CONOSCENZA E COMPRENSIONE Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito conoscenze avanzate sui metodi moderni di formazione di legami C-C e C-eteroatomo in sintesi organica. L’obbiettivo del corso è quello di integrare le conoscenze di chimica organica ottenute durante il corso di laurea triennale fornendo una prospettiva più sintetica e approfondita, con particolare accenno alla preparazione di sistemi aromatici multifunzionalizzati e all’impiego di metodi sintetici moderni incluse organocatalisi e organofotocatalisi. Inoltre, aspetti particolari di metodi di uso comune verranno approfonditi allo scopo di elucidarne l’utilità in condizioni particolari. CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Gli studenti dovranno essere in grado di ragionare e pianificare autonomamente sintesi organiche di sistemi aromatici complessi, anche e soprattutto considerando le nuove possibilità offerte da metodi alternativi non convenzionali. Questo dovrà avvenire in modo critico, con un’analisi approfondita dei vantaggi e svantaggi correlati ai diversi step sintetici. In particolare, gli studenti dovranno essere in grado di comprendere chiaramente i vantaggi relativi ai nuovi metodi e saperli confrontare in modo critico con le conoscenze già in loro possesso. AUTONOMIA DI GIUDIZIO L'autonomia di giudizio viene sviluppata tramite la preparazione all'esame, che necessita della rielaborazione e assimilazione individuale del materiale teorico presentato in aula e del confronto con le conoscenze pregresse di ciascun studente. ABILITÀ COMUNICATIVE Le lezioni saranno svolte incentivando gli studenti a interagire con il docente. Dato il livello magistrale del corso la discussione con gli studenti sarà incentivata al fine di stimolare lo spirito critico e le capacità comunicative. La capacità di comunicare efficacemente le conoscenze acquisite e la propria capacità di risolvere problemi verrà valutata in sede d’esame mediante la proposta di problemi sintetici e domande teoriche a cui lo studente dovrà essere in grado di rispondere efficacemente. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO Per stimolare la capacità di apprendimento delle conoscenze, durante il corso verranno svolti esercizi in classe e verranno posti quesiti agli studenti che proporranno poi soluzioni da discutere nelle lezioni successive. Verranno inoltre sottoposti agli studenti manoscritti scientifici di interesse di cui discutere le metodologie sintetiche. Gli studenti dovranno essere in grado di gestire lo studio e l’apprendimento in modo indipendente.

conoscenza approfondita degli argomenti di chimica organica previsti dalla laurea triennale in chimica.

1) Metodi per la sintesi e funzionalizzazione avanzata di molecole aromatiche. Design sintetico di sistemi aromatici polifunzionalizzati e loro preparazione mediante utilizzo di organometallici e reazioni per la formazione di legami C-C e C-eteroatomo. Approccio retrosintetico per la preparazione di sistemi aromatici e poliaromatici con particolare attenzione all’importanza di gruppi protettivi nel design sintetico. Esempi di sintesi di sistemi aromatici complessi di interesse industriale e farmaceutico. Sintesi e design di catalizzatori organici. 2) Sintesi e proprietà di sistemi poliaromatici, polifenilenici e nanografenici. Importanza delle regole di Clar nella reattività e proprietà di sistemi aromatici estesi. Esempi di classi di poliaromatici importanti: aceni, perilenediimidi, naftalene diimidi. Strategie sintetiche per la sintesi di sistemi polifenilenici e loro impiego nella sintesi di nanografeni. Metodi bottom up di preparazione di nanografeni basati sulla sintesi organica. Metodi sintetici avanzati per il doping con eteroatomi e effetto dello stesso sulle proprietà dei materiali, con particolare accenno ad esempi riguardanti le classi di aromatici estesi discussi nel corso. 3) metodi sintetici non convenzionali in sintesi organica. Meccanochimica, sintesi organica in flusso e mediante microonde e loro impieghi. Vantaggi e problematiche rispetto alla sintesi convenzionali in soluzione omogenea. Esempi particolari di impiego di queste metodologie sintetiche nella preparazione di derivati e molecole di interesse. 4) Organocatalisi nella sintesi organica Catalisi Covalente: tipologie di catalizzatori, reazioni e applicazioni pratiche. Aminocatalisi. Organo catalisi non covalente basata su catalizzatori operanti mediante legame idrogeno e alogeno. 5) Fotocatalisi per sintesi organica: meccanismi di funzionamento della fotocatalisi: singolo trasferimento di elettrone, formazione di complessi donatore/accettore, trasferimento di energia. Fotocatalisi omogenea basata su catalizzatori inorganici e organici. Fotocatalisi eterogenea e in sistemi a flusso.

“chimica organica” J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, Piccin-Nuova Libraria e “visible light catalysis in organic chemistry” D. MacMillan, Wiley-VCH. Pubblicazioni scientifiche suggerite dal docente.

