67062 - CHIMICA ORGANICA CON LABORATORIO

Conoscenze e abilità da conseguire

L'obiettivo del corso è fornire agli studenti i principi fondamentali della chimica fisica organica e come utilizzarli nello studio dei meccanismi delle reazioni organiche. Inoltre, gli studenti impareranno processi classici di chimica sintetica e come applicarli per progettare approcci efficaci per la sintesi di molecole complesse. Il corso metterà in luce anche i moderni metodi catalitici per la formazione di nuovi legami, compresi i processi di accoppiamento catalitico mediati da metalli per la creazione di nuovi legami C-C e carbonio-eteroatomo. Gli studenti impareranno anche come preparare composti chirali enantiomericamente puri utilizzando gli strumenti della sintesi asimmetrica e della catalisi asimmetrica. Gli studenti acquisiranno conoscenze per sviluppare processi di sintesi multistadio di sostanze di interesse applicativo industriale anche enantiomericamente pure, utilizzando metodologie di avanguardia. Lo studente è inoltre in grado di effettuare la purificazione e la determinazione strutturale di ogni intermedio e prodotto finale mediante l'impiego delle più moderne tecniche analitiche e spettroscopiche.

Contenuti

PARTE ISTITUZIONALE

Conoscenze preliminari: le conoscenze preliminari di chimica organica attese dagli studenti in ingresso a questo insegnamento sono quelle di uno studente che ha completato un corso di studi triennale in chimica con certificazione Eurobachelor(R) e reperibili a questo link [http://ectn.eu/committees/virtual-education-community/echemtest/organic-chemistry-3/] .

1. Concetti preliminari su meccanismi di reazione, catalisi e stereochimica
   1. Richiami di stereochimica.
   2. Richiami di cinetica ed equilibri delle reazioni organiche
   3. Tecniche sperimentali per la determinazione del meccanismo delle reazioni organiche
   4. Catalisi acido/base delle reazioni organiche
2. Sintesi stereoselettiva
   1. Considerazioni energetiche sulle reazioni che generano stereosiomeri
   2. Risoluzioni di racemati
   3. Sintesi dal chiral-pool
   4. Sintesi e catalisi asimmetrica
3. Reazioni organiche mediate da metalli di transizione
   1. Stadi elementari delle reazioni organometalliche
   2. La reazione di Heck
   3. Reazioni di cross-coupling tra organometallici: Stille, Suzuki, Kumada, Negishi e Sonogashira
   4. Attivazione di elettrofili allilici mediante Pd(0)
   5. Amminazione aromatica palladio-catalizzata
   6. Attivazione di alcheni con Pd(II)
   7. La metatesi di alcheni
4. Reazioni pericicliche e riarrangiamenti
   
   
   1. La reazione di Diels-Alder
   2. Cicloaddizioni [2+2] fotochimiche e termiche
   3. Cicloaddizioni 1,3-dipolari
   4. Riarrangiamenti sigmatropici
   5. Riarrangiamenti di Payne, di Meerwein, pinacolico
   6. Migrazioni a eteroatomi: riarrangiamenti di Baeyer-Villiger e di Beckmann
5. Catalisi photoredox
   1. Origine e sviluppo del campo di ricerca
   2. Organocatalisi e photoredox
   3. Nickel catalisi e photoredox

PARTE DI LABORATORIO

1. Spettroscopia NMR
   1. Momento di Spin-nucleare, frequenza di Larmor, stati quantizzati di spin, regole di orientazione di spin nel campo magnetico.
   2. Strumentazione NMR e tecnica di acquisizione FT
   3. Teoria del rilassamento, T1 e T2
   4. Parametri di acquisizione: finestra spettrale, risoluzione spettrale e impulsi RF
   5. Analisi degli spettri 1H: chemical shift, costanti di accoppiamento e integrazione
   6. Spettri 13C e tecniche DEPT per la assegnazione dei segnali 13C
   7. Spettri NOE e loro interpretazione
   8. Spettri 2D-NMR: COSY, HSQC e HMBC e loro interpretazione.
   9. Esercitazioni in aula
      
      
2. Spettroscopia di massa
   1. Teoria base della spettroscopia di massa: massa nominale e massa esatta
   2. metodi di ionizzazione: impatto elettronico, electron spray, MALDI
   3. analizzatori: settore magnetico, quadrupolo, trappola ionica, TOF e FT-ICR
   4. composizione isotopica, definizione di frammentazione primaria e secondaria, classificazione delle frammentazioni di tipo primario
   5. meccanismi di frammentazione e ioni caratteristici
   6. Esercitazioni in aula
      
      
3. Analisi di composti otticamente attivi
   1. Determinazione della purezza enantiomerica mediante tecniche cromatografiche HPLC
   2. Purezza diastereomerica e enantiomerica via spettroscopia NMR
      
      
4. Attività di Laboratorio
   1. Verranno condotte due sintesi di tipo multi-step strettamente legate ai contenuti del corso teorico, affiancate dalla analisi spettroscopica e cromatografica degli intermedi e dei prodotti finali.

