88390 - ORGANOMETALLIC CHEMISTRY FOR CATALYSIS AND THE ENVIRONMENT

Conoscenze e abilità da conseguire

Basic principles and main properties of the organometallic compounds. The role of organometallic complexes in the modern industrial processes and their consequences in the environment.

Contenuti

Prerequisiti: Conoscenza dei principi della chimica inorganica e degli aspetti più significativi della struttura, proprietà e reattività dei composti inorganici. Conoscenza dei principi della termodinamica e cinetica, fondamenti di chimica inorganica ed organica, accenni sulle teorie VB, CF e OM e principali andamenti con particolare riguardo ai MdT.

Durante il corso verranno trattati diversi argomenti riguardanti il ruolo della chimica metallorganica quale espressione di sincretismo volto alla reattivita' dei frammenti organici che adattano la natura e la struttura dei gruppi funzionali a quella dei metallocomplessi ovvero sia la natura dei Metalli di Transizine sia a quella dei coleganti . Verranno inoltre trattati temi inerenti all'ambito della chimica sostenibile, richiamando i principi dell'economica circolare e della catalisi omogenea. In articolare verranno trattati i temi principali con un metodo innovativo che prevede l'esposizione limitata a 20-30 minuti di argomenti essenziali gia' acquisiti in corsi fondamentali precedenti ma un'ampia discussione sviluppati tra peers in gruppi d 2-3 studenti per risolvere quiz e problemi di applicazione delle teorie al fine di stabilire la piena comprensione e valutarne la verifica su problemi specifici pratici che possononon contemplare un'esclusiva unica risposta. Per incentivare la discussione si puo' ricorrere al suggerimento tra una rosa di qualche plausibili risposte al fine di favorire l'insorgere di un dibattito per disquisire di pro e contro delle risoluzioni possibili.

a) Chimica metallorganica degli elementi: requisiti di stabilità temodinamica e cinetica; teoria HSAB (HardSofttAcidBase )per i metalli ed i rispetivi leganti caratterizzati da eteroatomi del gruppo principale ((N,P, O,S per citarne alcuni dei piu' comuni ed ubiquitari) ed applicazioni nei diversi comparti ambientali (suolo, acqua, aria ed esseri viventi):

b) Il ruolo della catalisi omogenea; Aspetti della reattività promosse da siti metallici generalmente e storicamente costituiti da metalli pesanti. Implicazioni industriali nei processi selettivi e specifici (esempio catalisi di idrogenazione asimmetrica utilizzata ampiamente nell'industria farmaceutica) relativi alla sintesi e alla separazione, reazioni di idrogenazione asimmetrica come i principi di induzione chirale, carbonilazione (processi susseguiti cronologicamente come Wacker, Monsanto (con Co, Rh e Ir), Celanese e Cativa), carbeni ed alchilideni per la metatesi delle olefine, oligo-polimerizzazione e processo SHOP, cenni di idrocianazione e C-C coupling;Obietti Unesco 3,6 e 11 ovvero educazione alla sostenibilita' avendo assunto la consapevolezza critica degli errori dell'industria chimica pepretrati nel passato. Questi obiettivi vanno a confluire nel primo obiettivo comune 4 di ISTRUZIONE DI QUALITA'

c)Utilizzo dei sistemi metallorganici in processi sostenibili e di economia circolare che prevedono  reazioni catalitiche o stechiometriche col massima conversione e resa nel prodotto desiderato e che implicano l'utilizzo senza SCARTO DI TUTTI GLI ATOMI DI CARBONIO come il primo processo di produzione di acido acetico della storia (Wacker) anche se prevedeva l'utilizzo di Pd

d) Reazioni come il riarrangiamento isomerico che contempla unicamente uno scambio strutturale di atomi per dare origine al prodotto desiderato generalmente ad alto valore aggiunto rispetto al reagente perche' piu' richiesto dalle lavorazioni industriali per la maggiore reativita', facilita' di procedimento di lavorazione o ecletticita' di utilizzo finale come l'idrogenazione (che utilizza globalmente l'idrogeno molecolare nelle proporzioni presenti nel syngas) o la carbonilazione delle olefine e del metanolo in cui il prodotto ingloba totalmente nel suo scheletro i reagenti richiesti per la trasformazione a molecole con 1 atomo di C in piu'.

e) Tentativi avanzati dalla ricerca negli ultimi  anni di sostituzione dei MdT pesanti utilizzati nella produzione industraile con quelli piu' leggeri e piu' affini alla chimica biologica ed alla natura.

f) Metalli nell'ambiente: inquinamento e aspetti tossicologici in particolare riguardo a metalli molto diffusi nella vita di tutti i giorni ed apparentemente meno tossici o allergenici non trattati in altri corsi istituzionali che hanno preceduto il mio a libera scelta quali Ni, Al, Sn e Zn;

g) Cenni dei meccanismi che coinvolgono percorsi termodinamici e cinetici al fine dell'attivazione di legami come H2, C-H e CO2 e che sono il fultro per l'ottimizzazione di nuove reazioni per produrre prodoti di largo impiegoe fondamentali per l'industria. Intermedi come quelli determinati dal legame agostico per spiegare la rottura C-H nelle paraffine o in molecole inerti o poco reattive come quelle descritte dall' ibridazione sp3. Stato dell’arte e novità in letteratura;

h) Complessi per nuovi orientamenti dei metalli in medicina con particolare riguardo alle terapie antineoplastiche

i) Aspetti di caratterizzazione strutturale e spettroscopica di composti metallici (IR, NMR, UV e Raggi X e paragone con le strutture previste da calcoli DFT.

Testi/Bibliografia

D. A. Atwood, Sustainable Inorganic Chemistry, Wiley.

J. E. Huheey, A. E. Keiter, R. L. Keiter, Inorganic Chemistry, Casa Editrice Piccin

D. F. Shriver, P. W. Atkins, C. H. Langford, Inorganic Chemistry, Zanichelli

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Agli studenti è richiesto di sostenere un esame orale in una delle sessioni d'esame previste al termine del corso. La prova orale riguarda gli argomenti trattati nel corso ed è volta a verificare il grado di comprensione della materia da parte dello studente e la sua capacità di creare correlazioni tra i concetti di base in chimica inorganica e metallorganica e le sue applicazioni nel campo della chimica sostenibile.

La prova orale nella trattazione con l’ausilio di qualche diapositiva ppt di un argomento a piacere fra quelli trattati durante il corso ed altri chiarimenti su altri argomenti svolti. Lo studente dovrà rispondere in maniera sintetica, mettendo in risalto collegamenti con gli aspetti fondamentali di ciascun argomento. Il voto finale è basato sulla capacità dimostrata dallo studente di esporre in modo coinciso ed esaustivo le specifiche tematiche, e di cogliere le correlazioni tra le varie parti del programma e i concetti di base della chimica inorganica

Strumenti a supporto della didattica

Le attività didattiche si avvalgono di videoproiezione di presentazioni da computer; il materiale didattico presentato in queste occasioni ed utile per la preparazione dell’esame viene messo a disposizione è reso accessibile agli studenti sulla piattaforma virtuale. Vengono fornite indicazioni sulle fonti bibliografiche consultabili in rete o accessibili in biblioteca. Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna e verranno forniti dal docente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Bordoni