Corso di laurea in Biotecnologie
Anno accademico 2020/2021 - 1° anno
CHIMICA GENERALE INORGANICA E ORGANICA M - Z
Docenti titolari dell'insegnamento
AURORE FRAIX - Modulo CHIMICA GENERALE E INORGANICA - CHIM/03 - 6 CFUVALENTINA OLIVERI - Modulo CHIMICA GENERALE E INORGANICA
VENERANDO PISTARA' - Modulo CHIMICA ORGANICA - CHIM/06 - 6 CFU
Obiettivi formativi
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Il corso si propone di fornire i fondamenti di Chimica Generale ed Inorganica indispensabili per la comprensione di tematiche connesse in diversi ambiti scientifico-tecnologici. Lo studente acquisirà dimestichezza con i principi fondamentali e sarà in grado di applicare tali conoscenze alla soluzione di problemi numerici e pratici
- CHIMICA ORGANICA
Il corso si propone di fornire allo studente gli strumenti basilari di Chimica Organica necessari per affrontare i successivi studi di tipo chimico e biochimico, attraverso lo studio delle principali regole di nomenclatura, dei principali gruppi funzionali presenti nelle molecole organiche, della loro reattività e delle relazioni esistenti tra la struttura e le proprietà chimico-fisiche.
Obbiettivo fondamentale è quello di stimolare lo studente ad applicare le proprie capacità di ragionamento nello studio della materia, limitando lo sforzo mnemonico all’apprendimento di un insieme limitato dei principi alla base della Chimica Organica.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
NB: 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
Lezioni frontali, presentazioni powerpoint ed esercitazioni illustrative e guidate in aula (o online a secondo delle disposizioni relative alle regole sanitarie). Gli studenti potranno essere invitati a svolgere esercizi di dimostrazione alla cattedra (on-line).
Tutto il materiale didattico sarà disponibile dopo il corso sulla piattaforma di ateneo “Studium”
Una prova di valutazione della preparazione degli studenti verrà svolta prima della fine delle lezioni frontali. La prova non costituisce un esame e per questo motivo non sarà attribuito un voto. Tuttavia si invita lo studente a prepararsi adeguatamente per questa prova allo scopo di individuare eventuali lacune.
- CHIMICA ORGANICA
Lezioni frontali; presentazioni PowerPoint
Prerequisiti richiesti
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Generalità sulla chimica, gli elementi e la tavola periodica.
Matematica di base (in particolare la risoluzione di equazioni di primo grado ed utilizzo del Log).
- CHIMICA ORGANICA
Conoscenza delle nozioni di base della Chimica Generale
Frequenza lezioni
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Secondo il regolamento del corso di laurea.
- CHIMICA ORGANICA
Secondo il regolamento del CdL
Contenuti del corso
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Argomenti introduttivi.
Introduzione alla chimica. Fenomeni chimici e fisici. Numero di Avogadro. Concetto di mole.
L’atomo-La struttura atomica
Teoria atomica di Dalton. Particelle sub-atomiche. Numero atomico-numero di massa. Isotopi. Modello atomico di Bohr. Quantizzazione dei livelli energetici. Equazione di Schrödinger. Orbitali atomici. Numeri quantici. Sistema periodico degli elementi. Configurazioni elettroniche
Il legame chimico
Tipi di legame chimico: legame ionico, legame covalente, legame dativo. Teoria del legame di valenza. Elettronegatività degli atomi e polarità dei legami. Strutture di Lewis. Geometria molecolare e teoria VSEPR. Ibridizzazione. Teoria degli orbitali molecolari. Forze intermolecolari. Legame ad Idrogeno
Nomenclatura e reazioni chimiche
Classificazione dei composti inorganici. Numeri di ossidazione. Reazioni ed equazioni chimiche. Bilanciamento di equazioni chimiche. Reazioni redox. Basi del calcolo chimico-stechiometria.
Stati di aggregazione - soluzioni
Proprietà generali di solidi, liquidi e gas. Soluzioni: solvente-soluto, i diversi modi di esprimere la concentrazione, proprietà colligative.
Cenni di termodinamica e cinetica.
Principi generali della termodinamica. Spontaneità delle reazioni. Velocità di reazione.
Equilibrio chimico
Legge di azione di massa e costante di equilibrio. Alterazione dell’equilibrio. Legge di Le Chatelier.