1a) Reagenti organometallici e loro reattività discussa dal punto di vista della sintesi organica con particolare accenno su organo litiati, organo zinco, e grignard e loro impiego nella formazione di legami Carbonio-Carbonio e Carbonio-eteroatomo. Effetto dell’aggregazione sulla reattività degli organo-litiati e metodi per aumentarne la reattività. 1b) Metodi sintetici per la preparazione di legami C-C e C-eteroatomo. Cross coupling e loro impiego pratico nella sintesi di substrati aromatici complessi (Suzuki, Hiyama, Kumada, Stille, Negishi, Sonogashira, borilazione iridio catalizzata). Coupling di Ullmann. Impiego del benzino e arini nella sintesi organica. Utilizzo di alchini per la formazione di legami C-C. Formazione di legami C-N mediante coupling Buchwald-Hartwig, e C-N C-O mediante coupling Chan-Lam. Sintesi di legami C-B (acidi e esteri boronici) mediante coupling di miyaura, organo litiati e mediante reazione con legami, C-Si, C-Ge, C-Sn). Sintesi di legami C-Si e reattività e proprietà dei composti contenenti organo silicio effetto del silicio in alfa o in beta. Sintesi di legami C-F e C-S e loro reattività. Metodi di formazione di legame C-C non comuni (ioni sililio, triazeni). Reazioni di fotociclizzazione di Mallory e affini per la formazione di legami C-C. 1c) Protezione/deprotezione di gruppi funzionali di rilievo nella chimica dei composti aromatici: Carbonili, carbossili, alcoli, ammine, tioli, alchini. Valutazione dell’utilità dei diversi gruppi protettivi nelle diverse situazioni richieste da sintesi complesse. 2) Sintesi e applicazioni di sistemi poliaromatici complessi. Sintesi di polifenileni, cicloaddizioni basate su tetrafenilciclopentadienone e affini. Impiego dei polifenileni come precursori di sistemi poliaromatici complessi e nanografeni. Reazione di Scholl e deidrogenazione di polifenileni a formare poliaromatici complessi e nanografeni. Metodi sintetici per la preparazione di derivati poliaromatici funzionalizzati e per l’introduzione di eteroatomi all’interno di sistemi aromatici. Regole di Clar per la valutazione della reattività e aromaticità di sistemi aromatici policiclici. Gruppi solubilizzanti per sistemi aromatici estesi. 3) Sintesi meccanochimica senza solventi, tipologie di reattori per reazioni meccanochimiche. Vantaggi e problematiche del metodo meccanochimico in relazione alle tipologie di reazioni precedentemente discusse. Reazioni svolte in condizioni meccanochimiche con organometallici. Reazioni di scholl meccanochimiche. Reazioni in flusso, uso di Sali di diazionio in flusso per limitare i rischi connessi al loro impiego. Utilizzo delle microonde in chimica organica: principi di funzionamento, scelta dei solventi e esempi di reazioni che beneficiano dell’impiego di questa metodologia sintetica. 4) Organocatalisi nella sintesi organica Catalisi Covalente: tipologie di catalizzatori, reazioni e applicazioni pratiche. Aminocatalisi. Esempi di organocatalizzatori: il caso della prolina, catalizzatori di jorgensen. Organo catalisi non covalente basata su catalizzatori operanti mediante legame idrogeno e alogeno. 5) Fotocatalisi per sintesi organica: meccanismi di funzionamento della fotocatalisi: singolo trasferimento di elettrone, formazione di complessi donatore/accettore, trasferimento di energia. Fotocatalisi omogenea basata su catalizzatori inorganici e organici. Importanza delle sorgenti luminose e del design dei fotocatalizzatori. Fotocatalisi eterogenea e in sistemi a flusso. Esempi pratici di reazioni fotocatalizzate con particolare accenno all’impiego di organo fotocatalizzatori.

Lezioni frontali, materiale didattico su Moodle, esercizi e quesiti da svolgere in aula e in autonomia.

Eventuali cambiamenti di orario o modifiche legate a situazioni eccezionali saranno comunicate agli studenti tramite moodle e mail istituzionale.

La valutazione dello studente prevede una prova orale in cui viene svolto un esercizio seguito da domande di teoria sugli argomenti trattati durante le lezioni. In particolare, l’esercizio consisterà nella pianificazione di una sintesi di una molecola organica. Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di padroneggiare gli argomenti proposti sia nella loro esposizione sia impiegandoli per risolvere un problema pratico. Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi. Per superare l'esame (18/30) lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti argomento del corso, e riuscire a proporre una soluzione teoricamente corretta all’esercizio. Per conseguire il punteggio massimo (30/30 e lode), lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso ma soprattutto di possedere una mentalità critica nell’uso degli strumenti teorici, con la capacità di soppesarne i pregi e difetti unitamente alla capacità di evolvere autonomamente il proprio ragionamento.

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite