METODOLOGIE CATALITICHE PER LA CHIMICA FINE

L’insegnamento ricade tra le attività formative affini o integrative del corso di laurea magistrale di Chimica e Tecnologie Sostenibili e consente allo studente di acquisire la conoscenza di importanti processi catalitici industriali per la produzione di prodotti della Chimica Fine.
L'obiettivo formativo specifico dell’insegnamento è quello di fornire conoscenze di catalisi e della sua applicazione in processi di interesse industriale per la sintesi di prodotti della Chimica Fine, in particolare di composti biologicamente attivi quali farmaci, fitofarmaci, ecc.. Particolare attenzione è rivolta alla sostenibilità ed all’utilizzo di solventi a basso impatto ambientale per la realizzazione di processi catalitici bifasici. Pertanto l'obiettivo principale sarà la comprensione di come le metodologie catalitiche possano essere impiegate per pianificare nuove strade per la sintesi di prodotti di chimica fine riducendo il numero di stadi sintetici e quindi diminuendo la quantità di scarti.

1. Conoscenza e comprensione
i) Conoscere i concetti base di catalisi.
ii) Conoscere le nozioni che stanno alla base dei processi chimici industriali.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
i) Saper impiegare i concetti appresi per interpretare un ciclo catalitico.
ii) Saper individuare le caratteristiche che consentono di definire un processo industriale sostenibile.
3. Capacità di giudizio
i) Saper valutare l’efficacia di diverse vie sintetiche di un processo in termini di scelta dei catalizzatori, dei solventi e delle condizioni di reazione.
ii) Saper valutare gli eventuali errori e/o le cause che hanno portato a risultati disattesi nelle esperienze di laboratorio.
4. Abilità comunicative
i) Saper comunicare le conoscenze apprese ed il risultato della loro applicazione utilizzando un linguaggio appropriato non solo in ambito orale ma anche nelle relazioni scritte.
ii) Saper interagire con il docente e con i compagni in modo rispettoso e costruttivo; in particolare, mostrare disponibilità e collaborazione durante le esperienze laboratoriali di gruppo.
5. Capacità di apprendimento
i) Saper prendere appunti, riuscendo a valutare quali sono le informazioni più importanti.

Avere raggiunto gli obiettivi formativi del corso di Chimica Industriale e sapere pertanto cosa è un processo chimico industriale. È necessario inoltre che gli studenti conoscano ed abbiano familiari i concetti di chiralità e che possiedano una conoscenza di base di catalisi. È quindi consigliato che gli studenti abbiano superato l’esame di Chimica e Tecnologia della Catalisi e che abbiano seguito il corso di Chimica Industriale II.