Equilibri ionici in soluzione
Dissociazione elettrolitica. Acidi e basi. Dissociazione dell’acqua e Kw. Forza degli acidi e delle basi. Ka e Kb. Acidità di soluzioni: pH. Reazioni acido-base. Soluzioni tampone
- CHIMICA ORGANICA
Introduzione - Nozioni di base di chimica generale
Configurazione elettronica degli elementi e Regola dell’ottetto. Natura del legame chimico. Orbitali atomici, ibridazione e geometria molecolare, orbitali molecolari. Formule strutturali e condensate. Forze intermolecolari: interazioni dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, legame ad idrogeno e forze di van der Waals. Cenni di cinetica chimica. Concetto di acido e base secondo le teorie di Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Effetti induttivi e coniugativi (risonanza).
Gruppi funzionali, Classi di composti organici e nomenclatura
Descrizione dei gruppi funzionali. Classi di composti organici. Nomenclatura e caratteristiche chimico-fisiche.
Elementi di stereochimica
Introduzione al concetto di isomeria; configurazione assoluta e regole di priorità di Cahn-Ingold-Prelog; descrittori di configurazione cis/trans, E/Z, R/S; attività ottica; stereoisomeri: enantiomeri e diastereoisomeri; simmetria e chiralità; proiezioni di Fischer; isomeri conformazionali (proiezioni di Newman) e stereoisomeri.
Le reazioni della Chimica Organica
Terminologia e classificazione. Nucleofili ed elettrofili. Aspetti cinetici e termodinamioci. La rappresentazione delle frecce curve. Reazioni Radicaliche. Addizione Elettrofile. Sostituzioni Nucleofile (SN1, SN2; SNAr; SNAc). Eliminazioni E1 e E2. Sostituzioni Elettrofile Aromatiche ed effetto dei sostituenti. Addizioni nucleofile a legami multipli. Reazioni Pericicliche.
Alcani e Cicloalcani. Struttura degli alcani; isomeria strutturale degli alcani; nomenclatura IUPAC e tradizionale; classificazione degli atomi di carbonio e idrogeno. Cicloalcani: struttura e nomenclatura. Conformazioni degli alcani e cicloalcani; proprietà fisiche. Reazioni degli alcani: ossidazione, alogenazione (clorurazione e bromurazione - regioselettività). Sintesi: idrogenazione degli alcheni, riduzione degli alogenuri alchilici, Sintesi di Corey-House.
Alogenuri alchilici. Carattere elettrofilo del carbonio legato all’alogeno nei derivati alchilici. Reazioni di Sostituzione Nucleofila ed Eliminazione: meccanismi di reazione, stereochimica e fattori che influenzano la velocità delle reazioni SN2 ed SN1, E2 ed E1. Competizione tra sostituzione ed eliminazione. Stabilità e Geometria dei carbocationi e dei carbanioni.
Alcheni. Nomenclatura; stereoisomeria; Reazioni di addizione; meccanismi di reazione e stereochimica; addizione di acidi alogenidrici, di acqua, di bromo, di cloro e formazione di aloidrine, idroborazione-ossidazione, idrogenazione catalitica. Ozonolisi. Di-idrossilazione sin ed anti (dioli). Scissione ossidativa dei doppi legami. Riduzione (idrogenazione). Stabilità degli alcheni. Addizione radicalica di acido bromidrico. Radicale allilico e catione allilico: descrizione, stabilità e risonanza. Clorurazione e bromurazione allilica. Sintesi: deidroalogenazione di alogenuri alchilici, deidratazione degli alcoli.
Alchini. Nomenclatura; comportamento acido dell’acetilene e degli alchini terminali. Preparazione: deidroalogenazione dei di-alogenuri alchilici. Reazioni degli acetiluri metallici con alogenuri alchilici primari. Reazioni: idroalogenazione, idratazione (tautomeria cheto-enolica), alogenazione, ozonolisi, riduzione. Alchilazione degli alchini terminali.
Dieni e polieni. Conformazioni e stabilità. Addizione 1,2 ed 1,4 (controllo cinetico e termodinamico). La luce e la sua interazione con le molecole organiche; il colore; la chimica della visione. Reazione di Diels-Alder (cenni).
Composti Aromatici - Benzene: struttura e stabilità del. Regola di Hückel. Composti policiclici aromatici: naftalene, antracene, fenantrene, pirene e benzo[a]pirene.
Sostituzione Elettrofila Aromatica : reazioni e meccanismi di: alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts. Effetto dei sostituenti su reattività ed orientamento (gruppi attivanti e disattivanti).
Alchil benzeni: Radicali e cationi benzilici. Alogenazione in catena laterale ed ossidazione.
