CHIMICA GENERALE INORGANICA E ORGANICA M - Z

Anno accademico 2021/2022 - 1° anno - Curriculum BIOTECNOLOGIE BIOMEDICHE, Curriculum BIOTECNOLOGIE AGRARIE e Curriculum BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE

Obiettivi formativi

• CHIMICA GENERALE E INORGANICA

  Scopo del corso è quello di fornire allo studente le basi generali della chimica nonché la comprensione di tematiche ad essa connesse e sviluppati in altri corsi del Corso di Laurea

• 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

  Lezioni ed esercitazioni in aula.

  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.

• CHIMICA ORGANICA

  Lezioni frontali (6 CFU); presentazioni PowerPoint

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza, al fine di rispettare il programma previsto potranno essere introdotte le necessarie variazioni.

  Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

  A garanzia di pari opportunità e nel rispetto della legge Italiana (170/2010), gli studenti interessati possono chiedere un colloquio con il docente (prima dell’inizio del corso o almeno 30 giorni prima dell’appello di esame) in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, senza modificare gli obbiettivi dell'apprendimento.

  È inoltre possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o DSA) del Dipartimento.

Prerequisiti richiesti

• CHIMICA GENERALE E INORGANICA

  Conoscenze di base di aritmetica e algebra, quali operazioni con i numeri razionali (reali) e soluzione di equazioni di 1° e 2° grado.

• 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

  La materia e il sistema periodico degli elementi

  Proprietà chimiche e fisiche degli elementi

  Il legame chimico

  Nomenclatura e reazioni chimiche

  Numeri di ossidazione.

  Bilanciamento

  Classificazione dei composti inorganici

  Reazioni acido-base, di scambio e di ossido-riduzione.

  Stati di aggregazione

  Termodinamica chimica.

  Equilibrio chimico.

  Elettrochimica.

  Cinetica chimica.

  Chimica Inorganica

• 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 (S_N1, S_N2; S_NAr; S_NAc). 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 S_N2 ed S_N1, 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 (S_NAr) 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). Reazione di Cannizzaro.

  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 (S_NAc). 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.

  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

  Chimica Generale e Inorganica

  1. A. M. Manotti Lanfredi & A. Tiripicchio, FONDAMENTI DI CHIMICA, CEA

  2. Fusi et al., -CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - Idelson-Gnocchi

  3. Petrucci et al., -CHIMICA GENERALE- Piccin

  4. Speranza et al. -CHIMICA GENERALE ED INORGANICA- Edi-Ermes

  5. M. Schiavello, L. Palmisano - FONDAMENTI DI CHIMICA - EdiSES

  6. J.C. Kotz et al. - CHIMICA - EdiSES

  7. P.W. Atkins, L. Jones - CHIMICA GENERALE - Zanichelli

  8. R. Chang - FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE - Mc Graw Hill

  9. Nivaldo J. Tro - CHIMICA – EdiSES Chimica Inorganica

  10. D.H. Bandinelli - CHIMICA INORGANICA – Piccin

  11. I. Bertini,C. Luchinat, F. Mani - CHIMICA INORGANICA - Ambrosiana, (distribuzione Zanichelli)

  Stechiometria

  12. P. M. Lausarot, G.A. Vaglio - STECHIOMETRIA PER LA CHIMICA GENERALE- Piccin

  13. P. Giannoccaro, S. Doronzo -ELEMENTI DI STECHIOMETRIA- Edises

   

  N.B.: Anche se le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, si fa presente che tutti i testi sopra elencati sono ugualmente validi e lo studente è libero di sciegliere quello che ritiene più adatto alla propria formazione. Eventuali testi non elencati, possono essere sottoposti al vaglio del docente.

• CHIMICA ORGANICA
  1. L. G. Wade: Fondamenti di Chimica Organica – Piccin, 2014, – ISBN 9788829920037
  2. P. Y. Bruice: Elementi di Chimica Organica – EdiSES (kit di modelli molecolari incluso), II Ed/2017 – ISBN 9788879599276
  3. J. G. Smith: Fondamenti di chimica organica – McGraw-Hill, III Ed/2018 – ISBN 9788838694431

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• CHIMICA GENERALE E INORGANICA

  Compito scritto a quiz con risposta multipla.

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

  Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA. A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. possibile rivolgersi anche ai docenti referenti CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento.

• 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 prenotazione all'esame è obbligatoria ed è attiva fino a quattro giorni prima della data riportata nel calendario degli esami.

  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

  
  Per la reazione SO_{3 (g)} = SO_{2 (g)} + ½O_{2 (g)}, si mette a reagire 1.00 mole di anidride solforica in un volume di 2.00 litro. All’equilibrio si misurano 0.100 moli di ossigeno. determinatre la costante di equilibrio Kc.

  Formula bruta e di struttura del carbonato di calcio;

  Calcolare la pressione osmotica di una soluzione acquosa di KCl ottenuta sciogliendo 2.50 g di tale sale in 250.0 ml di acqua a 25 °C, assumendo che la variazione di volume è trascurabile. (R=0.0821 atm·l·K^-1·mol^-1).

  pH di una soluzione tampone costituita da acido acetico 0.1 M e acetato di sodio 0.05 M.

• CHIMICA ORGANICA

  reazioni degli alcheni

  reazioni di sostituzione elettrofila aromatica

  reattività dei composti carbonilici

  zuccheri riducenti

  composti eterociclici azotati