CHIMICA ORGANICA AVANZATA
cod. 1004374

Anno accademico 2018/19
1° anno di corso - Primo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Chimica organica (CHIM/06)
Field
Discipline chimiche
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
48 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in ITALIANO

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire una discussione approfondita dei metodi adatti alla conoscenza dei meccanismi della chimica organica, delle correlazioni tra struttura e reattività e dei più importanti metodi di sintesi di composti organici.

Per quanto riguarda le conoscenze e la capacità di comprensione, ci si attende che al termine del corso lo studente sia in grado di:
• conoscere le relazioni fra struttura e proprietà chimiche dei derivati organici. A tale scopo, il corso si concentrerà sui meccanismi di reazione e la generazione, la struttura e la reattività dei più comuni intermedi reattivi (enolati, carbeni, radicali, ...).
• acquisire la conoscenza delle più moderne e avanzate strategie di sintesi organica. A tale scopo il corso si propone di fornire una discussione approfondita dei metodi sintetici che coinvolgono l'uso di reagenti organometallici nella sintesi del legame carbonio - carbonio, l’impiego dei gruppi protettori e l‘uso delle reazioni di ossidazione e riduzione per la trasformazione dei gruppi funzionali.
• reperire informazioni chimiche attraverso la consultazione di banche dati.

Per quanto riguarda le capacità di comprensione applicate, l’autonomia di giudizio, e le abilità comunicative, al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:
• comprendere una problematica legata alla sua futura professione, di eseguire una valutazione critica e di proporre soluzioni specifiche;
• comunicare problematiche di tipo chimico/scientifico in forma scritta e verbale;
• sostenere un contraddittorio sulla base di un giudizio sviluppato autonomamente su problematiche inerenti ai propri studi.

Prerequisiti

n/a

Contenuti dell'insegnamento

Metodi per lo studio delle reazioni chimiche; effetti strutturali sulla stabilità e reattività; intermedi reattivi; uso di composti organometallici nella sintesi organica; impiego di gruppi protettori nella sintesi organica; trasformazione di gruppi funzionali; la letteratura in chimica organica.

Programma esteso

Strumenti per determinare i meccanismi di reazione. Cinetica nello studio del meccanismo di reazione. Teoria dello stato di transizione. Effetto isotopico cinetico. Effetto sostituente e relazioni di energia libera lineare. Intermedi reattivi: anioni e reazioni nucleofile, cationi ed elettrofili, radicali e carbeni.
Strategie sintetiche. Fattori sterici. Criteri per valutare i percorsi sintetici. Termini sintetici. Applicazione dei metodi sintetici. Introduzione all’impiego dei composti organometallici per la sintesi del legame C-C. Sintesi di composti organometallici mediante: a) addizione ossidativa (reagenti organomagnesio e organolitio); b) metallazione (organometalli come basi e ortometallazione); c) scambio metallo/alogeno e transmetallazione. Reazioni dei composti organometallici. Reagenti di Grignard e organolitio. Reagenti organorame e organocuprati. Reazioni delle ilidi del fosforo (reazione di Wittig) e dello zolfo. Silicio nella formazione del legame C-C: eliminazione di Peterson (sintesi degli alcheni). Allil silani come nucleofili. Reazioni di formazione del legame carbonio-carbonio palladio catalizzate: compatibilità con i gruppi funzionali, reattività del gruppo uscente, selettività, effetti sterici e elettronici. Reagenti organolitio e organomagnesio (reazione di Kumada); reagenti organozinco (reazione di Negishi); reagenti organometallici a base di alluminio e zirconio; reagenti organostagno (reazione di Stille); reagenti organoboro (reazione di Suzuki); reagenti di organosilicio (reazione di Hiyama). Reazioni di Homocoupling; accoppiamento di enolati e fenossidi. Reazione di Buchwald-Hartwig e Ullmann.
Attivazione del legame C-H (cenni). Introduzione e principi. Reazione di Fujiwara-Moritani. Accoppiamento di derivati biarilici. Reazioni di accoppiamento carbonilico: sintesi di chetoni e di derivati dell'acido carbossilico; carbonilazione di alcheni e alchini. La reazione di Heck: reazione di inserimento di alcheni e alchini su areni catalizzata da palladio.
Reazioni di ossidazione e riduzione: panoramica, effetto degli eteroatomi sullo stato di ossidazione del carbonio; reazioni di ossidazione comuni e agenti ossidanti. Ossidazione di alcoli, dioli, aldeidi, chetoni, alcheni, alchini, carboni allilici e benzilici, ossidazione di chetoni α-carboni. Reazioni di riduzione comuni e agenti riducenti; idrogenazione catalitica; idruri e metalli come agenti riducenti.
Gruppi protettori: concetto di ortogonalità nei gruppi protettori. Protezione di alcoli e 1,2- e 1,3-dioli; protezione di mercaptani; protezione di acidi carbossilici; protezione di ammine.
La letteratura in chimica organica: presentazione all’impiego di client per la pianificazione di sintesi organiche (Reaxys e SciFinder) e di consultazione delle fonti primarie di letteratura (Web of Science e SFX).

Bibliografia

Dispense del docente, esempi di esercizi e casi oggetto dell'esame. Questi materiali sono pubblicati dall'inizio del corso sulla piattaforma Elly. Costituiscono il supporto principale per la preparazione dell'esame

Testi di consultazione:
Richard A. Jackson – Mechanisms in Organic Reactions, Tutorial Chemistry Text nr. 23, Royal Society of Chemistry, 2004

Felix A. Carroll, Perspectives in Structure and Mechanism in Organic Chemistry, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 2010

James R. Hanson – Organic Synthetic Methods, Tutorial Chemistry Text nr. 12, Royal Society of Chemistry, 2002

Roderick Bates – Organic Synthesis using Transition Metals, 2nd ed. Wiley 2012

J. R. Hanson - Protective Groups in Organic Synthesis, Postgraduate Chemistry Series, Sheffield Academic Press, Blackwall Science, 1999

Metodi didattici

Il corso impiegherà lezioni frontali di 2 ore distribuite su due giorni per settimana.

Modalità verifica apprendimento

La dimostrazione di una conoscenza di base dei contenuti del corso, valutata attraverso una prova scritta con 7 quesiti, che includa i meccanismi delle principali reazioni organiche, la cinetica delle reazioni, le correlazioni lineari di energia libera, l'impiego dei gruppi protettori e di composti organometallici nella sintesi organica, nonché le principali nozioni di FGI, determina una valutazione dell’esame pari a 18-21/30. Nella successiva prova orale, effettuata immediatamente dopo la prova scritta, la capacità dello studente di descrivere i metodi per lo studio dei meccanismi delle reazioni organiche sarà valutata con un punteggio pari a 21-24/30. La capacità dello studente di affrontare la sintesi di semplici composti organici mediante reazioni multistep e facendo uso dei metodi sintetici descritti nel corso determina un punteggio pari a 24-27/30. Una discussione approfondita degli argomenti determina un voto pari a 27-30/30. Risposte del tutto esaurienti e approfondite fornite avendo fatto uso di un linguaggio rigoroso che evidenzi anche la capacità di porsi di fronte a problemi nuovi, insieme con l’individuazione di possibili problematiche e applicazioni determinano la valutazione con lode.

Altre informazioni

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