Alcoli. Nomenclatura; struttura e proprietà acido-base. Reazioni: con acidi alogenidrici (reatività di HX e di ROH), con cloruro di tionile, con cloruro di metansolfonile, con cloruro di tosile, con tribromuro di fosforo. Disidratazione. Formazione degli esteri. Sintesi: Idratazione degli alcheni, Ossimercuriazione-demercuriazione, Idroborazione-ossidazione, Sostituzione nucleofila con ossidrili, Sintesi di Grignard, Riduzione dei composti carbonilici, degli acidi e degli esteri.
Eteri. Nomenclatura; struttura e proprietà. Reazioni: scissione con acidi. Sintesi: deidratazione intra- ed intermolecolare degli alcoli. Alcossimercuriazione-demercuriazione. Alchilazione degli alcoli, Sintesi di Williamson.
Epossidi. Nomenclatura; struttura e proprietà. Reazioni: Scissione catalizzata da acidi e da basi: reazione con i reattivi di Grignard. Sintesi: Ossidazione degli alcheni con composti perossidici. Deidroalogenazione delle aloidrine.
Dioli. Sintesi: Idrossilazione degli alcheni ed Apertura dell’anello epossidico: Aspetti meccanicistici e stereochimici. Reazioni: Ossidazione con acido periodico. Formazione di acetali e chetali.
Alogenuri arilici. Reazioni: Sostituzione nucleofila aromatica per addizione-eliminazione (SNAr) e per eliminazione-addizione. Sostituzione nell’anello. Sintesi: Alogenazione diretta; Sostituzione dell’azoto dei sali di diazonio.
Fenoli. Proprietà acido-base. Sostituzione nell’anello (Reazione di Reimer-Tieman, Nitrosazione, Copulazione). Formazione di esteri. Formazione di eteri. Sintesi: trasposizioni degli idroperossidi; processo Dow; fusione alcalina dei solfonati; idrolisi dei sali di diazonio.
Aldeidi e Chetoni: Addizione Nucleofila al gruppo carbonilico. Nomenclatura; Proprietà fisiche e chimiche; Struttura del gruppo carbonilico. Sintesi: Ossidazione degli alcheni e degli alcoli; Idratazione ed idroborazione degli alchini. Ozonolisi degli alcheni. Riduzione controllata dei cloruri acilici (riduzione di Rosenmund), esteri e nitrili; Acilazione di Friedel-Crafts. Addizione di reattivi di Grignard ai nitrili. Reazioni: addizioni nucleofile al doppio legame carbonio-ossigeno; Nucleofili all’ossigeno [acqua, (dioli geminali), alcoli (emicetali, acetali, chetali)]; Nucleofili all’azoto [ammoniaca e derivati (immine ed enammine), idrazina, idrossilammina]; Nucleofili all’idrogeno (riduzione ad alcoli con idruri o con idrogeno in presenza di catalizzatori metallici); Nucleofili al carbonio [acido cianidrico (cianidrine), di ilidi di fosfonio (reazione di Wittig), di reagenti organometallici (reattivi di Grignard, alchilacetiluri)]: Ossidazioni [(potassio permanganato, ossido di argento e perossiacidi (ossidazione di Baeyer-Villiger)].
Aldeidi e Chetoni: Enoli ed enolati. Acidità degli idrogeni in α al carbonile. Enoli e Ioni Enolato: Tautomeria cheto-enolica (catalisi acida e basica). Alogenazione di aldeidi e chetoni (catalisi acida e basica). Reazione aloformica. Addizione Aldolica (catalisi acida e basica), disidratazione degli aldoli (condensazione).
Acidi carbossilici. Nomenclatura; Proprietà fisiche e chimiche; Struttura del gruppo carbossilico. Sintesi: Ossidazione di alcoli primari ed aldeidi (acido cromico); Ossidazione di alcheni e alchini (permanganato a caldo, ozonolisi); Ossidazione delle catene laterali di alchilbenzeni (permanganato a caldo) e di anelli benzenici (con ozono); Ossidazione di metilchetoni (reazione aloformica); Carbonatazione dei reattivi di Grignard; Idrolisi acida e basica di nitrili, cloruri acilici, anidridi, esteri ed ammidi. Reazioni: acidità degli idrogeni carbossilici e l’acidità degli idrogeni in posizione α, basicità dell’ossigeno carbonilico. Sostituzione nucleofila acilica con SOCl2, con PX3 o PX5; riduzione controllata ad aldeidi [Li(OBu)3AlH, DIBAL-H] e ad alcoli [LiAlH4]. Reazione di Hell-Volhard-Zelinski.
Derivati funzionali degli acidi carbossilici. Struttura e nomenclatura e reattività. Alogenuri degli acidi. Anidridi degli acidi. Esteri. Ammidi. Reazioni di Sostituzione Nucleofila Acilica (SNAc). Reazione con acqua, con alcoli, alogenuri acilici, con ammoniaca ed ammine.
