Fornire allo studente le conoscenze base della catalisi in fase omogenea applicata ai più importanti processi industriali attraverso lo studio delle proprietà e della reattività dei catalizzatori. In particolare veranno trattati i processi catalizzati da complessi metallo-organici  dei metalli di transizione.  Al termine del corso Lo studente sarà in gradio di interpretare dal punto di vista meccanicistico i processi base della catalisi omogena in chimica organica e di proporre in maniera autonoma un ciclo catalitico.

DdD 1: Conoscenza e capacità di comprensione

DdD 2: Conoscenza e capacità di comprensione applicate

Introduzione: Metalli di transizione (MT), Legame Metallorganico, Composti di coordinazione dei MT: Numeri di coordinazione (CN), Isomeria e chiralità, Teoria del campo cristallino, Conteggio degli elettroni, Ligandi.

Struttura, reattività e meccanismi base della Catalisi Omogenea: Scambio di ligandi, addizione ossidativa, eliminazione riduttiva, inserzioni migratorie e transmetallazione. Cicli catalitici base. Calcolo del TON e del TOF.

Applicazioni Industriali:  a) Idrogenazioni (riduzione di olefine, acidi grassi e dell’adipo nitrile per la produzione del Nylon, Processo Tagasako per la produzione del Mentolo); b) Reazioni che coinvolgono CO:  idroformilazioni, carbonilazioni di alcohol ed esteri (Processo Monsanto  e Captiva per sintesi dell’acido acetico); c) Reazioni di accoppiamento Carbonio-Carbonio (C-C coupling); d) Reazioni di metatesi, produzione di “light olefines” (processo SHOP: Shell Higher Olefines Process); e) Formazione del legame C-O attraverso ossidazioni (KA Oil, sintesi dell’acetaldeide attraverso la Wacker, epossidazione e di-idrossilazione); f) Polimerizzazione di Ziegler-Natta; g) Copolimerizzazioni CO/olefine: polichetoni.

Ricerca Bibliografica: ricerca sui principali database: Google Scholar; Web of science; Scopus 

Laboratorio sperimentale: Al termine del corso saranno eseguite 2 esperienze di laboratorio, e verranno forniti i principi base per disegnare i cicli catalitici con il software ChemDraw.

I prerequisiti per il corso di  Catalisi Omogenea in Chimica Organica riguardano argomenti della Chimica generale e Chimica Organica:

• Struttura molecolare e teoria del legame chimico. Strutture di Lewis. Complessi metallici.
• Termodinamica ed equilibrio chimico
• Cinetica e meccanismi di reazione
• Principali trasformazioni della Chimica Organica
• Principi base di stereochimica
• Principi base di Chimica Industriale

Questi argomenti sono trattati nei corsi di Chimica Generale e Chimica Organica A e nel Corso di Chimica Industriale

• La prova finale consiste in un esame orale volto a valutare le conoscenze teoriche su tutti i contenuti del corso. Allo studente viene fornita della letteratura su un argomento specifico di un processo. Lo studente deve ampliare la letteratura fornita con una ricerca bibliografica attraverso i principali database. Al termine della ricerca deve sviluppare una presentazione di circa 20 minuti illustrando il processe industriale facendone lo stato dell'arte. In particolare lo studente deve proporre un ciclo catalitico, illustrare il rate determinig step e calcolare il TOF del processo. Richiami alla struttura e ai meccanismi di reazione coinvolti nel processo saranno elementi base per la valutazione finale.