Course Syllabus
Obiettivi
Obiettivi
I materiali organici coniugati sono una parte rilevante della moderna scienza dei materiali. Scopo del corso è fornire una conoscenza dettagliata dei metodi sintetici più comuni per la preparazione di materiali coniugati. Particolare enfasi sarà data agli approcci conformi alla chimica verde
Conoscenza e comprensione
Al termine del corso lo studente:
-
Comprende il concetto di coniugazione nei materiali organici e correla l'estensione della coniugazione con le proprietà ottiche, elettriche e optoelettroniche
-
Comprende le caratteristiche degli approcci più comuni per a funzionalizzazione, l'arilazione e l'olefinazione di materiali organici
-
Sa selezionare gli approcci sintetici più appropriati a seconda delle caratteristiche del materiale finale.
Conoscenza e comprensione applicate:
Lo studente:
-
Conosce le caratteristiche dei materiali organici coniugati e comprende le relazioni strutturali di base che sono rilevanti per ideare adeguate strategie di sintesi e funzionalizzazione.
-
Conosce le strategie di arilazione più rilevanti
-
Conosce gli approcci di olefinazione più rilevanti.
-
Conosce gli approcci allo stato dell'arte per la sintesi di polimeri coniugati
Esprimere giudizi.
Data la struttura di una molecola coniugata o di un polimero, lo studente è in grado di ideare un opportuno approccio sintetico per la sua preparazione. Data una certa funzione che una molecola organica deve svolgere, lo studente può proporre strategie di funzionalizzazione delle molecole per ottimizzare una certa caratteristica.
Capacità comunicative.
Lo studente è addestrato alla lettura, comprensione e sintesi della letteratura scientifica. Particolare enfasi è data agli approcci sintetici e alla valutazione comparativa della sostenibilità dei vari approcci disponibili. Lo studente possiede la terminologia specifica del settore, essendo quindi in grado di confrontarsi con controparti in possesso sia di una formazione chimica che di scienza dei materiali. Possiede un atteggiamento di "problem solving".
Capacità di apprendimento.
Lo Studente è in grado di estendere quanto appreso in aula a casi di studio non trattati durante il corso. In particolare è in grado di gestire autonomamente l'ampia letteratura dedicata ai materiali coniugati. Conosce gli strumenti di ricerca della letteratura dedicata, compresi i brevetti.
Contenuti sintetici
• Coniugazione e aromaticità
• Caratteristiche dei materiali organici coniugati
• Cenni sui metodi sintetici per le reazioni di arilazione e olefinazione
• Derivati metalloorganici (ArLi e ArMgX) e loro applicazioni nella sintesi
• Sintesi e funzionalizzazione di donori
• Reazioni di alogenazione e formilazione
• Reazioni di Wittig e Horner-Hammonds per la sintesi di ponti coniugati
• Reazioni mediate da Pd
• Reazioni arilazione arilazione diretta
• Sintesi di accettori
• Polimerizzazioni
• Tecniche di caratterizzazione dei polimeri coniugati
Programma esteso
• Coniugazione e aromaticità
o Ibridazione di atomi di C,N,O,P, S
o Doppi e tripli legami
o Legami coniugati
o Homo ed eteroaromaticità
o Reattività base degli etetocicli
• Caratteristiche dei materiali organici coniugati
o Struttura dei materiali policoniugati
o Proprietà di trasporto
o Proprietà ottiche
o Proprietà optoelettroniche
• Cenni sui metodi sintetici per le reazioni di arilazione e olefinazione
• Derivati metalloorganici (ArLi e ArMgX) e loro applicazioni nella sintesi
o Litiazione diretta tramite deprotonazione e scambio litio alogeno
o Danza di alogeni e regiostabilità di ArM
o Preparazione di reagenti di Grignard
o Utilizzo dei derivati metallo organici nella sintesi
• Sintesi e funzionalizzazione di unità donore
o Alogenazione e formilazione (reazioni di alogenazione elettrofila e formilazione di Vilsmeier, uso di ArM)
• Reazioni di Wittig e Horner-Hammonds per la sintesi di ponti coniugati
• Reazioni mediate da Pd, Ni, Cu
o Accoppiamento Stille
o Accoppiamento Suzuki
o Accoppiamento Sonogashira
o Accoppiamento Heck
o Accoppiamento Buchwald-Hartwig
o Accoppiamento Kumada
o Accoppiamento Ullman
• Reazioni di arilazione diretta
• Sintesi di accettori
o Condensazione di Knovenagel
o Sintesi di dye polimetinici
o Esempi di sintesi e funzionalizzazione di accettori eterociclici
• Polimerizzazioni
• Tecniche di caratterizzazione
Prerequisiti
La chimica dei materiali richiede un approccio interdisciplinare che sfrutta la chimica generale e inorganica, organica, macromolecolare e fisica (termodinamica ed equilibri chimici).
