CATALYSIS AND REACTIVITY OF INORGANIC SYSTEMS
Academic year2020/21
CourseCHEMISTRY
Code352CC
Credits6
PeriodSemester 2
LanguageItalian
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) |
| CATALISI | CHIM/03 | LEZIONI | 24 | |
| REATTIVITÀ DI SISTEMI INORGANICI | CHIM/03 | LEZIONI | 24 | |
Obiettivi di apprendimento
Conoscenze
Modulo “Catalisi” (3 CFU). Il Modulo di Catalisi consente allo studente di approfondire i principi di base per la comprensione e lo studio del fenomeno della catalisi eterogenea ed omogenea. Sono discussi vari esempi di processi catalitici industriali, i problemi connessi e come questi sono stati risolti.
Modulo “Reattività di Sistemi Inorganici” (3 CFU). Dopo aver seguito il corso e studiato il programma relativo, lo studente avrà acquisito una buona conoscenza della chimica di coordinazione, con particolare riferimento ad aspetti strutturali e di reattività (cinetica e termodinamica) dei metalli di transizione d. Inoltre, lo studente avrà approfondito le connessioni tra la chimica di coordinazione ed il ruolo dei metalli nei sistemi biologici.
Knowledge
Section “Catalysis” (3 CFU). The course provides the students with fundamental principles for understanding heterogeneous and homogenous catalysis. The development of several catalytic industrial processes will be discussed, along with related issues and how these have been dealt with.
Section “Reactivity of Inorganic Systems” (3 CFU). The course provides the students with advanced knowledge of coordination chemistry, with respect to structural and reactivity aspects (both kinetic and thermodynamic) of d transition metals. Moreover, student will also become familiar with to the role of metals in biological systems in the light of their coordination chemistry.
Modalità di verifica delle conoscenze
La verifica delle conoscenze costituisce l’oggetto della valutazione della prova di esame prevista alla fine del corso.
Assessment criteria of knowledge
Final exam
Capacità
Dopo aver seguito il corso e studiato il programma relativo, lo studente :
- dovrà conoscere le principali classi di catalizzatori e dovrà essere in grado di mettere in relazione le proprietà del catalizzatore alle principali caratteristiche delle reazioni catalitiche
- dovrà dimostrare una conoscenza approfondita di un certo numero di processi catalitici usati industrialmente, dei problemi connessi e di come questi siano stati risolti
- avrà acquisito strumenti per analizzare/prevedere aspetti strutturali (natura del legame) di un composto di coordinazione, in funzione del legante e del centro metallico considerato
- saprà indicare come specifiche proprietà di un centro metallico e/o dei leganti possono influenzare/determinare la reattività di un sistema
Skills
At the end of the course, the student will be able to:
- Know the main class of catalysts and be able to relate the properties of the catalyst with those of the catalytic reaction
- Show advanced knowledge of several industrially-relevant catalytic processes
- Understand/predict structural aspects (nature of bonding) of a coordination compound with respect to specific properties of the ligand and the metal center
- Know how specific properties of metal centers and ligands may affect the reactivity of a coordination compound
Modalità di verifica delle capacità
La verifica delle capacità costituisce l’oggetto della valutazione della prova di esame prevista alla fine del corso.
Assessment criteria of skills
Final exam
Comportamenti
Lo studente potrà sviluppare conoscenza approfondita delle proprietà chimiche fondamentali alla base delle varie applicazioni dei complessi di metalli di transizione; in particolare del loro utilizzo in catalisi.
Behaviors
Students will develop elaborate knowledge of the fundamental chemical properties of transition metal complexes underlying their various applications; with particular refence to catalysis
Modalità di verifica dei comportamenti
Discusione sugli argomenti trattati durante le lezioni
Assessment criteria of behaviors
Open discussion during each lesson
Prerequisiti (conoscenze iniziali)
Per una migliore comprensione degli argomenti trattati, è opportuno avere una conoscenza di base riguardo alla chimica inorganica, in particolare la chimica di coordinazione e la chimica organometallica dei metalli di transizione d.
Prerequisites
In order to better understand the topics covered by the course, the student should have basic knowledge of inorganic chemistry, particularly coordination chemistry and organometallic chemistry related to d transition metals.
Indicazioni metodologiche
- Il corso si svolgerà attraverso lezioni frontali con ausilio di slides; in aula oppure in modalità online, mediante piattaforma Microsoft Teams
- Sulla piattaforma Moodle / Elearning, saranno regolarmente caricate le slides delle lezioni ed altro materiale didattico, prevalentemente in lingua inglese.
- Su richiesta degli studenti, saranno fissati dei ricevimenti (anche online)
- Comunicazioni sul corso (data/ora/luogo, programma ed eventuali variazioni) e richieste di ricevimento saranno gestite mediante email e tramite la piattaforma Moodle / Elearning
Teaching methods
- The course will be composed of several lectures, to be held in the classroom; or online, via Microsoft Teams.