Nitrili. Sintesi: sostituzione di alogenuri alchilici con cianuro; disidratazione di ammidi primarie; disidratazione delle ossime con anidride acetica. Reazioni: addizione di alcoli e di ammine; riduzione con LiAlH4, con H2 in presenza Ni, con DIBAL-H: idrolisi in ambiente acido e basico.
Composti beta-dicarbonilici. Acidità e reazioni dei composti β-dicarbonilici: Sintesi acetacetica. Sintesi malonica. Condensazione di Claisen.
Composti carbonilici α,β-insaturi. Reazioni: addizioni nucleofile di composti azotati, ossigenati, e carboniosi. Addizione di Michael. Addizione diretta e coniugata. Sintesi: Condensazione di Knoevenagel e di Perkin.
Ammine alifatiche e aromatiche. Nomenclatura; struttura; proprietà fisiche; proprietà acido-base; fattori che influenzano la basicità; proprietà nucleofile dell’azoto. Sintesi: ammonolisi degli alogenuri; alchilazione di immidi (sintesi di Gabriel); riduzione di nitrocomposti, ammidi, nitrili ed azidi; amminazione riduttiva; trasposizioni di Hofmann e di Curtius. Reazioni: alchilazione, acilazione. Eliminazioni di Hofmann e di Cope. Saggio di Hinsberg. Reazioni con acido nitroso: diazotazione, N-nitrosammine; Sintesi mediante i sali di arendiazonio: sostituzione del gruppo diazonio con idrossido, cloruro, bromuro, ioduro e cianuro (reazioni di Sandmeyer), fluoruro (reazione di Schiemann) e con idrogeno – Reazioni di diazocopulazione
Biomolecole
Amminoacidi. Struttura, nomenclatura, stereochimica e caratteristiche fisiche. Struttura zwitterionica e sue conseguenze; acidità e basicità (punto isoelettrico, curva di titolazione di amminoacidi). Sintesi: amminazione di α-alogenoacidi, sintesi di Strecker, di Grabriel, e di Schmidt. Sintesi mediante l’estere malonico. Amminazione riduttiva e transamminazione. Esempi di sintesi stereoselettive. Risoluzione di miscele racemiche di α-amminoacidi. Reazioni: Reazioni dei gruppi amminoacidici e dei gruppi funzionali delle catene laterali. Reazione con acido nitroso. Saggio alla ninidrina. Reazioni di protezione del gruppo carbossilico (come estere metilico, etilico, benzilico o terz-butilico) e del gruppo amminico (cbz, boc e fmoc).
Peptidi e Proteine. Caratteristiche del legame peptidico. Convenzione nella scrittura di catene polipeptidiche. Struttura primaria e determinazione della sequenza degli amminoacidi (degradazioni di Sanger e di Edman). Idrolisi chimica ed enzimatica. Struttura secondaria, terziaria e quaternaria. Sintesi classica di peptidi e proteine, sintesi in fase solida di Merrifield.
Carboidrati. Monosaccaridi: classificazione, nomenclatura, struttura (proiezioni di Fischer, di Haworth e strutture a sedia). Forme cicliche emiacetaliche furanosiche e piranosiche, anomeri α e β, mutarotazione. Effetto anomerico. Reazioni: formazione di glicosidi, determinazione della dimensione dell’anello, eterificazione, esterificazione. Trattamento con alcali. Reazioni di ossidazione in ambiente acido e basico (reattivi di Fehling, di Benedict, di Tollens, acqua di bromo, acido nitrico, acido periodico). Riduzione ad alditoli. Epimerizzazione. Reazione con fenilidrazina (fenilidrazoni ed osazoni). Sintesi di Kiliani-Fischer. Degradazione di Wohl. Disaccaridi: saccarosio, maltosio, cellobiosio, lattosio. Polisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa e derivati.
Lipidi. Acidi grassi, saponi e detergenti. la struttura degli acidi grassi. Struttura e preparazione dei saponi naturali. Prostaglandine. Steroidi. Fosfolipidi. Cenni su biosintesi acidi grassi.
Nucleosidi e nucleotidi. Struttura, proprietà fisiche e reattività. Composti eterociclici azotati. Cenni di sintesi del DNA. Uso biologico e biomedico di nucleosidi e nucleotidi.