È quindi richiesta una base interdisciplinare che comprende:
- Chimica generale e inorganica.
- Chimica Organica.
- Chimica fisica (Termodinamica ed Equilibri chimici).
Modalità didattica
Il corso è con lezioni frontali in presenza. Tutte le lezioni in classe saranno videoregistrate e eventualmente rese disponibili al termine del corso come supporto allo studio.
Modalità di erogazione:
12 lezioni da due ore in presenza, Didattica erogativa
Materiale didattico
•Libri:
Synthetic Methods in Organic Electronic and Photonic Materials: A Practical Guide
Authors: Timothy Parker; Seth Marder
DOI: https://doi.org/10.1039/9781839168833
Paperback ISBN: 978-1-84973-986-3
EPUB ISBN: 978-1-78801-814-2
PDF ISBN: 978-1-83916-883-3
Special Collection: RSC eTextbook Collection
Publication date: 04 Aug 2015
Il libro è disponibile come e-book nel catalogo dela biblioteca al link:
https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=nlebk&AN=3579778&site=ehost-live&scope=site&ebv=EK&ppid=Page-__-1
Palladium reagents and catalysts.Author(s):Jiro Tsuji
First published:23 April 2004
Print ISBN:9780470850329 |Online ISBN:9780470021200 |DOI:10.1002/0470021209
•Diapositive commentate
Periodo di erogazione dell'insegnamento
primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Si rimanda al programma generale del corso (Strategie per la sintesi dei materiali) [qui](https://elearning.unimib.it/course/info.php? id=68548) per tutti i dettagli riguardanti i metodi di valutazione e gli esami (compresi gli esami parziali).
Orario di ricevimento
Su appuntamento via email con il docente di moduli singoli:
Organic: mauro.sassi@unimib.it
Macromolecular: silvia.bracco@unimib.it
Inorganic: barbara.dicredico@unimib.it
Possono anche essere programmati su richiesta appuntamenti congiunti con i tre docenti per eventuali problematiche generali relative all'intero corso.
Sustainable Development Goals
Aims
Objectives
Organic conjugated materials are a relevant part of modern materials science. Aim of the course is to provide a detailed knowledge of the most common synthetic methods for the preparation of conjugated materials with electronic and optoelectronic application. Particular emphasis will be given to green chemistry compliant approaches
Knowledge and understanding
At the end of the course the student:
-
Understands the concept of conjugation in organic materials and correlates the extension of conjugation with optical, electrical and optoelectronical properties
-
Understands the features of the most common approaches for functionalization, arylation and olefination applied int he synthesis of organic materials
-
Can select the most appropriate synthetic approaches depending on the characteristics of the final material.
Applying Knowledge and understanding:
The student:
-
Knows the features of organic conjugated materials and understands the basic structure relationships that are relevant to devise suitable synthesis and functionalization strategies.
-
Knows the most relevant arylation strategies
-
Knows the most relevant olefination approaches.
-
Knows the state of the art approaches for the synthesis of conjugated polymers
Making judgments.
Given the structure of a conjugated molecule or polymer, the student is capable of devising a suitable synthetic approach for its preparation. Given a certain function that an organic molecule is required to perform, the student can propose functionalization strategies of molecules to optimize a certain feature.
Communication skills.
The student is trained in the reading, understanding and summarizing of scientific literature. Particular emphasis is given to the synthetic approaches and to the comparative evaluation of sustainability of various available approaches. The student possesses the specific terminology of the field, thus being in the position of discussing with counterparts possessing both a chemical and a materials science background. He possesses a “problem solving” attitude.
