OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si propone di illustrare semplici applicazioni della moderna Chimica Quantistica alla Chimica Organica ed in particolare di sviluppare concetti e l’applicazione di metodi qualitativi e semi-quantitativi per la descrizione della reattività delle molecole organiche.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

In particolare l'insegnamento di Chimica Fisica Organica fornirà gli elementi per razionalizzare la reattività organica attraverso proprietà di simmetria dei reagenti e/o prodotti (regole di Woodward-Hoffmann) oppure dall’analisi del profilo di reazione (teoria degli orbitali di frontiera). Inoltre saranno applicati i concetti base della meccanica quantistica finalizzati alla descrizione dei metodi ab-initio e semiempirici più utilizzati per il calcolo delle proprietà molecolari.

Lo studente acquisirà:

- la capacità di identificare le differenti tipologie di reazioni pericicliche

- la conoscenza e comprensione delle regole di Woodward-Hoffmann classiche e generalizzate;

- la capacità di applicare tali regole nella predizione dei prodotti di una reazione periciclica;

- la conoscenza e comprensione dell'equazione di Klopman-Salem e dei suoi limiti di applicabilità;

- la capacità di applicare l'equazione di Klopman-Salem a una variegata casistica di reazioni chimiche in ordine di prevederne i possibili prodotti o discuterne in modo semi-quantitativo le osservazioni sperimentali.

- la capacità di correlare l'equazione di Klopman-Salem a diversi modelli predittiviti della reattività organica.

- la conoscenza e la capacità di applicare un semplice modello di Hamiltoniano efficace al calcolo delle energie e degli orbitali molecolari di una molecola organica.

PREREQUISITI

Può essere utile un ripasso degli argomenti relativi all'insegnamento di Chimica Fisica 3 della triennale, con particolare riferimento al metodo: variazionale, perturbativo e alla teoria LCAO. Oltre che ai contenuti dell'insegnamento di Istituzioni Matematiche e Fisica.

MODALITA' DIDATTICHE

All'insegnamento corrispondono 48 ore di lezioni frontali, tenute in lingua italiana (si ricorda che è altresì previsto un impegno di studio -effettivo ed efficace- individuale pari a 102 ore).

In questo contesto, a discrezione del docente, test di autoverifica (domande a risposta aperta, multipla o esercizi numerici) e/o materiale ausiliario iterativo o non-iterativo sono caricati sulla pagina di aulaweb, al fine di agevolare lo studio individuale degli studenti.

PROGRAMMA/CONTENUTO

• Introduzione: definizione di stato di transizione, complesso attivato, profilo di reazione, metodi per predire la reattività di una molecola.
• Simmetria (cenni), regola del non-incrocio.
• Conservazione simmetria orbitali molecolari: costruzione dei diagrammi di correlazione per alcune tipologie tipiche di reazioni (cicloaddizioni, reazioni elettrocicliche).
• Teoria degli orbitali di frontiera: derivazione dell’equazione di Klopman-Salem.
• Applicazioni dell’equazione di Klopman-Salem (ad esempio derivazione delle regole di Woodward-Hoffmann, teoria HSAB).
• Richiami dei concetti base della meccanica quantistica.
• Metodi ab-initio e semiempirici (cenni).
• Modellizzazione delle proprietà chimico-fisiche di sistemi molecolari (in funzione del tempo disponibile).
• Interpretazione dell’output di Gaussian (in funzione del tempo disponibile).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

1. R.B. Woodward e R. Hoffmann: The Conservation of Orbital Symmetry.
2. I. Fleming: Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions.
3. T. A. Albright, J.K. Burdett e M. Whangbo: Orbital Interactions in Chemistry.
4. A. Szabo e N.S. Ostlund: Modern Quantum Chemistry.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MASSIMO OTTONELLI (Presidente)

MARINA ALLOISIO

MAURIZIO FERRETTI (Presidente Supplente)

CRISTINA ARTINI (Supplente)

MARCELLA PANI (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

vedi  https://chimica.unige.it/didattica/orari_SC

Orari delle lezioni

CHIMICA FISICA ORGANICA

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame è orale ed è condotto da due docenti di ruolo, ha una durata di almeno 45 minuti.

