CHIMICA ORGANICA II E LABORATORIO A - L

Obiettivi formativi

• MODULO 1

  L’insegnamento si prefigge di fornire allo studente una più approfondita formazione di Chimica Organica rispetto al primo corso di base, con particolare riguardo alla nomenclatura, proprietà chimiche e reattività di composti polifunzionali; delle principali classi di composti organici di rilevanza biologica: carboidrati e lipidi; dei principali sistemi eterociclici. Gli studenti acquisiranno inoltre conoscenze sulle reazioni di sintesi organica avanzata, imparando a sviluppare semplici sequenze sintetiche di composti organici polifunzionali e ad applicare i principi delle moderne strategie sintetiche: approcci per disconnessione, formazione di legami carbonio-carbonio, protezione deprotezione di gruppi funzionali.

  Gli obbiettivi formativi specifici del modulo sono:

  • Saper organizzare ed assemblare la vetreria di laboratorio per la realizzazione di una sintesi;
  • Saper caratterizzare strutturalmente una molecola organica utilizzando una o più tecniche strumentali;
  • Saper interpretare i dati spettroscopici per poter risalire all’identità di una molecola organica
  • Acquisire esperienza sulle metodologie e le tecniche della sintesi organica mediante la preparazione di alcuni prodotti e la loro determinazione strutturale.

  In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso si pone l’obbiettivo di trasferire allo studente le seguenti competenze trasversali:

  Conoscenza e capacità di comprensione:

  • Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo;
  • Capacità di razionalizzare e prevedere la reattività delle molecole organiche;
  • Capacità di distinguere le differenti tecniche di sintesi;
  • Capacità di distinguere i diversi strumenti di laboratorio

  Capacità di applicare conoscenza:

  • Capacità di progettare un percorso sintetico adeguato all’ottenimento di una precisa molecola organica;
  • Capacità di prevedere la strumentazione necessaria per la realizzazione della sintesi;
  • Capacità di individuare le condizioni di reazioni ottimali per una determinata reazione.

  Autonomia di giudizio:

  • Capacità di ragionamento critico;
  • Autovalutazione dell’apprendimento tramite interazioni in aula con i colleghi e con il docente.

  Abilità comunicative:

  • Capacità di descrivere in forma orale e scritte, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, uno degli argomenti trattati, facendo uso sia di presentazioni power point che della lavagna
• MODULO 2

  Il corso si propone di fornire le informazioni di base in merito ad argomenti basilari la chimica organica, in particolare alle pratiche più comuni in laboratorio. Il modulo si prefigge di fornire allo studente gli strumenti per la comprensione della reattività chimica, con particolare riferimento alle reazioni organiche, e alle strategie per isolare e caratterizzare le molecole organiche. Ricavare la struttura molecolare di una molecola sintetizzata, oppure di una molecola incognita sarà uno degli obbiettivi principali del corso. Inoltre, fra gli obbiettivi principali ci sarà riconoscere ed assemblare correttamente la vetreria di laboratorio, in funzione dell’esperienza da svolgere. Verranno impartite inoltre alcune conoscenze di base relative al corretto smaltimento dei prodotti chimici e dei rifiuti accumulati durante l’attività di laboratorio.

   

  Gli obbiettivi formativi specifici del modulo sono:

  • Saper organizzare ed assemblare la vetreria di laboratorio per la realizzazione di una sintesi;
  • Saper caratterizzare strutturalmente una molecola organica utilizzando una o più tecniche strumentali;
  • Saper interpretare i dati spettroscopici per poter risalire all’identità di una molecola organica
  • Acquisire esperienza sulle metodologie e le tecniche della sintesi organica mediante la preparazione di alcuni prodotti e la loro determinazione strutturale.

