PRESENTAZIONE

Lo studio della chimica organica è l’occasione per affacciarsi ad una scienza eccitante e vitale. Le fondamenta di questa disciplina creano le basi per i successivi studi nell’ambito delle scienze mediche, biologiche, chimiche e dei materiali.  Inoltre, l’uso di tali conoscenze permette di comprendere alcune tecnologie moderne di uso quotidiano. Attraverso il riconoscimento dei gruppi funzionali, il disegno tridimensionale delle strutture molecolari e l’interpretazione dei processi meccanicistici delle reazioni, lo studente potrà ottenere una formazione teorica utile ad affrontare e superare con profitto gli insegnamenti teorico-pratici successivi, quali chimica farmaceutica, biochimica, analisi dei farmaci, laboratorio di chimica organica, ecc.  Tale formazione ha inoltre lo scopo di fornire agli studenti gli elementi di base della chimica organica necessari allo sviluppo di competenze professionali da impegnare nelle attività lavorative che il futuro laureato in farmacia si prefigura.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso ha l’obiettivo di fornire e fare apprendere agli studenti gli strumenti logici e sistematici necessari per raggiungere una conoscenza di base della struttura, delle caratteristiche fisiche, reattività, azione meccanicistica e preparazione dei principali gruppi funzionali della chimica organica, quale piattaforma per affrontare il successivo corso di Organica II.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Gli studenti verranno indirizzati allo studio della chimica organica per ottenere una serie di competenze e abilità utili al completamento di una formazione scientifica che renderà loro capaci di analizzare, classificare, spiegare e predire la reattività di composti organici. Gli alunni dovranno conoscere le teorie fondamentali per poter, col ragionamento, risolvere problemi di chimica organica. Dovranno saper argomentare teorie, padroneggiare competenze grafiche, usare un linguaggio tecnico e corretto per poter dimostrare risultati di apprendimento misurabili durante le prove scritte e orali.

Al termine del corso gli studenti saranno in grado di:

1. Usare la tavola periodica per la determinazione della configurazione elettronica nello stato fondamentale e le geometrie di legame di un atomo centrale;
2. Interpretare teorie atomistiche e molecolari per comprendere la forza e la natura dei legami chimici;
3. Predire la natura chimica (elettrofilo, nucleofilo, acido e base) di un atomo all’interno di una struttura molecolare;
4. Dominare i concetti fondamentali della stereochimica e disegnare su carta molecole chirali;
5. Visualizzare e orientare nello spazio i sostituenti in una molecola così come saper rappresentare le variazioni strutturali durante una reazione multistadio;
6. Classificare la reattività dei composti organici e dei gruppi funzionali all’interno di una molecola o tra diverse molecole;
7. Riconoscere la natura e la forza acida o basica di un determinato composto attribuendo la posizione di un equilibrio acido-base;
8. Riconoscere la elettrofilicità, nucleofilicità e propensione all’uscita di un determinato atomo o gruppo funzionale;
9. Determinare la stabilità relativa di carbocationi e radicali per comprendere lo stato di avanzamento di una reazione per uno specifico meccanismo;
10. Predire se una reazione avviene, oppure no, e con quale meccanismo;
11. Disegnare correttamente le frecce curve per rappresentare il flusso degli elettroni di una reazione ionica e in processi radicalici;
12. Rappresentare le strutture limite di risonanza di un composto;
13. Comprendere le connessioni tra le reazioni organiche studiate e quelle che avvengono in natura e in biologia cellulare.

PREREQUISITI

Aver superato l’esame di chimica generale e inorganica.

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento prevede 3 lezioni frontali settimanali di 2 ore ciascuna durante le quali viene affrontato l’intero programma.

I materiali didattici di supporto alle lezioni (presentazioni, esercizi e articoli di approfondimento) vengono forniti agli studenti attraverso la piattaforma aulaweb e/o Teams. Vengono consigliati testi fondamentali per lo studio della teoria e per lo svolgimento degli esercizi. Parte della lezione viene svolta alla lavagna. Vengono anche svolte reazioni chimiche con il relativo meccanismo. Per affrontare in maniera dinamica le lezioni si richiede la partecipazione attiva degli studenti nel rispondere a domande ed eseguire esercitazioni singolarmente o in gruppo. Quiz ed esercizi saranno disponibili sulla piattaforma aulaweb e/o Teams per mantenere aggiornato lo studio che permette un proficuo accompagnamento delle lezionI durante tutto il periodo dell’insegnamento della chimica organica, senza che abbiano finalità valutativa da parte del docente.