Attenzione! In variazione alla prassi normale adottata nel CCS, per questo insegnamento (al fine di una miglior gestione organizzativa dell'esame) l'iscrizione deve essere effettuata 5 giorni lavorativi prima della data di esame.

La prova consiste in tre blocchi di due domande (relative rispettivamente alla Conservazione di Simmetria inclusi argomenti correlati e alla Teoria degli Orbitali di Frontiera inclusi argomenti correlati) di difficoltà crescente finalizzate a verificare le conoscenze, competenze e abilità acquisite dal candidato.

Al primo blocco, verifica delle conoscenze, corrispondono al massimo 18 punti su 30.

Al secondo blocco, verifica delle competenze, corrispondono al massimo  8 punti su 30.

Al terzo blocco, verifica delle abilità, corrispondono al massimo 4 punti su 30.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'esame orale è volto alla verifica del raggiungimento di un adeguato livello di conoscenza e comprensione degli argomenti sviluppati/discussi durante lo svolgimento delle lezioni e la capacità di utilizzare la corretta terminologia unita alla coerenza di esposizione dei concetti e delle metodologie descritte nell'insegnamento.

In particolare saranno valutate, attraverso una serie di domande a difficoltà crescente la capacità del candidato di applicare la teoria della Conservazione della Simmetria e la teoria degli Orbitali di Frontiera nella descrizione delle proprietà di reattività di molecole in relazione a specifici casi modello e/o esercizi. Come indicato nelle modalità di esame si tratta di tre blocchi di domande; il primo finalizzato alla verifica dell'acquisizione dei contenuti nozionistici dell'insegnamento (conoscenze), il secondo alla verifica della capacità di applicare tali contenuti a esercizi modello (competenze) e infine il terzo finalizzato alla verifica della capacità da parte del candidato nel risolvere esercizi di carattere generale, relativi alla reattività molecolare, applicando le conoscenze e competenze acquisite (abilità).

Il superamento del primo blocco consente di acquisire al massimo 18 su 30 punti. Se il punteggio conseguito in questa fase è tale da non garantire come voto finale la sufficienza, la commissione considererà la prova non superata e consiglierà al candidato di approfondire lo studio della materia avvalendosi anche di ulteriori spiegazioni da parte del docente prima di ripetere l'esame.

Il superamento del secondo blocco consente di acquisire al massimo 8 su 30 punti che saranno sommati a quelli conseguiti nella verifica delle conoscenze.

Il superamento del terzo blocco consente di acquisire al massimo 4 su 30 punti che saranno sommati a quelli conseguiti nella verifica delle conoscenze e delle competenze.

Il candidato ha la facoltà di decidere se affrontare i due blocchi successivi al primo oppure di fermarsi  e ottenere come votazione il punteggio totale ottenuto.

Esempi di un possibile andamento dell'esame:

Caso (a): il candidato non supera pienamente il primo blocco. Il punteggio acquisito e l'andamento dell'esame è tale da far ritenere alla commissione che non sia acquisibile la votazione minima di 18/30; la prova è considerata non superata. Il punteggio ottenuto corrisponderà al voto finale.

Caso (b): il candidato supera il primo blocco. Decide di passare al secondo blocco e decide di non voler proseguire. Il punteggio complessivo ottenuto nelle due sezioni corrisponderà al voto finale.

Caso (c): il candidato supera il primo blocco. Decide di passare al secondo blocco e decide di voler passare al terzo blocco. In questo caso il punteggio totale ottenuto nelle tre sezioni corrisponderà al voto finale.

Calendario appelli