- The slides of each lesson, as well as other didactic material, mostly in English, will be available on the Moodle / Elearning website
- A reception (also online) can be scheduled upon student’s request
- Announcements concerning date/place of the lessons, program, and any request by the students will be given/received via email and on the Moodle / Elearning website
Programma (contenuti dell'insegnamento)
Modulo “Catalisi” (3 CFU). Principi alla base del fenomeno della catalisi. Catalisi eterogenea. Struttura, preparazione e usi di catalizzatori solidi. Principali usi industriali della catalisi eterogenea. Catalizzatori eterogenei per idrogenazioni selettive. Idrogenazione di oli naturali. La sintesi industriale di ammoniaca. Reazioni catalitiche di ossidazione selettiva usate industrialmente. Produzione industriale di ossido di etilene per ossidazione selettiva di etilene catalizzata da argento. Produzione industriale di formaldeide per ossidazione del metanolo. Catalizzatori omogenei contenenti metalli di transizione. Reazioni di complessi organometallici importanti per la catalisi. Cicli catalitici. Il processo Wacker. Reazioni di idrogenazione. Il catalizzatore di Wilkinson. La reazione di idrogenazione enantioselettiva per la sintesi di L-DOPA. Reazioni di carbonilazione promosse da catalizzatori omogenei. Idroformilazione di olefine. Reazione di shift del gas d’acqua. Reazioni di Reppe. Carbolnilazione del metanolo ad acido acetico. Complessi di palladio come catalizzatori omogenei per reazioni di carbonilazione. Processo Alpha. Sintesi di Ibuprofene e Naproxene.
Modulo “Reattività di Sistemi Inorganici” (3 CFU). Parte 1: Struttura dei composti di coordinazione. Teorie del legame. Aspetti elettronici, geometrici e sterici relativi ai leganti ed ai centri metallici e loro influenza reciproca. Simmetria e isomeria nei composti di coordinazione. Parte 2: Cinetiche / meccanismi di reazione per reazioni di sostituzione su centri metallici quadrato planari e ottaedrici e per reazioni di trasferimento elettronico. Reazioni di metatesi, di scambio di legante e redox: aspetti elettronici/geometrici/sterici che influenzano la termodinamica dei processi. Parte 3: Metalli di transizione endogeni in ambienti biologici (es. metalloenzimi): esempi selezionati per evidenziare la relazione tra la funzione biologica ed aspetti di struttura e reattività precedentemente discussi.
Syllabus
Section “Catalysis” (3 CFU). Basic principles of catalysis. Heterogeneous catalysis. Structure, preparation and uses of solid catalysts. Major industrial applications. Selective hydrogenations & fat oil hydrogenation. Industrial synthesis of ammonia. Selective oxidation reactions. Industrial synthesis of ethylene oxide from ethylene and formaldehyde from methanol. Homogeneous catalysis. Prominent examples of organometallic catalysts. Wacker process. Catalytic hydrogenation. Wilkinson’s catalyst. Enantioselective hydrogenation for L-DOPA synthesis. Carbonylation reactions. Olefin hydroformylations. Water gas shift reaction. Reppe reaction. The Alpha process. Industrial synthesis of Ibuprofen and Naproxen.
Section “Reactivity of Inorganic Systems” (3 CFU). Part 1: Structure of coordination compounds. Bonding theories. Electronic, geometric and steric aspects related to ligands and metal centers and their reciprocal influence. Symmetry and isomerism in coordination compounds. Part 2: Kinetics and mechanism for susbstitution reactions on square planar and octahedral metal centers and for electron transfer reactions. Metathesis, ligand exchange and redox reactions: electronic/geometric and steric aspects influencing the thermodynamics of the processes. Part 3: Endogenous transition metals in biological systems (e.g. metalloenzymes): selected examples to discuss their function in the light of structural and reactivity aspects.
Bibliografia e materiale didattico
Materiale didattico: le slides delle lezioni ed altro materiale didattico sarà reso disponibile sulla piattaforma Moodle / Elearning. Testi di riferimento per gli argomenti trattati a lezione sono i seguenti :
Modulo “Catalisi” (3 CFU).
- G. P. Chiusoli and P. Maitlis, Metal-Catalysis in Industrial Organic Processes, RSC Publishing 2006. (Disponibile in Biblioteca) Capitoli 2, 3, 4, 7 e Appendici 1 e 2.
- R. Whyman, Applied Organometallic Chemistry and Catalysis, Oxford Chemistry Series, 2001. Capitoli 1, 2, 3.
- Istvan T. Horvath, Encyclopedia of Catalysis, Volume 2, Pag 387-397.
- G. C. Bond, Heterogeneous Catalysis: Principles and Applications, Oxford Chemistry Series, Seconda Edizione 1987. (Disponibile in Biblioteca) Capitoli 1, 2, 3, 5, 6, 7, 10, 12.
- S. J. Thomson and G. Webb, Heterogeneous Catalysis, Oliver & Boyd 1968. (Disponibile in Biblioteca) Capitolo 1.