Learning skills.
The Student is able to extend what has been learned in classes to case studies not covered during the course. He is in particular able to autonomously manage the wide literature dedicated to the conjugated materials. He knows the research tools of the dedicated literature, including patents.
Contents
• Conjugation and aromaticity
• Features of organic conjugated materials
• Overview of synthetic methods for arylation and olefination reactions
• Metallorganic derivatives (ArLi and ArMgX) and their applications in synthesis
• Syntesis and functionalization of donor moieties
• Formylationand halogenaition reactions
• Wittig & Horner-Hammonds reactions for the synthesis of conjugated linkages
• Pd mediated reactions
• Direct arylation reactions
• Synthesis of acceptor moieties
• Polymerizations
• Characterization techniques for conjugated polymers
Detailed program
• Conjugation and aromaticity
o Hybridization of C,N,O,P, S atoms
o Double and triple bonds
o Conjugated bonds
o Homo and heteroaromaticity
o Base knowledge on heterocyclic chemistry
• Features of organic conjugated materials
o Structure of polyconjugated materials
o Transport properties
o Optical properties
o Optoelectronic properties
• Overview of synthetic methods for arylation and olefination reactions
• Metallorganic derivatis (ArLi and ArMgX) and their applications in synthesis
o Direct Litiation by deprotonation and halogen lithium exchange
o Dance of halogen and regiostability of ArM
o Grignard reagents preparation
o Use of organic metal derivatives in synthesis
• Syntesis and functionalization of donor moieties
o Halogenation and formilation (electrophilic halogenation reactions and Vilsmeier formilation, use of ArM)
• Reactions by Wittig and Horner-Hammonds for the synthesis of conjugated bridges
• Pd, Ni, Cu mediated reactions
o Stille coupling
o Suzuki coupling
o Sonogashira coupling
o Heck coupling
o Buchwald-Hartwig coupling
o Kumada coupling
o Ullman coupling
• Direct arylation reactions
• Synthesis of acceptors
o Condensation of Knovenagel
o Synthesis of polymethine dyes
o Examples of synthesis and functionalization of heterocyclic acceptors
• Polymerizations
• Characterization techniques for conjugated polymers
Prerequisites
Chemistry of materials requires an interdisciplinary approach exploiting general and inorganic, organic, macromolecular and physical chemistry (thermodynamics and chemical equilibria).
An interdisciplinary foundation is thus required, including:
-
General and Inorganic Chemistry. -
Organic Chemistry. -
Physical Chemistry (Thermodynamics and Chemical Equilibria)
Teaching form
The course is organized with in person lessons. Lectures will be also videotaped and made available on the e-learning platform at the end of the course to support individual study.
Teaching language will be English.
Teaching strategy:
12 two-hour lectures, in person, Delivered Didactics
Textbook and teaching resource
•Books:
Synthetic Methods in Organic Electronic and Photonic Materials: A Practical Guide
Authors: Timothy Parker; Seth Marder
DOI: https://doi.org/10.1039/9781839168833
Paperback ISBN: 978-1-84973-986-3
EPUB ISBN: 978-1-78801-814-2
PDF ISBN: 978-1-83916-883-3
Special Collection: RSC eTextbook Collection
Publication date: 04 Aug 2015
The book in available in electronic e-book format on the library site at the following address:
https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=nlebk&AN=3579778&site=ehost-live&scope=site&ebv=EK&ppid=Page-__-1
Palladium reagents and catalysts.Author(s):Jiro Tsuji
First published:23 April 2004
Print ISBN:9780470850329 |Online ISBN:9780470021200 |DOI:10.1002/0470021209
•Annotated slides
Semester
first semester.
Assessment method
Please refer to the general course syllabus (Strategies for Materials Synthesis) here for all the details regarding assessment methods and exams (including partial exams).
Office hours
On appointment by email with the professor of single modules:
Organic: mauro.sassi@unimib.it
Macromolecular: silvia.bracco@unimib.it
Inorganic: barbara.dicredico@unimib.it
Joint appointments can also be scheduled upon request for issue related to the whole course.