1003803 - CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO A - L
Modulo 1003804 - CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)

Il corso si prefigge di fornire le conoscenze di base dei composti organici, della loro struttura tridimensionale e dei loro meccanismi di reazione.

In particolare, gli obiettivi formativi specifici di questo corso sono:

- Comprendere il legame chimico nei composti organici;

- Comprendere la struttura tridimensionale (stereochimica) dei composti organici;

- Comprendere la relazione tra struttura e reattività chimica;

- Comprendere i meccanismi di reazione dei composti organici;

- Comprendere gli aspetti cinetici e termodinamici dei composti organici;

- Conoscere la reattività delle principali classi di composti organici.

- Discussione di tutte le attività proposte con metodo scientifico e linguaggio appropriato.

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione
- Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo;

- Capacità di razionalizzare le correlazioni proprietà-struttura-reattività dei composti organici.

Capacità di applicare conoscenza

- Capacità di applicare le conoscenze acquisite per descrivere razionalmente il comportamento chimico dei composti organici, incluso gli aspetti stereochimici;
- Capacità di prevedere la reattività chimica dei composti organici sulla base della loro struttura molecolare.

Autonomia di giudizio
- Capacità di ragionamento critico;

- Capacità di individuare le condizioni più adatte per la modifica chimica di una struttura organica.

Abilità comunicative

- Capacità di descrivere in forma orale, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, la struttura e il comportamento chimico dei composti organici.

Capacità di apprendimento:

- Capacità di progettare la sintesi di un composto organico in modo autonomo utilizzando le competenze acquisite durante il corso;

- Mostrare di aver sviluppato buone capacità di apprendimento ed approfondimento per affrontare agevolmente i successivi corsi di Chimica Organica.

Lezioni frontali con esercitazioni in aula. In particolare, l'insegnamento consiste di 35 ore di lezioni frontali in aula (5 CFU), per le quali il docente si avvale di slides che saranno rese disponibili agli studenti tramite la piattarforma STUDIUM. Durante il corso inoltre alcune lezioni, corrispondenti a 12 ore (1 CFU), saranno dedicate allo svolgimento di esercizi in aula sulla base degli argomenti trattati a lezione.

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.

 

Conoscenza della Chimica Generale ed Inorganica.

La frequenza al corso è obbligatoria, dovendo lo studente frequentare almeno il 70% del monte ore del corso (vedi Regolamento Didattico del Corso di Laurea in Chimica Industriale - Sez. 3.1).

 

1. Introduzione alla Chimica Organica

Configurazione elettronica degli atomi. Rappresentazioni di Lewis. La regola dell’ottetto. Il legame chimico: legami ionici e covalenti. La scala di elettronegatività di Pauling.  Lunghezza di legame e forza di legame. Carica formale. Teoria della risonanza. Meccanica quantistica: forma degli orbitali atomici s e p; legami σ e π. Orbitali ibridi sp3, sp2, sp. Struttura del metano, dell’ammoniaca e dell’acqua. Doppio e triplo legame. Principali gruppi funzionali e relative classi di composti.

2. Acidi e basi

Acidi e basi secondo Arrhenius, Brønsted-Lowry e Lewis. Definizione del pKa. Reazioni acido-base: posizione dell'equilibrio e forza relativa degli acidi e delle basi.

3. Alcani

Struttura. Isomeria conformazionale. Principi generali della nomenclatura IUPAC e applicazione nel caso degli alcani. Classificazione degli atomi di carbonio e di idrogeno. Conformazioni degli alcani. Proiezioni di Newman. Proprietà fisiche: forze di dispersione. Fonti naturali e cenni sulla lavorazione del petrolio. Reattività: la sostituzione radicalica e la reazione di combustione. 

4. Cicloalcani

Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche. Conformazioni e stabilità relative del ciclopropano, ciclobutano, ciclopentano, cicloesano. Contributi alla tensione d’anello: distorsione dell’angolo di legame, tensione di eclissamento e interazione diassiale. Idrogeni assiali ed equatoriali nel cicloesano. Conformazioni preferite dei cicloesani sostituiti. Isomeria cis-trans nei cicloalcani.

5.  Stereoisomeria

Stereoisomeri:  Enantiomeri e Diastereoisomeri. Chiralità e Stereocentri. Configuraziore assoluta. La convenzione R-S. Proiezioni di Fischer. Composti meso: gli stereoisomeri dell'acido tartarico.  Attività ottica: luce polarizzata e polarimetro. Potere rotatorio specifico.  Importanza biologica della chiralità. Metodi di risoluzione di miscele racemiche. 

6. Alcheni e Alchini

Struttura. Nomenclatura. Isomeria: nomenclatura cis-trans ed E-Z. Reazione di addizione: alogenazione; idroalogenazione; idratazione acido-catalizzata; Stabilità relativa dei carbocationi e regola di Markovnikov. Riarrangiamento dei carbocationi. Idroborazione-ossidazione. Reazioni di ossidazione: con permanganato di potassio; con tetrossido di osmio; con ozono; con peracidi. Idrogenazione catalitica, calori di idrogenazione e stabilità relativa degli alcheni. Preparazioni: Deidroalogenazione degli alogenuri alchilici; Disidratazione degli alcoli.

7. Dieni

Classificazione. Struttura dei dieni coniugati secondo la teoria del legame di valenza. Stabilità relativa delle forme limiti e loro contributo all'ibrido di risonanza. Energia di risonanza. Addizione elettrofila ai dieni coniugati: addizioni -1,2 e -1,4.