  In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso si pone l’obbiettivo di trasferire allo studente le seguenti competenze trasversali:

  Conoscenza e capacità di comprensione:

  • Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo;
  • Capacità di razionalizzare e prevedere la reattività delle molecole organiche;
  • Capacità di distinguere le differenti tecniche di sintesi;
  • Capacità di distinguere i diversi strumenti di laboratorio

  Capacità di applicare conoscenza:

  • Capacità di progettare un percorso sintetico adeguato all’ottenimento di una precisa molecola organica;
  • Capacità di prevedere la strumentazione necessaria per la realizzazione della sintesi;
  • Capacità di individuare le condizioni di reazioni ottimali per una determinata reazione.

  Autonomia di giudizio:

  • Capacità di ragionamento critico;
  • Autovalutazione dell’apprendimento tramite interazioni in aula con i colleghi e con il docente.

  Abilità comunicative:

  • Capacità di descrivere in forma orale e scritte, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, uno degli argomenti trattati, facendo uso sia di presentazioni power point che della lavagna

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• MODULO 1

  L'insegnamento si svolgerà tramite la trattazione dei vari argomenti riportati in programma e prevederà delle giornate dedicate ai chiarimenti dei dubbi e alla simulazione dell'esame orale da sostenere. Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus. La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

• MODULO 2

  Lezioni frontali.

  Esercitazioni di laboratorio . Utilizzo delle spettroscopie (UV-Vis; IR, ¹H-, ¹³C-NMR) per la caratterizzazione dei composti sintetizzati.

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus

Prerequisiti richiesti

• MODULO 1

  E’ richiesta l’acquisizione degli obiettivi relativi alle seguenti discipline: Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Organica I

• MODULO 2

  Concetti di base di Chimica Generale ed Organica

Frequenza lezioni

• MODULO 1

  Fortemente consigliata seppur non obbligatoria per sostenere l’esame.

• MODULO 2

  Obbligatoria, con le deroghe stabilite dal regolamento didattico del CdS. È necessario superare il 70% delle ore previste per poter svolgere l’esame. Nel caso in cui non si dovesse raggiungere questo numero di ore minime, lo studente dovrà superare una prova pratica prima di sostenere l’esame ordinario.

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Contenuti del corso

• MODULO 1

  Ripasso dei principali gruppi funzionali, del concetto di acidità e basicità.

  Ripasso delle reazioni principali di alcooli, ammine, aldeidi e chetoni e acidi carbossilici e derivati.

  Enoli, enolati ed enammine
  Tautomeria ed equilibrio cheto-enolico – enolizzazione catalizzata da acidi e basi – stabilità
  degli enoli - Acidità dell’idrogeno in a al carbonile– anioni enolato –
  Alogenazione del carbonio a di aldeidi e chetoni – Reazione dell’aloformio- Alogenazione del
  carbonio a degli acidi carbossilici –Alchilazione del carbonio alpha – Alchilazione ed acilazione
  del carbonio a tramite un intermedio enamminico – Condensazione aldolica: formazione di ßidrossialdeidi–
  La disidratazione di un prodotto di condensazione aldolica – Condensazione
  aldolica incrociata –Condensazione di Claisen: formazione di ß-chetoesteri – Condensazione di
  Claisen e condensazione aldolica a confronto – problematiche inerenti l’acilazione al carbonio
  – Altre condensazioni incrociate – Reazioni di condensazione e di addizione aldolica
  intramolecolare - Enammine–Anellazione di Robinson – Decarbossilazione di ß-chetoacidi –
  Sintesi malonica – Sintesi acetacetica
  Composti Carbonilici a,b insaturi
  Effetti della coniugazione - Reazioni di addizioni coniugate – Alchilazione del carbonio b –
  Reazione di Michael- Attacco nucleofilo al carbonile o coniugato - Nucleofili “hard” e “soft” -
  - reazioni con ammoniaca ed ammine – reazioni con alcoli e tioli - reazioni con composti
  organometallici e presenza di sali di Cu(I) – addizione coniugata di enolati – addizione
  coniugata seguita da ciclizzazione nella sintesi di anelli
  Il benzene e composti aromatici
  Ripasso dei concetti di Stabilità di polieni coniugati lineari e ciclici – Il benzene è un composto aromatico – I criteri per
  individuare l’aromaticità – Applicazione dei criteri dell’aromaticità. –Antiaromaticità -
  Nomenclatura dei benzeni monosostituiti e polisostituiti Idrocarburi aromatici policiclici -
  Sostituzione elettrofila aromatica–

