- Oggetto:
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Chimica organica
- Oggetto:
ORGANIC CHEMISTRY
- Oggetto:
Anno accademico 2021/2022
- Codice dell'attività didattica
- AGR0008
- Docente
- Prof. Andrea Fin (Affidamento interno)
- Corso di studi
- [001717] SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE
- Anno
- 1° anno
- Periodo didattico
- Secondo semestre
- Tipologia
- A - Di base
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD dell'attività didattica
- CHIM/06 - chimica organica
- Modalità di erogazione
- Mista/Blended
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Facoltativa
- Tipologia d'esame
- Scritto
- Prerequisiti
- Chimica Generale, Fisica
- Propedeutico a
- Biochimica e Biologia Molecolare.
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Tutti gli argomenti del programma afferiscono all'area delle conoscenze propedeutiche.
L'insegnamento si propone di fornire le nozioni di base di chimica organica necessarie alla formazione culturale di tipo chimico affinché si possano affrontare i successivi studi di tipo chimico, biochimico e di biologia molecolare attraverso l'apprendimento dei principali gruppi funzionali presenti nelle molecole organiche e nelle biomolecole, della loro reattività e delle relazioni esistenti fra la struttura e le proprietà chimico-fisiche.
All topics belong to propedeutic knowlwdge area.
The class aims to provide the basic notions of organic chemistry essential for the development of a cultural chemical background. A solid organic chemistry background, focused on the main functional groups in organic and biological molecules, their reactivity and relationship between the molecular structure and the physico-bio-chemical properties is off importance for further studies in chemistry, biochemistry and molecular biology.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
L'insegnamento prevede di completare la formazione di base con nozioni specifiche di chimica organica attraverso le seguenti competenze:
Conoscenza e capacità di comprensione:
- gestire i principali gruppi funzionali presenti nelle molecole organiche e nelle biomolecole attraverso la loro struttura e reattività;
- illustrare le proprietà fisiche e molecolari di una molecola organica e di una biomolecola in funzione della struttura.
Conoscenza e capacità comprensione applicate:
- Capacità di applicare le conoscenze teoriche relative alla chimica organica alla risoluzione di esercizi e di problemi.
Autonomia di giudizio:
- collegare le proprietà fisiche e molecolari di biomolecole con la loro struttura;
- collegare le diverse reattività di una biomolecola con i gruppi funzionali specifici;
- progettare la struttura di molecole organiche e biomolecole al fine di ottenere specifiche proprietà molecolari.
Abilità comunicative:
- capacità di utilizzare un linguaggio chimico, sia in forma scritta che orale, per la comunicazione in ambito chimico, biochimico e biologico;
- concorrere alla progettazione ed allo sviluppo di procedure sperimentali per la correlazione fra le proprietà fisiche e molecolari e la struttura delle biomolecole.
Capacità di apprendimento:
- capacità di comprendere e prevedere l’esito delle più comuni reazioni di chimica organica e di prevedere e valutare le proprietà e la reattività dei principali composti organici.
Knowledge and understanding:
- handle the main functional groups in organic and biological molecules through their structure and reactivity;
- illustrate the physical and molecular properties of organic and biological molecules according to the structure.
Applying knowledge and understanding:
- Apply the theoretical notions of organic chemistry to solve exercises and problems.
Making judgments:
- correlate the physical and molecular properties of biomolecules with their structures;
- correlate the different reactivity of a biomolecule with specific functional groups;
- design the structure of organic and biological molecules to tune specific molecular properties.
Communications skills:
- use a proper chemical language, both in written and oral forms, to communicate with chemists, biochemists and biologists.
- contribute to the design and development of experimental procedures for the correlation between physical and molecular properties of biomolecule structures.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
L'insegnamento è strutturato in 60 ore di lezioni frontali, per le quali il docente si avvale di slides a disposizione degli studenti. La didattica frontale si costituisce di lezioni teoriche. Nel corso dell’insegnamento il docente propone alcune esercitazioni finalizzate a verificare l’applicazione pratica deli argomenti trattati a livello teorico. La frequenza è facoltativa, ma consigliata.