Suggerimenti su come studiare:

1) mantenere aggiornato lo studio degli argomenti settimanali, non lasciare mai che si accumulino;

2) studiare il materiale in piccole unità didattiche e assicurarsi di aver compreso ogni nuova sezione prima di passare alla successiva;

3) risolvere tutti i problemi di ciascun capitolo prima di passare al successivo;

4) scrivere durante lo studio su di un quaderno di teoria ed esercizi;

5) imparare insegnando e spiegando (studiare meglio in gruppo);

6) utilizzare modelli molecolari durante lo studio.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell'Apprendimento (DSA), disabilità o altri bisogni educativi regolarmente presentate all'Ateneo, sono invitati a contattare il docente ed il referente per la disabilità della Scuola/Dipartimento (Prof. Luca Raiteri, Luca.Raiteri@unige.it ) all'inizio del corso per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell'insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali. IMPORTANTE: le richieste per adattamenti in sede di esame DEVONO essere fatte tassativamente almeno 10 giorni lavorativi prima della data prevista per l'esame seguendo attentamente le istruzioni nel link alla pagina https://unige.it/disabilita-dsa/comunicazioni

PROGRAMMA/CONTENUTO

1.Elementi di chimica generale: struttura elettronica e legame

Struttura dell’atomo e distribuzione degli elettroni nell’atomo.  Legami covalenti (polari e apolari). Rappresentazioni della struttura di un composto. Orbitali atomici e molecolari. Teoria del legame di valenza, modello VSEPR e teoria degli orbitali molecolari (TOM). Ibridazione del carbonio e formazione di legami singoli, doppi e tripli. Ibridazione di altri atomi (B, O, N) e relative geometrie molecolari. Momento dipolare di un legame e momento di dipolo di una molecola. 

2. Acidi e basi: concetti fondamentali nella chimica organica

Acidi e basi organiche. Definizione di Ka e pKa. Prevedere la posizione di un equilibrio acido-base via pKa. Fattori che influenzano la forza di un acido e il suo pka. Teorie acido-base di Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Utilizzo delle frecce curve per la rappresentazione del flusso degli elettroni coinvolti in una reazione acido-base. 

3. Introduzione ai composti organici: nomenclatura, proprietà fisiche e struttura

Nomenclatura di alcani e cicloalcani, alcoli e eteri, alogenuri alchilici e ammine. Rotazione attorno al legame singolo sigma (C-C). Analisi conformazionale degli alcani e dei suoi rotameri. Proiezione di Newman degli isomeri conformazionali di un alcano lineare. Tensione d’anello dei cicloalcani. Analisi conformazione del cicloesano.  Conformeri di cicloesani, mono-, di- e trisostituiti. Isomeria cis-trans dei cicloalcani.

4. Isomeri: la disposizione degli atomi nello spazio

Isomeri costituzionali e stereoisomeri. Isomeria geometrica (cis-trans e E/Z) in composti con doppi legami. Concetto di chiralità. Molecole chirali con centro asimmetrico (centro stereogenico). Rappresentazione di enantiomeri e descrittori R,S per i carboni chirali. Proiezione di Fischer. Origine dell’attività ottica dei composti chirali. Potere ottico rotatorio. Molecole con più centri chirali (diastereoisomeri e composti meso). 

5. Alcheni: struttura, nomenclatura e introduzione alla reattività

Reattività degli alcheni e uso delle frecce curve. Meccanismo di una reazione tra un nucleofilo e un elettrofilo. 

6. Le reazioni degli alcheni

Addizione di acqua e acidi alogenidrici agli alcheni. Stabilità dei carbocationi e dei radicali. Trasposizione dei carbocationi. Regioselettività delle reazioni di addizione elettrofila (Regola di Markovnikov) e addizione radicalica (anti-Markovnikov). Idroborazione-ossidazione degli alcheni. Addizione di alogeni agli alcheni. Addizione di un perossiacido agli alcheni (epossidazione). Addizione di ozono agli alcheni (ozonolisi). Addizione di idrogeno agli alcheni (idrogenazione catalitica). Stereochimica delle reazioni di addizione agli alcheni: reazione regioselettiva, stereoselettiva o stereospecifica.