8.    Alchini

Struttura. Nomenclatura. Acidità degli alchini terminali: gli acetiluri. La reazione di addizione negli alchini. Riduzione ad alcheni (con catalizzatore di Lindlar) e ad alcani.

9.  Alogenoalcani

Struttura. Nomenclatura. Sostituzioni nucleofile. Meccanismi  S_N1 e S_N2. Stereochimica delle sostituzioni nucleofile. Effetti della struttura del substrato, del nucleofilo, del gruppo uscente e del  solvente. Reazioni dì eliminazione. Meccanismi E₂ e E₁. Competizione tra le reazioni di sostituzione ed eliminazione. Reazione con magnesio: formazione dei composti organometallici. I reattivi di Grignard.  Preparazione: Alogenazione degli alcani: meccanismo dell’alogenazione radicalica; scissione omolitica dei legami. Stabilità relativa e struttura dei radicali alchilici primari, secondari e terziari. Reattività relativa degli alogeni nelle reazioni di alogenazione. Clorurazione degli alcani superiori: reattività relative degli idrogeni primari, secondari, terziari e stabilità relative dei rispettivi radicali. Reazioni regioselettive (postulato di Hammond); stereochimica dell’alogenazione radicalica. Addizione di acidi alogenidrici agli alcheni e agli alchini; addizione di alogeni agli alcheni e agli alchini; alogenazione degli alcoli.

10. Benzene e derivati

Struttura. Nomenclatura e proprietà del benzene e dei suoi derivati. Aromaticità. Energia di risonanza. Regola di Huckel. Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica: alogenazione; nitrazione; solfonazione; alchilazione e acilazione di Friedel-Crafts. Gruppi sostituenti attivanti e disattivanti. Reattività ed orientamento.

11. Alcoli

Struttura. Nomenclatura. Legame idrogeno. Acidità e basicità.  Reazioni con metalli attivi. Formazione di alogenuri alchilici. Disidratazione ad alcheni e regola di Zaitsev. Ossidazione di alcoli primari e secondari con bicromato e con piridinio clorocromato. Ossidazione dei glicoli con acido periodico. Formazione di esteri. Formazione di semiacetali e acetali. Preparazione: Addizione di H2O agli alcheni; idroborazione-ossidazione; idrolisi di alogenuri alchilici; addizione di organo-metallici alle aldeidi e ai chetoni; riduzione dei composti carbonilici; riduzione di acidi carbossilici. Cenni su: Eteri, epossidi, tioli e solfuri

12. Aldeidi e Chetoni

Struttura. Nomenclatura. Addizioni nucleofile: addizione di reattivi di Grignard, di HCN, di alcoli per formare emiacetali ed acetali; addizione di derivati dell’ammoniaca: formazione di basi di Schiff. Ossidazioni. Riduzione ad alcoli. Tautomeria cheto-enolica.  Preparazione: Ossidazione di alcoli secondari; ossidazione di alcoli primari con clorocromato di piridinio.

13. Acidi carbossilici e derivati

Struttura. Nomenclatura. Costanti di acidità. Effetto dei sostituenti sull’acidità in acidi alifatici.  Riduzione con LiAlH4: formazione di alcoli primari. Decarbossilazione. Esterificazione di Fischer. Reazione con diazometano: formazione di esteri metilici. Reazione con cloruro di tionile: formazione di cloruri acilici. Alogenazione in alfa: reazione di Hell, Vholard, Zelinsky. Preparazione: ossidazione di alcoli primari e di aldeidi; carbonatazione dei reattivi di Grignard.

Esteri: idrolisi acida e basica (saponificazione).  Alogenuri degli acidi. Anidridi. Ammidi. Nitrili. Idrossiacidi e chetoacidi.  Grassi ed oli.

14. Ammine

Struttura e classificazione: ammine primarie, secondarie, terziarie e sali di ammonio quaternari. Struttura elettronica dell'azoto. Proprietà fisiche. Reattività: Basicità; nucleofilicità. Formazione di immine; formazione di ammidi. Reazioni delle ammine con acido nitroso. Reazioni dei sali di diazonio. Diazocopulazione. Coloranti azoici. Preparazione: riduzione di immine; riduzione di ammidi; riduzione di nitrili.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. W. H. Brown, C. S. Foote, B. L. Iverson. Chimica Organica, (EdiSES);

2. Streitwieser, C. H. Heathcock, E. M. Kosower, Chimica Organica, (EdiSES);

3. Seyhan Ege, Chimica Organica, (Sorbona);

4. P. Vollhardt, Chimica Organica, (Zanichelli);

5. J. McMurry, Chimica Organica, (Piccin);

6. B. Botta, Chimica Organica, (Edi.Ermes).

L'esame di profitto consiste in una prova orale svolta mediante un colloquio fra lo studente e la commissione esaminatrice teso ad accertare il grado di apprendimento e comprensione degli argomenti contenuti nel programma del corso. In particolare, sarà valutata la pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, la qualità dei contenuti, la capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma, la capacità di riportare esempi, la proprietà di linguaggio tecnico e la capacità espressiva complessiva dello studente. 

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

Le domande vertono su tutti gli argomenti trattati durante le lezioni. Esempi di domande:

Alcheni: nomenclatura, reattività, preparazione. Composti carbonilici: nomenclatura, reattività, preparazione. Stereoisomeria: enantiomeri e diastereoisomeri, stereocentro, composti meso, racemo. Elettrofili e nucleofili. Acidi e basi.