Insegnamento APPROCCI COMPUTAZIONALI ALLE REAZIONI ORGANICHE

Nome del corso Scienze chimiche
Codice insegnamento GP004034
Curriculum Comune a tutti i curricula
Docente responsabile Stefano Santoro
Docenti
  • Stefano Santoro - Didattica Ufficiale
Ore
  • 42 ore - Didattica Ufficiale - Stefano Santoro
CFU 6
Regolamento Coorte 2020
Erogato Erogato nel 2021/22
Erogato altro regolamento
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore CHIM/06
Tipo insegnamento Opzionale (Optional)
Tipo attività Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento Italiano
Contenuti Il corso rappresenta un'introduzione alle tecniche computazionali più utilizzate in chimica organica, in particolar modo nello studio dei meccanismi di reazione di processi chimici. Una parte rilevante del corso riguarda lo studio dell'impatto ambientale di processi chimici tramite valutazione del ciclo di vita (LCA).
Testi di riferimento Ai frequentanti sarà fornito, in forma elettronica, lo stesso materiale utilizzato dal docente per le lezioni in aula.
Obiettivi formativi Il corso dovrebbe mostrare allo studente l'utilità dei moderni approcci computazionali nella pratica della chimica organica. Lo studente sarà indirizzato all'utilizzo di tali approcci, e sarà fornito degli strumenti culturali utili a un'analisi critica dei risultati di studi computazionali.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
- Principi teorici di base della chimica quantistica;
- Principi dei metodi Hartree-Fock, post-HF, semiempirici e DFT;
- Principi dell'applicazione di metodologie computazionali alla costruzione di curve di energia potenziale;
- Limiti di applicabilità e di accuratezza dei metodi computazionali oggetto di studio;
- Principi della valutazione del ciclo di vita.
Le principali abilità (cioè la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- Essere in grado di interpretare i risultati di uno studio computazionale su un meccanismo di un processo organico;
- Essere in grado di riconoscere i limiti di applicabilità e di accuratezza di una determinata metodologia computazionale;
- Essere in grado di valutare l'applicabilità di una metodologia computazionale alla risoluzione di problemi in chimica organica;
- Essere in grado di mettere in relazione i risultati di uno studio meccanicistico computazionale con risultati sperimentali;
- Essere in grado di comprendere i risultati di un'analisi del ciclo di vita di un prodotto chimico e di comparare tramite LCA due o più processi chimici alternativi.
Prerequisiti Al fine della comprensione degli argomenti oggetto dell'insegnamento è necessaria una conoscenza di base di chimica organica (Chimica Organica I e II).
Metodi didattici Il corso è organizzato nel seguente modo:
- lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso
- esercitazioni al computer in aula
Altre informazioni -
Modalità di verifica dell'apprendimento La prova di profitto consiste in un colloquio orale di circa 30-40 minuti. La prova è finalizzata all’accertamento delle capacità dello studente di comprendere e applicare i moderni approcci computazionali oggetto di studio a problemi di chimica organica.
La valutazione complessiva della prova di esame terrà conto dei seguenti aspetti: correttezza e adeguatezza delle risposte, capacità di elaborazione e connessione concettuale, padronanza e proprietà di linguaggio, secondo le seguenti rispettive percentuali: 60%, 20%, 20%.
Programma esteso Cenni teorici. Modelli e approssimazioni. Equazioni fondamentali in chimica quantistica. Approssimazione di Born-Oppenheimer. Principio variazionale. LCAO e basis sets. Metodo Hartree-Fock (HF). Metodi post-HF (CI, coupled-cluster, Møller-Plesset). Metodi semiempirici. Teoria del funzionale della densità (DFT). Dispersione. Metodi ibridi QM/MM. Solvatazione. Simulazioni cinetiche. Teoria dello stato di transizione. Costruzione e analisi di curve di energia potenziale. Population analysis. Metodi NBO e AIM. Simulazione di spettri NMR.
Richiami alle principali tecniche sperimentali per lo studio dei meccanismi di reazione in chimica organica. Connessioni tra risultati teorici e sperimentali.
Applicazioni allo studio di meccanismi di reazione in chimica organica. Processi organocatalitici promossi da basi, amine, carbeni, acidi di Brønsted o catalizzatori bifunzionali. Processi di cross-coupling catalizzati da metalli di transizione. Reazioni di C-H funzionalizzazione.
Introduzione alla valutazione del ciclo di vita (LCA). Definizione di scopo e obiettivi. Unità funzionale e confini del sistema. Inventario. Unità processo e sistemi di allocazione. Valutazione degli impatti. Caratterizzazione e categorie d'impatto. Interpretazione dei risultati. Esempi applicativi in chimica organica.