7. Le reazioni degli alchini

Nomenclatura, struttura e reattività degli alchini. Addizioni elettrofile agli alchini: introduzione alla tautomeria cheto-enolica. Idrogenazione catalitica di alcheni e sua stereochimica. Acidità degli alchini. Uso degli ioni acetiluro nella sintesi organica.

8. Delocalizzazione elettronica, strutture di risonanza e suo effetto su stabilità, pKa 

I legami del benzene, strutture limite di risonanza e ibrido di risonanza. Predire la stabilità delle strutture di risonanza. Stabilità dei dieni, dei cationi allilici e benzilici. Effetto della delocalizzazione elettronica sul pKa.

9. Reazioni di sostituzione ed eliminazione degli alogenuri alchilici

Meccanismo di una reazione di sostituzione nucleofila bimolecolare (SN2) e monomolecolare (SN1). Fattori che influenzano le reazioni SN2 e SN1. Reazioni di eliminazione degli alogenuri alchilici (E2 e E1). Stereochimica e competizioni tra le reazioni SN2, SN1, E2 e E1.

10. Reazioni di alcoli, eteri, epossidi, e ammine

Reazioni di sostituzione nucleofila degli alcoli. Reazione di eliminazione (E1 e E2) degli alcoli (disidratazione). Stereochimica della reazione di disidratazione. Ossidazione degli alcoli. Reazioni di sostituzione nucleofila degli eteri e degli epossidi. Formazione di dioli cis e trans. 

11. Reazioni degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici

Struttura, proprietà fisiche e reattività dei derivati degli acidi carbossilici (cloruro acilico, anidride, estere e ammide).  

12. Reazioni delle aldeidi e dei chetoni

Reattività dei composti carbonilici. Addizione di nucleofili forti e deboli al carbonio carbonilico. Preparazione di composti organo litio, organomagnesio e relativa addizione al carbonio carbonilico. Formazione di immine ed enammine.  Formazione di acetali ed emiacetali come gruppi protettori del gruppo carbonilico. Reazione di Wittig. 

13. Reazioni al carbonio alfa

Acidità dell’idrogeno alfa di derivati carbonilici. Tautomeria cheto-enolica. Alogenazione del carbonio alfa di aldeidi e chetoni. Formazione dello ione enolato cinetico e termodinamico. Alchilazione del carbonio alfa base catalizzata.  Reazione di Stork.

 14. Reazioni del benzene e dei benzeni sostituiti

Criteri di aromaticità e Regola di Hueckel. Aromaticità secondo la teoria degli orbitali molecolari (regola di Frost). Nomenclatura dei benzeni mono sostituiti. Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica (SEAr): alogenazione, nitrazione, solfonazione, acilazione e alchilazione di Friedel-Crafts). Trasformazioni chimiche dei sostituenti sull’anello benzenico. Effetto dei sostituenti sulla reattività di un anello benzenico. Effetto dei sostituenti sull’ orientamento di una SEAr.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• Paula Yurkanis Bruice, Elementi di Chimica Organica, Ed. EdiSES

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Fine settembre: primo giorno utile secondo il calendario didattico, salvo imprevisti.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame scritto con domande aperte e/o a scelta multipla.

Sarà introdotta una fase di correzione del proprio esame scritto seguendo la soluzione degli esercizi effettuata dal docente alla lavagna. Con l’auto-valutazione si incentiva una riflessione sul proprio elaborato per una responsabile auto-correzione. Dopo la correzione gli alunni saranno informati del punteggio ottenuto e gli stessi potranno chiedere spiegazioni.

Coloro che avranno ottenuto la sufficienza procederanno alla prova orale.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame scritto includerà domande puramente teoriche o esercizi di chimica organica da svolgere in due ore di tempo.

Gli strumenti di controllo previsti nelle modalità didattiche e d’esame, che accompagnano il processo d'insegnamento-apprendimento, sono finalizzati all'accertamento dei livelli di conoscenze, capacità e competenze raggiunte dagli alunni.