  Limitazioni delle alchilazioni di Friedel-Crafts - Alchilazione del benzene mediante acilazione-riduzione – Reazioni della catena

  laterale – Reattività dei carboni fenilmetilici – Attacco elettrofilo ai derivati del benzene -
  Effetto dei sostituenti sulla reattività dell’anello – Effetto orientante dei sostituenti in ulteriori
  attacchi elettrofili – Il rapporto orto-para – Clorometilazione – Formilazione di Reimer-
  Tiemann.
  Alogenoareni
  Nomenclatura e proprietà – confronto con gli alogenuri alchilici- Sostituzione nucleofila
  aromatica – meccanismo di addizione-eliminazione (SNAr) – meccanismo di eliminazione –
  addizione (SNEA)- benzino

  Fenoli
  Nomenclatura e proprietà dei fenoli – Preparazione dagli alogenoareni e da sali di diazonio –
  Acidità e reazioni – Confronto con gli alcoli – Reazioni dell’anello aromatico –
  idrossimetilazione – resine fenoliche – reazione di Kolbe – Polifenoli – ossidazione dei fenoli – benzochinoni ed idrochinoni – coppie redox –
  - eteri fenolici – trasposizione di Claisen
  Ammine e loro derivati
  Richiami sulla classificazione delle ammine – Ammine aromatiche: struttura, nomenclatura,
  proprietà fisiche – Acidità e basicità delle ammine – Aspetti stereochimici – Sali di ammonio
  quaternari (proprietà , stereochimica) - Sintesi delle ammine mediante alchilazione,
  ammirazione riduttiva, riduzione di azidi, nitrili, ammidi e nitro composti, trasposizione di
  Hofmann, reazione di Mannich, eliminazione di Hofmann – sintesi di Gabriel – Sintesi di
  ammine aromatiche – Reazioni con composti carbonilici – Nitrosazione delle ammine
  Formazione di immine, enammine – Sali di arendiazonio e loro reazioni – sostituzione sui sali
  di diazonio SN1.
  Composti solforati
  Tioli: struttura, nomenclatura, proprietà fisiche- Acidità – Preparazione – Reazioni di
  ossidazione– Disolfuri– Acidi solfinici – Acidi solfonici
  Composti Eterocicli Aromatici
  Classificazione degli eterocicli aromatici – Eteroaromaticità – anelli eteroaromatici a 5 e 6
  termini con un eteroatomo: furano, pirrolo, tiofene e piridina. Sintesi mediante composti 1,3 ed
  1,4-dicarbonilici – Composti eteroaromatici con due o più eteroatomi – Composti
  eteroaromatici benzocondensati– Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica, di sostituzione
  nucleofila aromatica, di ossidazione e di riduzione – Piridina N-ossido e sostituzione
  elettrofila.
  Carboidrati
  Classificazione dei carboidrati – La notazione D e L – Configurazione degli aldosi –
  Configurazione dei chetosi – Reazioni dei monosaccaridi in soluzione basica – Reazioni di
  ossido-riduzione dei monosaccaridi – Allungamento della catena: la sintesi di Kiliani-Fischer –
  Accorciamento della catena: la degradazione di Wohl e di Ruff – I monosaccaridi formano
  emiacetali ciclici – Formazione di glicosidi – L’effetto anomerico – Zuccheri riducenti e non
  riducenti – Mutarotazione - Disaccaridi – Polisaccaridi. Dall'energia solare ai carboidrati e
  all'energia delle cellule animali. Recenti processi ecosostenibili per produrre polimeri partendo
  dalla fermentazione della cellulosa.

