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 trasformazione di gruppi funzionali e la formazione di legami carbonio-carbonio con il massimo controllo di regioselettività, chemoselettività e stereoselettività. Al termine del modulo di laboratorio, lo studente sa affrontare la determinazione strutturale di una molecola organica di media complessità, utilizzando moderne tecniche spettroscopiche non distruttive (IR, NMR, CD), con particolare attenzione e tecniche di NMR bidimensionale omo- ed eteronucleare.

Contenuti

Prerequisiti:

Lo studente che accede a questo insegnamento deve avere una conoscenza di base della natura del legame chimico, della teoroa degli orbitali molecolari, dei concetti di acidità e basicità, dei meccanismi di reazione operanti in chimica organica, dellareattività dei principali intermedi in chimica organica (carbocationi, carbanioni, carbeni e radicali) e dei principali metodi di sintesi irganica, particolarmente per la formazione del legame carbonio-carbonio.

Per quanto riguarda il modulo di laboratorio, lo studente deve avere conoscenze di base sull'utilizzo delle apparecchiature di un laboratorio di chimica organica (vetreria, cromatografi, spettrometri IR e NMR, ecc.). Inoltre lo studente deve avere una buona conoscenza della spettroscopia NMR monodimensionale (sia all'idrogeno che al carbonio) e deve essere in grado di analizzare semplici spettri di composti organici per attribuirne la struttura.

Programma

Struttura e reattività dei composti organometallici

Natura del legame carbonio-metallo; composti organometallici covalenti, ionici, complessi p.

Reattività dei composti organometallici come acidi di Lewis, nucleofili, basi, riducenti.

Strutture associate di composti organometallici (Li, Be, Mg, Al).

Composti organometallici allilici covalenti flussionali (Li, Mg, B, Al, Zn, Ti; isomerizzazione E/Z) e non flussionali (Si, Sn); riarrangiamento allilico nell'attacco ad elettrofili.

Composti organometallici vinilici, isomerizzazione E/Z.

Reattività dei composti organometallici in funzione di: polarità del legame C-M, fattori elettronici e sterici del metallo (acidità di Lewis), parametri di legame (relazione lunghezza/energia del legame), fattori sterici ed elettronici del gruppo organico, grado di associazione, solvente (polarità, basicità di Lewis). Omolisi ed eterolisi del legame C-M.

Meccanismi di reazione: composti organometallici quali acidi di Lewis; reazioni di reattivi di Grignard e organolitio: meccanismo polare e stati di transizione a sei centri in diverse reazioni organometalliche su composti carbonilici; meccanismi SET (chetoni aromatici, alogenuri alchilici e arilici-SRN1, radical probes); reagenti organometallici riducenti per trasferimento di b-idruro o elettronico.

Preparazione di composti organometallici covalenti e loro applicazioni in sintesi selettive

Reazioni tra metalli e composti organici: formazione di addotti (radical-anioni e dianioni), scissione di legami s C-alogeno (reazioni di Grignard e Barbier), C-O. C-S; interconversione di composti organometallici: scambio X-M, M-M', H-M (metallazione regioselettiva in posizione a di gruppi elettron-attrattori, metallazione di areni e ferroceni, Complex-Induced Proximity Effect; formazione di complessi ato (B, Al, Zn, Cu; trasferimento selettivo di gruppi organici in reazioni intra- e intermolecolari di complessi “ato” misti; reagenti di rame alternativi ai cuprati); idrometallazione di alcheni, 1,3-dieni e alchini con idruri di B, Al, Mg (reagenti di Grignard con Ti-Zr cat.), Zr, Sn; carbometallazione di alcheni e alchini (allil-Mg e -Zn, Me3Al/Cp2TiCl2, cuprati), sintesi stereoselettiva di alcheni di- e trisostituiti.

Composti organometallici geminali, olefinazione del carbonile con derivati di Li e Mg.

Composti organometallici a-eterosostituiti, influenza della natura dell'eteroatomo sulla reattività: ilidi di fosfonio (olefinazione del carbonile), olefinazione di Peterson; ilidi di solfonio (sintesi di epossidi); composti a-alogeno sostituiti con carattere carbenoidico, ciclopropanazione di alcheni col reagente di Simmons-Smith e composti analoghi.

Reazioni stechiometriche di complessi se p di metalli di transizione

Struttura, geometria ed isomerizzazione di complessi dei metalli di transizione. Composti con legame s e con legame p. Complessi con basi di Lewis, fosfine , ossido di carbonio, carbeni, isonitrili: retrodonazione. Meccanismi di reazione fondamentali: associazione/dissociazione di legante; addizione ossidativa/eliminazione riduttiva; inserimento/disinserimento di legante. Meccanismi di decomposizione di composti alchilici, vinilici e ariliici di metalli di transizione. Natura del legame p. Apticità del legante p. Complessi p elettrofili e nucleofili; complessi “aromatici”. Attacco nucleofilo a complessi p cationici e neutri di metalli di transizione con apticità h2, h3, h5 e h6. Formazione selettiva di complessi p per la protezione di funzioni insature. Sintesi organica stereoselettiva mediata da complessi p.