Testi di riferimento
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
[1] J. Kotz, P. Treichel, J. Townsend, D. Trechiel – Chimica - Edises
[2] P. Atkins, L. Jones, F. Mani - Principi di chimica- Zanichelli
[3] A. M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio – Fondamenti di chimica- Casa editrice Ambrosiana
- CHIMICA ORGANICA
- L. G. Wade: Fondamenti di Chimica Organica – Piccin, 2014, – ISBN 9788829920037
- P. Y. Bruice: Elementi di Chimica Organica – EdiSES (kit di modelli molecolari incluso), II Ed/2017 – ISBN 9788879599276
- J. G. Smith: Fondamenti di chimica organica – McGraw-Hill, III Ed/2018 – ISBN 9788838694431
Altro materiale didattico
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Fondamentale sarà l’utilizzo del materiale proiettato dal docente e scaricabile su Studium.
- CHIMICA ORGANICA
Modellini molecolari
Contenuti on-line forniti dalle case editrici
Programmazione del corso
| CHIMICA GENERALE E INORGANICA | ||
| Argomenti | Riferimenti testi | |
| 1 | l'atomo - La struttura atomica | [1] capitoli 2, 6 e 7 [2] capitolo 1 |
| 2 | il legame chimico | [1]capitoli 8 e 9 [2] capitoli 2 e 3 |
| 3 | Nomenclature e reazioni chimiche | [1] capitoli 3, 4 e 19 [2] fondamenti D |
| 4 | Stati di aggregazione - soluzioni | [1] capitoli 10, 12 e 13 [2] capitoli 4 e 5 |
| 5 | cenni di termodinamica e cinetica | [1] capitoli 5, 14 e 18 [2] capitoli 7, 8 e 14 |
| 6 | Equilibrio chimico | [1]capitolo 15 [2] capitolo 10 |
| 7 | Equilibri ionici in soluzione | [1] capitoli 16 e 17 [2] capitoli 11 e 12 |
Verifica dell'apprendimento
MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
La verifica dell’apprendimento avverrà tramite una prova scritta (problemi, definizioni di nozioni viste durante le lezioni, formule)
Questa prova scritta sarà costituita da una serie di domande base: rispondere correttamente a queste domande rappresenta un requisito minimo per superare l’esame.
Una volta svolti correttamente gli esercizi preliminari, il voto finale verrà attribuito risolvendo problemi che dimostrano la capacità dello studente di integrare diverse nozioni.
Verrà valutato l’intero ragionamento, si chiederà dunque allo studente di dimostrare con chiarezza come ha svolto l’esercizio.
Il docente si riserva la possibilità di eseguire un colloquio orale.
NB: La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere
Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.
- CHIMICA ORGANICA
Il livello di acquisizione degli obiettivi formativi verrà verificato attraverso un esame finale, costituito da una prova scritta ed una prova orale, alla quale si accede totalizzando nella prova scritta, un minimo di 18 punti su 30.
La prova scritta, della durata di 90 minuti, consiste di 30 quesiti a risposta multipla (5 possibili risposte di cui una sola esatta), reperiti dalla piattaforma online Exam Manager, che copriranno l’intero programma svolto. Ciascuna risposta verrà valutata con 1 punto per ciascuna risposta esatta, −0,25 se sbagliata e 0 punti per risposte non date. La prova scritta si riterrà superata con una votazione minima di 18/30.
Durante lo svolgimento dell’esame non è consentito consultare libri, appunti o dispositivi elettronici di alcun tipo.
La prova orale della durata di circa 20 minuti, sarà finalizzata a verificare il livello di conoscenza, la capacità di comprensione e di comunicazione dello studente, con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell’esposizione dei contenuti indicati nel programma. La data del colloquio orale verrà comunicata nel sito del Dipartimento di Scienze del Farmaco, alla pagina del docente, sezione “news” e si svolgerà almeno due giorni dopo la prova scritta.
Il voto finale sarà stabilito tenendo conto dei punteggi conseguiti in entrambe le prove. È importante sottolineare che la prova orale, nel caso di esito negativo, potrà determinare anche la bocciatura.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI
- CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Nomenclatura
Struttura di Lewis
Geometria molecolare secondo VSEPR
Ibridizzazione atomo centrale
Diagrammi degli orbitali molecolari di molecole biatomiche.
Calcoli stechiometrici
Calcolo pH - Reattività acido-base
Bilanciamento reazioni redox
L’Equilibrio Chimico
Proprietà colligative delle soluzioni
La tavola periodica
Configurazione elettronica degli elementi
- CHIMICA ORGANICA
reazioni degli alcheni
reazioni di sostituzione elettrofila aromatica
reattività dei composti carbonilici
zuccheri riducenti
composti eterociclici azotati
Apri in formato Pdf English version