COMPLESSI METALLICI (PER LA MEDICINA, AMBIENTE, ENERGIA)

Al termine del corso gli allievi dovranno conoscere le principali proprietà delle diverse classi di composti di coordinazione affrontate nel corso e come si organizzano in strutture tridimensionali complesse. dovranno inoltre essere in grado di identificare gli elementi metallici della tavola periodica che svolgono un ruolo in applicazioni energetiche, ambientali e mediche.

 At the end of the course the students must know the main properties of the different classes of coordination compounds and their organization into tridimensional structures.  Furthermore they will be able to identify the role of metal complexes in energy, environment and medical applications. 

 

 

 

Dato un metallo, saperne descrivere le geometrie di coordinazione più tipiche, le tipologie di leganti affini secondo la teoria HSAB, le proprietà catalitiche e di reattività, l'eventuale ruolo biologico. Saper individuare le tecniche strumentali più adatte alla caratterizzazione di un complesso metallico, in relazione al tipo di metallo e di leganti. Date le principali tipologie di leganti chelanti e macrocicli sapere descrivere le architetture supramolecolari ottenibili e le interazioni metallo legante sottese. Sapere descrivere le principali tipologie di polimeri di coordinazione e stabilire la correlazione struttura-proprietà.

 At the end of the course the student must demonstrate his skill in the description of the most typical coordination geometries, the different types of ligands according to HSAB theory, their catalytic and  biological properties. The student must also demonstrate his skills on the choice of more appropriate instrumental methodologies employed in order to fully chatracterize metal complexes. Furthermore, given the main types of chelate ligands and macrocycles, the student must be able to describe the obtainable supramolecular architecture and the metal-ligand interaction involved.  Finally he must be able to describe the main typologies of coordination polymers and the correlation between structure and properties.

Sistemi monometallici e polimetallici: nomenclatura, conto elettronico, sistemi saturi ed insaturi e loro reattività, correlazione struttura-proprietà, isolobalità; Interazione metallo-idrogeno: idruri classici, non classici, interazioni agostiche e non convenzionali: sintesi, proprietà spettroscopiche, reattività e catalisi; Carbeni di Fischer e di Schrock: sintesi, caratterizzazione e proprietà. Reattività e catalisi. Metatesi di olefine; Complessi carbonilici; Complessi metallici contenenti ammine, fosfine, leganti macrociclici. Applicazioni in campo catalitico: Fenomeni di luminescenza ed elettrochemiluminescenza mediante complessi dei metalli di transizione; Complessi metallici in campo biomedico

Chimica Supramolecolare 

Concetti Fondamentali: riconoscimento molecolare e interazione host-guest; auto-assemblaggio e auto-organizzazione; cooperatività ed effetto chelato; preorganizzazione e complementarità; natura delle interazioni supramolecolari; effetto di solvatazione ed effetto idrofobico.

Applicazioni della chimica supremolecolare ai complessi metallici

Polimeri di coordinazione

Definizione di reticolo. Nomenclatura. Reticoli monodimensionali (1D), bidimensionali (2D) e tridimensionali (3D). Compenetrazione. Polimeri di coordinazione dei metalli di transizione: polimeri contenenti leganti CN-, N3-, NCX (X=O, S, Se), nitrili, piridili. Proprietà dei polimeri di coordinazione: luminescenza, attiviTà redox, conduttività, espansione termica negativa.

Complessi metallici con spin-crossover 

Definizione di spin-crossover (SCO), spiegazione del fenomeno con la teoria del campo dei leganti. Aspetti termodinamici. Curve di transizione di spin. Effetto cooperativo. Meccansimo cooperativo nei complessi [FeL2(NCS)2]. Sistemi SCO con leganti a ponte. Sistemi SCO polimerici.