Fattori elettronici e sterici determinanti la stabilità o il tempo di vita di radicali al carbonio; effetto capto-dativo. Reattività dei radicali: accoppiamento-dimerizzazione, disproporzione; estrazione di atomo; addizione ad alcheni e alchini, ciclizzazione di alogenuri w-insaturi; ossidazione/riduzione.

Formazione di radicali per scissione omolitica di legami s: scissione omolitica del legame C-C, C-M (Hg, Sn, Co), C-O (alcoli, epossidi), C-N (diazo-composti, nitro composti); scissione omolitica del legame C-H per attacco radicalico e per ossidazione di composti b-dicarbonilici e corrispondenti reazioni di coupling simmetrico o incrociato.

Formazione di radicali per riduzione monoelettronica di funzioni insature (C=C, C=O, C=N), dimerizzazione riduttiva, coupling pinacolico, ciclizzazione riduttiva di composti carbonilici w-insaturi; coupling ossidativo di enolati, silil enol eteri, enammine.

Modulo di laboratorio:

Estrazione dei seguenti composti:

1. capsaicina dal peperoncino

2. acido scichimico dall'anice stellato

3. limonene dalle arance

4. curcumina dalla curcuma

5. separazione cromatografica dei tre componenti dell'olio di menta verde

Gli studenti lavoreranno a coppie e ogni coppia di studenti farà 2/3 esperimenti.

Analisi degli spettri NMR bidimensionali dei composti estratti e di altri composti di origine naturale. In particolare verranno utilizzare le seguenti tecniche: COSY, HBMC, HSQC, NOESY, ROESY.

Testi/Bibliografia

Testi consigliati per l'approfondimento:

J. J. Eisch: "The chemistry of organometallic compounds", The Macmillan Company, Nrw Yorl, 1967.

J. P. Collmann,L. Hegedus;"Principles and applications of organotransition metal chemistry", University Science Books,Mill Valley (California), 1987.

S. G. davies, "Organotransition metal chemistry: applications to organic synthesis", Pergamon Press, Oxford, 1982.

J. Fossey, "Free radicals in organic chemistry", Wiley, 1988.

Modulo di laboratorio:

materiale fornito dal docente e reso disponibile in rete

per consultazione: Timothy D. W. Claridge – High Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry – Tetrahedron Organic Chemistry Volume 27 – Elsevier

Metodi didattici

Il corso si suddivide in due unità didattiche: la prima, teorica (4 crediti), è costituita da lezioni frontalialternate da alcune proizioni PowerPoint volte ad illustrare aspetti di chemo-, regio- e stereoselettività nelle reazioni che coinvolgono, reagenti organometallici, complessi p greca di metalli di transizione e redicali al carbonio.

La seconda unità didattica, tenuta dalla Prof. Claudia Tomasini, prevede attività di laboratorio di 2 crediti. Il primo credito (12 ore suddivise in 3-4 pomeriggi) sarò utilizzato per fare alcuni esperimenti di estrazione e purificazione di sostanze naturali da semi, frutti, oli essenziali, ecc. mediante tecniche estrattive di diversa natura. Durante il secondo credito (12 ore suddivise in 3-4 pomeriggi), gli studenti impareranno ad attribuire la struttura molecolare ai composti estratti mediante tecniche di NMR bidimensionale. Le esercitazioni verranno fatte in aula, mediante collegamento con lo spettrometro NMR in remoto. Gli studenti, singolarmente o a piccoli gruppi, dovranno studiare e analizzare gli spettri NMR bidimensionali di alcune molecole naturali complesse per attribuirne la struttura..

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso l'esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova orale. Inoltre, lo studente presenta all'esame la descrizione e l'analisi critica di una ricerca originale di recente pubblicazione, tratta dariviste scientifiche internazionali, in cui vengono introdotte innovazioni o sviluppi di metodi sintetici inerenti il programma svolto nel corso.

Per quanto riguarda il modulo di laboratorio, la prova orale tende a verificare se lo studente ha compreso il lavoro che ha svolto: verrà fatta una domanda che comprende sia informazioni sui metodi estrattivi utilizzati dallo studente, sia su come è stata caratterizzata la molecola mediante una o più tecniche di NMR bidimensionale.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna luminosa, PC, videoproiettore

Laboratorio di chimica organica, spettrometro NMR.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Diego Savoia

Consulta il sito web di Claudia Tomasini