Testi/Bibliografia

Stampati delle presentazioni effettuate a lezione e disponibili via Virtuale

Istituzioni

 Clayden, Greeves, Warren & Wothers "Organic Chemistry - 2nd Ed." - OUP 2012

Laboratorio

1. D.H.Williams, I.Fleming; 'Spectroscopic Methods in Organic Chemistry' 5° ed. Inglese; McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-709147-7
2. R.M.Silverstein, F.X.Webster, D.J.Kiemle, "Spectrometric identification of Organic Compounds", 7° ed,; Wiley International Edition. ISBN 0-471-42913-9

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula mediante presentazioni con videoproiettore, esercitazioni in aula assistite dal docente ed esercitazioni utilizzando la piattaforma Virtuale

Le lezioni saranno tenute prevalentemente in lingua inglese.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 & 2 online 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 valutazione dell’apprendimento viene effettuata attraverso la combinazione di tre prove

1. una prova pratica basata sulle esperienze svolte in laboratorio
2. una prova finale scritta di NMR/massa
3. una prova finale scritta per la parte di teoria

Le prove finali scritte sono sostenute durante uno dei sei appelli definiti dai docenti nell’arco dell’anno accademico durante le sessioni d’esame predisposte dal Corso di Laurea.

La prova pratica consente di ottenere un punteggio compreso tra 0 e 3, e consiste in: i) individuazione della struttura di una molecola incognita sintetizzata in laboratorio sulla base dei dati spettroscopici NMR e di spettrometria di massa, da effettuarsi durante le esperienze di laboratorio (da 0 a 1 punto); ii) relazioni sulle attività sperimentali eseguite in laboratorio, la cui valutazione è volta a determinare la capacità di elaborare, interpretare e presentare i dati raccolti durante le esperienze (da 0 a 2 punti).

La frequenza alle attività di laboratorio è obbligatoria per la verbalizzazione del corso.

La prova finale scritta di NMR/massa è costituita da un esercizio di assegnazione strutturale con punteggio compreso tra 0 e 8 punti. L’esercizio di assegnazione strutturale prevede l’utilizzo di dati sperimentali di spettroscopia NMR/massa per la determinazione della struttura di un composto organico incognito. Il tempo a disposizione per la prova scritta è di 90 minuti.

La prova finale scritta di teoria ha un punteggio compreso tra 0 e 20 punti. La prova mira a valutare il grado di apprendimento dei concetti esposti durante le lezioni e la capacità dello studente di applicarli per la comprensione e la risoluzione di problemi reali. Il tempo a disposizione per la prova scritta è di 90 minuti.

Il voto finale è ottenuto sommando i punteggi ottenuti nella valutazione della prova pratica (0-3 punti), quello ottenuto nella prova scritta finale d’esame (0-8 punti) e quello ottenuto nella prova orale finale (0-20 punti). La conversione del punteggio nel voto viene effettuata secondo il seguente algoritmo:

1. se la somma è maggiore di 30 il punteggio ottenuto viene convertito nel voto di "30 con lode"
2. se la somma dei punteggi è inferiore o uguale a 30, si effettua un arrotondamento all'intero più vicino (funzione ARROTONDA(punteggio;0) di Excel). Il risultato dell'arrotondamento rappresenta il voto in trentesimi

I punteggi ottenuti nelle prove finali hanno validità di 12 mesi, trascorsi i quali vengono annullati e le prove finali dovranno essere ripetute.

Strumenti a supporto della didattica

TEORIA
Presentazioni in PDF disponibili via web, da sito Virtuale 

Esercizi on-line

Test di autovalutazione

LABORATORIO
Il docente utilizzerà per la parte teorica presentazioni PowerPoint (disponbili per gli studenti prima delle lezioni) e spettri stampati per le esercitazioni. Il corso svolgerà concetti teorici seguiti da esempi ed esercitazioni

Studenti con Disabilità e DSA
Gli studenti con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) o con disabilità possono contattare il Servizio Studenti con Disabilità e DSA dell’Università di Bologna (http://www.studentidisabili.unibo.it/) e il referente del Dipartimento (giorgio.bencivenni2@unibo.it) o i docenti del corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Paolo Melchiorre

Consulta il sito web di Andrea Mazzanti

Consulta il sito web di Michele Mancinelli