  Lipidi
  Trigliceridi – saponificazione – Micelle – Proprietà detergenti – Confronto fra sali di acidi
  grassi e detergenti sintetici – Prostaglandine – steroidi – terpeni – Fosfolipidi e loro
  organizzazione supramolecolare a doppio strato – liposomi – membrane cellulari – lecitine –
  sfingofosfolipidi – Vitamine liposolubili.

• MODULO 2

  Nozioni introduttive alle comuni tecniche di identificazione quali: ¹H - e ¹³C-NMR, IR, UV-Vis, GC ed HPLC.

  Esecuzione pratica di reazioni di :

  • Sostituzione elettrofila aromatica: sintesi p-nitroanilina (gruppi protettori).
  • Sintesi multistep: preparazione di un anestetico locale (benzocaina), sostituzione nucleofila acilica.
  • Sintesi del Dibenzalacetone: reazione di condensazione Claisen-Schmidt.

  Isolamento, purificazione e caratterizzazione dei prodotti ottenuti nelle singole esperienze mediante: punto di fusione, UV-Vis, IR, ¹H- e ¹³C-NMR.

Testi di riferimento

• MODULO 1
  • Testi/Bibliografia
    Appunti di lezione e materiale reso disponibile in rete dal docente costituiscono la base per affrontare lo studio delle
    tematiche presentate in questo corso, utilizzando poi per gli approfondimenti uno o più dei seguenti testi:
    1) W.H.Brown, B.L.Iverson, E.V.Anslyn, C.S.Foote, CHIMICA ORGANICA, Edises 2015
    2) D. Sica, F. Zollo, CHIMICA DEI COMPOSTI ETEROCICLICI, Edises 2011
    3) P.Y.Bruice, CHIMICA ORGANICA, Edises 2012
    4) J. Claiden, N. Greeves, S. Warren, ORGANIC CHEMISTRY, Oxford University Press 2012
• MODULO 2

  - D.L. Pavia, G.M. Lampman, G.S. Kriz “Il Laboratorio di Chimica Organica” Ed. Sorbona;

  - L.M. Harwood, C.J. Moody “Experimental organic chemistry” Ed. Wiley-Blackwell.

  - R.M. Silverstein, F.X. Webster, Identificazione Spettroscopica di Composti Organici, Ambrosiana.

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• MODULO 1

  La prova d’esame tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in relazione le varie parti del programma. L’esame consiste in un esame orale.

  La prova orale consisterà in domande relative alle varie parti del programma per accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato.
  Criteri per l’attribuzione del voto finale:
  Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza sui vari argomenti della materia e la capacità di saper passare facilmente da un argomento all'altro.

• MODULO 2

  L'esame, integrato con il modulo 1, è teso ad accertare l'acquisizione dei concetti di base del corso e la capacità di collegarli tra loro e con gli esperimenti svolti in laboratorio, la capacità di esporre chiaramente i concetti usando usando adeguatamente il linguaggio scientifico, la capacità di utilizzare e interpretare quantitativamente i dati sperimentali applicando i concetti e le metodologie acquisiti durante il corso.

  La prova orale verterà sia sulla discussione di un'esperienza di laboratorio che su argomenti del corso teorico.

  Per ogni esperienza di laboratorio, lo studente dovrà presentare entro 7 giorni dalla data di esame, una relazione dettagliata, oggetto anch’essa di valutazione in sede di esame.

  La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• MODULO 1

  Reazioni di condensazione, eterocicli, sintesi degli amminoacidi, carboidrati

• MODULO 2

  Descrivere la sintesi della p-nitroanilina

  Descrivere le regioni principali dello spettro IR

  Commentare lo spettro ¹H-NMR del composto X