento con interesse senza aver bisogno di leggere per scarsa disponibilita' di tempo durante l'esposizione. Le scritte dovranno essere schematiche e comprensibili per suggerire il filo logico degli argomenti senza avere l'ambizione di essere esaustivi e contenere il riconoscimento del patrimonio intellettuale degli autori ed una inequivocabile identificazione dello stesso.

Strumenti a supporto della didattica

powerpoint; lavagna per eventualmente descrivere schemi di erattivita' o possibili meccanismi o per descrivere la soluzione dei quiz proposti e risolti collettivamente durante l'anno.

video podcast links e quizzes da rispondere in piccoli gruppi per discutere dei diversi aspetti dell'argomento

Si invitano gli studenti ad utilizzare le ore di ricevimento individuale o in piccoli gruppi per richiedere una spiegazione complementare di argomenti che non sono stati svolti con l'opportuna chiarezza

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Bordoni