Obiettivi formativi
Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di conoscere, comprendere ed applicare i concetti essenziali della chimica dei composti di coordinazione, in particolare per quanto riguarda i metalli del blocco d. Lo studente dovrà: mostrare una buona conoscenza dei numeri di coordinazione più comuni e delle geometrie a questi associate; mostrare di aver compreso le basi quantomeccaniche per descrivere i complessi; comprendere le basi termodinamiche e cinetiche della chimica dei complessi.
Lo studente dovrà sviluppare quelle abilità comunicative, quella capacità di apprendere e fare collegamenti fra i vari argomenti, che gli consentiranno di affrontare la letteratura scientifica relativa alla chimica di coordinazione, anche nei suoi diversi risvolti applicativi.
Prerequisiti
Conoscenze di base di chimica inorganica ed organica
Contenuti dell'insegnamento
Introduzione alla chimica dei composti di coordinazione. La teoria di Werner (valenza primaria e valenza secondaria). Nomenclatura dei composti di coordinazione. Leganti (denticità, modi di coordinazione, leganti ciclici). Numero di coordinazione, geometria di coordinazione. Isomeria e chiralità nei complessi. Teoria hard and soft acids and bases (HSAB). Il legame nei composti di coordinazione: cenni di teoria del campo cristallino e cenni di teoria degli orbitali molecolari (modello covalente). Proprietà elettroniche e magnetiche dei complessi.
Aspetti termodinamici della chimica dei composti di coordinazione. Selettività di un legante per uno ione metallico. Ionofori. Reazioni template.
Aspetti cinetici della chimica dei composti di coordinazione, reazioni di sostituzione ed effetto trans. Reazioni di ossidoriduzione (meccanismo a sfera interna, meccanismo a sfera esterna).
Chimica di coordinazione e chimica bioinorganica (terapia chelante; inibitori dell’attività di un metalloenzima; complessi metallici come farmaci o integratori; complessi metallici in radiodiagnostica e radioterapia).
Caratteri generali della chimica di coordinazione dei lantanidi. Effetto “antenna”. Complessi metallici nell’imaging con Risonanza Magnetica Nucleare. Sonde fluorescenti (molecular probes).
Programma esteso
Introduzione alla chimica dei composti di coordinazione (complessi). La teoria di Werner (valenza primaria e valenza secondaria). Nomenclatura dei composti di coordinazione. Leganti: denticità, modi di coordinazione (leganti ambidentati, leganti a ponte), leganti ciclici. Numero di coordinazione, sfera di coordinazione, geometria di coordinazione di uno ione metallico. Modello di Kepert delle cariche puntuali, pseudorotazione di Berry. Isomeria nei complessi: isomeri strutturali, stereoisomeri (isomeri geometrici, isomeri ottici), chiralità sul legante.
Il legame nei composti di coordinazione. Cenni di teoria del campo cristallino (separazione in energia degli orbitali d, campo ottaedrico, tetraedrico e planare quadrato). Energia di stabilizzazione del campo cristallino. Campo forte e campo debole, serie spettrochimica dei leganti, complessi a basso e alto spin (transizioni di spin). Effetto Jahn-Teller. Cenni di teoria degli orbitali molecolari (modello covalente): legame sigma/pi- greca. Leganti sigma/pi-greca donatori. Leganti donatori sigma, accettori pi-greca (retrodonazione pi-greca).
Proprietà elettroniche (bande di trasferimento di carica) e magnetiche (transizioni di spin) dei complessi. Solvatocroismo. Aspetti termodinamici della chimica dei composti di coordinazione: costanti di formazione, teoria hard and soft acids and bases (HSAB), durezza “assoluta”, serie di Irving-Williams, effetto chelante, pre-organizzazione del legante, effetto macrociclico, leganti policiclici. Effetto templante termodinamico e cinetico.
Selettività di un legante per uno ione metallico. Ionofori (siderofori). Aspetti cinetici della chimica dei composti di coordinazione, meccanismo associativo/dissociativo, reazioni di sostituzione, reazioni di sostituzione nei complessi quadrato-planari, fattori che influenzano la velocità di sostituzione, nucleofilia, effetto trans. Reazioni di ossidoriduzione (meccanismo a sfera interna, meccanismo a sfera esterna), dipendenza dei potenziali redox degli ioni metallici dalla coordinazione.
Chimica di coordinazione e Chimica bioinorganica. Terapia chelante per rimozione di metalli tossici o metalli essenziali in concentrazioni anomale. Leganti inibitori dell’attività di un metalloenzima. Complessi metallici come farmaci (o integratori). Complessi metallici in Radiodiagnostica, Radioterapia.
Caratteri generali della chimica di coordinazione dei lantanidi. Effetto “antenna”. Complessi metallici nell’imaging con Risonanza Magnetica Nucleare. Sonde fluorescenti (molecular probes).
Bibliografia
Prima dell'inizio del corso sono disponibili on line le slides che saranno utilizzate per le lezioni.
Vengono consigliati i seguenti testi:
J.R. Gispert, Coordination Chemistry, Wiley
J.E. Huheey, E.A. Keiter, R.L. Keiter, Chimica Inorganica. Principi, strutture, reattività, Piccin
D.F. Shriver, P.W. Atkins, C.H. Langford, Chimica Inorganica, Zanichelli
F. Basolo, R. Johnson, Chimica dei composti di coordinazione, Zanichelli
Metodi didattici
Il corso verrà svolto mediante lezioni frontali accompagnate dalla proiezione di slides; queste verranno rese disponibili on line fin dall'inizio del corso.
Le slides vengono considerate parte integrante del materiale didattico. Si avrà cura di richiamare costantemente all’uso appropriato del linguaggio chimico, di inserire esempi tratti dalla “vita quotidiana”, di sottolineare i collegamenti fra le varie parti del corso, di incentivare la partecipazione attiva degli studenti.
Modalità verifica apprendimento
Il raggiungimento della conoscenza e della comprensione dei contenuti del corso sarà acceratato mediante una prova orale.
La prova orale è intesa a verificare l’acquisita padronanza dello specifico linguaggio chimico e l’abilità comunicativa dello studente.
Altre informazioni
Sono disponibili on line le slides utilizzate per le lezioni.
E' possibile, previo appuntamento, fissare un incontro o, se questo fosse preferibile, una videochiamata con il docente.