In relazione agli obiettivi formativi e ai risultati di apprendimento attesi, riportati nelle sezioni
relative, i contenuti del corso possono essere così suddivisi:
- Introduzione.
Descrizione del programma, modalità d’esame e bibliografia.
- Aspetti generali della catalisi.
I principi della Green Chemistry. I catalizzatori. Catalisi omogenea ed eterogenea. Catalisi bifasica. Catalisi asimmetrica. L’importanza della catalisi nei processi industriali. Applicazione della catalisi per la sintesi di prodotti della chimica fine.
- Reazioni catalitiche di idrogenazione
La reazione di idrogenazione. Catalizzatori omogenei a base di metalli di transizione. Meccanismo della reazione di idrogenazione: ciclo catalitico.
- L-DOPA
Introduzione. Preparazione del principio farmaceutico L-DOPA (anti Parkinson) mediante processi di risoluzione. Studi per la sintesi dell’L-DOPA mediante idrogenazione enantioselettiva. Ricerca di un catalizzatore per l’idrogenazione enantioselettiva. Preparazione di un nuovo legante fosfinico per la reazione di idrogenazione. Il processo industriale per la sintesi del farmaco.
Studi per la sintesi dell’L-DOPA mediante idrogenazione enantioselettiva catalizzata da complessi di Rodio modificati con carboidrati. Sviluppo del processo industriale. Confronto dei due metodi industriali.
- Metolachlor
Introduzione. Preparazione dell’erbicida Metolachlor racemo. Applicazione dell’idrogenazione enantioselettiva per la sintesi dell’erbicida Metolachlor enantiomericamente arricchito. Ricerca di un nuovo sistema catalitico a base di Iridio. Sviluppo di un nuovo legante difosfinico enantiomericamente puro. Studio delle caratteristiche del processo industriale.
Metalaxyl e Clozylacon
Sintesi classica e sintesi mediante idrogenazione catalitica enantioselettiva dei due fungicidi Metalaxyl e Clozylacon. Studio di nuovi sistemi catalitici omogenei enantioselettivi.
Epossidazione di Sharpless
Introduzione alla reazione di epossidazione. Epossidazione enantioselettiva di Sharpless. Studio del sistema catalitico. Ipotesi sulla struttura del catalizzatore e sul ciclo catalitico. Applicazioni degli epossialcoli enantiomericamente arricchiti ottenuti mediante epossidazione di Sharpless.
Esomeprazolo
Introduzione. Azione e preparazione dell’Omeprazolo, un principio farmacologicamente attivo contro l’acidità di stomaco. Preparazione dell’Esomeprazolo (Omeprazolo enantiomericamente arricchito) mediante risoluzione dell’Omeprazolo. Studio di un sistema catalitico enantioselettivo per l’ossidazione di solfuri a solfossidi. Applicazione del nuovo sistema catalitico per la preparazione dell’Esomeprazolo. Il processo industriale per la sintesi del farmaco.
Solventi alternativi e catalisi bifasica
I solventi nelle reazioni organiche. Solventi a basso impatto ambientale: acqua, solventi perfluorurati, liquidi ionici, fluidi allo stato supercritico. Catalisi bifasica utilizzando i solventi summenzionati. Punti di forza e di debolezza della catalisi bifasica. Applicazione della catalisi bifasica.

1) H.U. Blaser, "Asymmetric Catalysis on an Industrial Scale", Wiley-VCH 2004. (Testo disponibile solo in lingua Inglese).
2) B. Cornils, W.A. Herrmann, I.T. Horvath, W. Leitner, S. Mecking, H. Olivier-Bourbigou, D. Vogt (Eds.), Multiphase Homogeneous Catalysis, Wiley-VCH, Weinheim 2005. (Testo disponibile solo in lingua Inglese)
3) Appunti e dispense di lezione.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova orale. Gli studenti dovranno dimostrare di conoscere gli argomenti relativi al programma svolto rispondendo ad alcune domande in modo chiaro e corretto e con proprietà di linguaggio. La prova orale ha durata variabile da 30 minuti a 45 minuti in ragione della chiarezza e coerenza delle risposte ai quesiti posti e sono previste almeno tre domande.
In particolare, il punteggio viene così definito:
18-22: conoscenza sufficiente degli argomenti e appena sufficiente utilizzo del linguaggio scientifico;
23-26: discreta conoscenza degli argomenti e discreta abilità di comunicazione scientifica;
27-30: buona/ottima conoscenza degli argomenti e ottimo utilizzo di un linguaggio scientifico appropriato;
30 e L: eccellente conoscenza della materia e capacità di collegamenti fra gli argomenti trattati

L’insegnamento è organizzato in lezioni frontali. Gli argomenti esposti durante le lezioni vengono illustrati in modo dettagliato mediante diapositive power point proiettate su uno schermo. Il materiale didattico proiettato in aula è presente e scaricabile nella piattaforma “moodle” di Ateneo.

Italiano

Il corso può definirsi sostenibile in quanto tratta di catalizzatori e della loro applicazione: i catalizzatori permettono di effettuare le reazioni chimiche con un minor impatto ambientale ed una minore spesa energetica, rientrando così nei dodici principi della Green Chemistry L’utilizzo inoltre di solventi a basso impatto ambientale e la possibilità di effettuare una catalisi bifasica con recupero e riciclo del catalizzatore consentono lo svolgimento di un processo chimico in maniera più sostenibile.

Accessibilità, Disabilità e Inclusione
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento: Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.

orale