- C. Masters, Homogeneous Transition-metal Catalysis, A GENTLE ART, Chapman and Hall 1980. (Disponibile in Biblioteca) Capitolo 1
- G. W. Parshall and S. D. Ittel, Homogeneous Catalysis, John Wiley & Sons, Inc., Seconda Edizione 1992. (Disponibile in Biblioteca) Capitoli 5, 6.
- M. V. Twigg, Catalyst Handbook, Wolfe Publishing Ltd, second Edition. (Disponibile in Biblioteca) Cap. 8.
Modulo “Reattività di Sistemi Inorganici” (3 CFU)
- Chimica inorganica. J. E. Huheey, E. A. Keiter, R.L. Keiter, 4th. Ed. 1993, cap. 9, 11-14
- Advanced Inorganic Chemistry, F. A. Cotton, G. Wilkinson, 3rd Ed. 1972
- Chemistry of the Elements, N.N. Greenwood, A. Earnshaw, 2nd Ed. 1997, cap. 19-29
- Mechanisms of Inorganic Reactions, F. Basolo, R. G. Pearson, 2nd Ed. 1967
- E. Martell, R. D. Hancock, Metal Complexes in Aqueous Solutions, ed 1996, cap 2-4,6
- Bioinorganic Chemistry, W. Kaim, B. Schwederski, A. Klein, 2nd. Ed 2013, 2,5,6,11,12
Bibliography
Slides of the lessons and other teaching material will be available on Moodle / Elearning website. Reference text for topics covered in the course are the following:
Section “Catalysis” (3 CFU).
- G. P. Chiusoli and P. Maitlis, Metal-Catalysis in Industrial Organic Processes, RSC Publishing 2006. (Disponibile in Biblioteca) Capitoli 2, 3, 4, 7 e Appendici 1 e 2.
- R. Whyman, Applied Organometallic Chemistry and Catalysis, Oxford Chemistry Series, 2001. Capitoli 1, 2, 3.
- Istvan T. Horvath, Encyclopedia of Catalysis, Volume 2, Pag 387-397.
- G. C. Bond, Heterogeneous Catalysis: Principles and Applications, Oxford Chemistry Series, Seconda Edizione 1987. (Disponibile in Biblioteca) Capitoli 1, 2, 3, 5, 6, 7, 10, 12.
- S. J. Thomson and G. Webb, Heterogeneous Catalysis, Oliver & Boyd 1968. (Disponibile in Biblioteca) Capitolo 1.
- C. Masters, Homogeneous Transition-metal Catalysis, A GENTLE ART, Chapman and Hall 1980. (Disponibile in Biblioteca) Capitolo 1
- G. W. Parshall and S. D. Ittel, Homogeneous Catalysis, John Wiley & Sons, Inc., Seconda Edizione 1992. (Disponibile in Biblioteca) Capitoli 5, 6.
- M. V. Twigg, Catalyst Handbook, Wolfe Publishing Ltd, second Edition. (Disponibile in Biblioteca) Cap. 8.
Section “Reactivity of Inorganic Systems” (3 CFU).
- Chimica inorganica. J. E. Huheey, E. A. Keiter, R.L. Keiter, 4th. Ed. 1993, cap. 9, 11-14
- Advanced Inorganic Chemistry, F. A. Cotton, G. Wilkinson, 3rd Ed. 1972
- Chemistry of the Elements, N.N. Greenwood, A. Earnshaw, 2nd Ed. 1997, cap. 19-29
- Mechanisms of Inorganic Reactions, F. Basolo, R. G. Pearson, 2nd Ed. 1967
- E. Martell, R. D. Hancock, Metal Complexes in Aqueous Solutions, ed 1996, cap 2-4,6
- Bioinorganic Chemistry, W. Kaim, B. Schwederski, A. Klein, 2nd. Ed 2013, 2,5,6,11,12
Modalità d'esame
- L'esame consiste in un colloquio tra il candidato e il docente e riguarda gli argomenti trattati durante le ore di didattica frontale.
- La prova orale è superata qualora lo studente dimostri una sufficiente conoscenza e capacità di ragionamento degli argomenti trattati, esprimendosi in modo chiaro ed usando la terminologia scientifica corretta.
- Alla fine dell’esame il docente assegnerà un voto (da 18/30 a 30/30 con lode) a seconda del grado di preparazione dello studente.
- Il colloquio non avrà esito positivo se lo studente non dimostrerà sufficienti conoscenze e non sarà in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia scientifica corretta.
L’esame verrà svolto in date selezionate presso il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale oppure online, attraverso la piattaforma Microsoft Teams.
Assessment methods
- The final exam is an interview of the student about the topics covered during the course.
- The oral exam is approved if the student is familiar with the topics being discussed and has developed a critical knowledge, expressing himself clearly and using the correct scientific terminology.
- At the end of the exam, the teacher will assign a grad, from 18/30 to 30/30 cum laude.
- The oral exam is not approved if the student does not possess sufficient knowledge of the topics and does not express himself clearly and using the correct scientific terminology.
The exam will take place in selected dates at the Department of Chemistry or online via Microsoft Teams.
Updated: 18/12/2020 16:42