Sistemi supramolecolari di complessi metallici in fase fluida: metallo-mesogeni

Cristalli liquidi. Fasi nematiche e lamellari. Proprietà mesomorfiche ed effetto della forma molecolare. Chiralità delle mesofasi. Molecole discotiche e mesofasi colonnari. Metallomesogeni liotropici. Sistemi polimerici

Coordination compounds: nomenclature, electron counting, saturated and unsaturated systems and their reactivity, structure-property correlation, isolobality. Metal-hydrogen interaction: classical and non-classical hydrides, agostic interaction: synthesis, spectroscopic properties, reactivity and catalysis; Fischer Carbenes and Schrock Carbenes: synthesis, characterization and properties. Reactivity and catalysis. Olefin metathesis. Carbonyl complexes; Metal complexes containing amines, phosphines, macrocyclic ligands. Luminescence and electrochemiluminescence phenomena in transition metal complexes; Metal complexes in bio-medicine; 

Supramolecular chemistry

Fundamental concepts: molecular recognition and interactions host-guests; self assembly and auto organization;cooperativity and chelate effect; preorganization and complementarity; nature of supramolecolar interactions; solvation effect and hydrofobic effect.

Application of supramolecolar chemistry to metal complexes

Coordination polymers

Networks. Nomenclature. Monodimensionali (1D), bidimensional (2D) and tridimensional (3D) networks. Compenetration. Coordination polimers of  transition metals: polymers with  CN-, N3-, NCX (X=O, S, Se), nitriles, pyridils. Properties of coordination polymers: luminescence, redox activity, conductivity, negative thermal expansion.

Spin-crossover metal complexes

Definition of  spin-crossover (SCO), interpretation of SCO by means of ligand field theory. Thermodynamic of SCO. Curves of spin  transition. Cooperative effect. Cooperative effect in [FeL2(NCS)2] complexes. SCO systems with bridging ligands. Polymeric SCO systems. 

Supramolecular systems of metal complexes in fluid phase: metallomesogens

Liquid crystals. Nematic and lamellar phases. Mesomorfic properties and effect of molecular shape. Discotic molecules and columnar mesophases. Liotropic metallomesogens . Polymeric systems.

 Il corso è basato su lezioni frontali corredate di slides e nell'analisi critica di lavori specifici presenti nella letteratura scientifica

 The course is based on classical frontal lecture and on critical analysis of papers published in current scientific literature

PROVA ORALE: lo studente preparerà e discuterà in aula una presentazione dove affronterà due tematiche a scelta di entrambe le parti del programma, corredata di bibliografia, in cui dovrà dimostrare di sapere effettuare un'analisi critica e personale degli argomenti esposti.

 

The studens should prepare end discuss in classroom a presentation concerning two topics by choice from both the section of the program, supplied with bibliographi, and will demonstrate to face a critical and personal analysis  of the exposed topics. 

Dispense fornite dal docente (Diana)

Gispert - Coordination Chemistry (Wiley) Eischenbroich - Organometallics (Wiley) 

J.P. Sauvage (ed.) - Transition metals in supramolecular chemistry (Wiley)

J.L. Serrano (ed.) Metallomesogens (wiley)

P. Gutlich, H.A. Goodwin (ed.) Spin crossover in transition metal compounds ( topics in current chemistry 233) (Springer) 

J.W. Steed, A.L. Atwood, Supramolecular Chemistry (Wiley)

Stuart R. Batten, Suzanne M. Neville and David R. Turner , Coordination Polymers (RSC Publishing)

Gispert - Coordination Chemistry (Wiley) Eischenbroich - Organometallics (Wiley) 

J.P. Sauvage (ed.) - Transition metals in supramolecular chemistry (Wiley)

J.L. Serrano (ed.) Metallomesogens (wiley)

P. Gutlich, H.A. Goodwin (ed.) Spin crossover in transition metal compounds ( topics in current chemistry 233) (Springer) 

J.W. Steed, A.L. Atwood, Supramolecular Chemistry (Wiley)

Stuart R. Batten, Suzanne M. Neville and David R. Turner , Coordination Polymers (RSC Publishing)