The course is structured on 60 hours of frontal lessons using slides available for the students. The classes are focused on theoretical notions. During the course, the teacher will provide and discuss excises to apply the discussed notions. The presence at the class is not mandatory but recommended.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
La verifica della preparazione avverrà con esame scritto della durata di 2 ore, articolato nel seguente modo:
- 5 domande a scelta multipla riguardanti struttura, nomenclatura e reattività delle principali classi funzionali e struttura, funzioni delle biomolecole studiate corrispondente a una votazione di 10/30;
- 4 domande aperte riguardanti struttura, nomenclatura e reattività delle principali classi funzionali e struttura e funzioni delle biomolecole studiate corrispondente a una votazione di 20/30;
Il voto finale, espresso in /30, deriva dalla somma dei punteggi ottenuti nelle domande a scelta multipla e in quelle aperte.
The student’s preparation will be evaluated by 2 hours written test:
- 5 multiple choice questions on the structure, nomenclature, reactivity of the main functional groups, function of the biomolecules corresponding to a maximum grade of 10/30;
- 4 open questions on the structure, nomenclature, reactivity of the main functional groups, function of the biomolecules corresponding to a maximum grade of 20/30;
The final grade, expressed in /30, is the sum of the grade obtained in the multiple choice and open questions.
- Oggetto:
Programma
Il legame chimico nelle sostanze organiche. La configurazione elettronica degli elementi. Teoria della valenza. Strutture di Lewis e Kekulé. Il legame covalente puro e polare ed il legame ionico. Dipoli e momento dipolare. La risonanza. Gli orbitali atomici del carbonio e la loro ibridizzazione (sp3, sp2, sp1). Orbitali molecolari di tipo sigma e pi greco di legame e di antilegame. Polarità dei legami e loro rottura per omolisi ed eterolisi e definizione di radicali, carbocationi, carbanioni Rappresentazione delle strutture molecolari.
Termodinamica e Cinetica. Costante di equilibrio e variazione di energia libera di Gibbs; Variazioni entalpiche ed entropiche. Velocità di reazione; stato di transizione; energia di attivazione; postulato di Hammond. Controllo termodinamico e cinetico.
Alcani e cicloalcani. Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Isomeria di struttura. Stereoisomeria. La reazione di sostituzione radicalica: stabilità e struttura dei radicali.
Alcheni e alchini. Struttura e isomeria cis-trans negli alcheni. Nomenclatura e regole di priorità del sistema E-Z. Proprietà fisiche. Stabilità relativa. Reazione di addizione elettrofila e radicalica secondo Markovnikov ed anti-Markovnikov. Reattività degli alchini: riduzione, addizione elettrofila, equilibrio cheto-enolico.
I composti aromatici. Struttura, regola di Hückel. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Reattività: reazione di sostituzione elettrofila aromatica, meccanismo, confronto con la reattività degli alcheni, effetto dei sostituenti sull’orientamento e sulla reattività. Eterocicli aromatici e loro proprietà acido-base: piridina, pirrolo.
La stereoisomeria. Enantiomeria. Attività ottica e chiralità, racemi e loro risoluzione. La polarimetria ed il potere rotatorio specifico. Configurazione assoluta di tipo R ed S e di tipo D ed L; proiezione di Fischer. Distereoisomeria, strutture meso, stereospecificità e stereoselettività.
Alogenuri alchilici e arilici. Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Reattività degli alogenuri alchilici: a) reazione di sostituzione nucleofila alifatica; gruppi uscenti; meccanismi SN1 ed SN2; stereochimica; effetto ed assistenza del solvente; carbocationi, struttura e reattività; b) reazione di eliminazione: meccanismi E1 ed E2, competizione fra reazioni di sostituzione nucleofila ed eliminazione; c) Reattività degli alogenuri arilici: reazione SN aromatica su sistemi attivati, confronto con la reazione SN alifatica.
Alcoli, fenoli ed eteri. Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Reattività: acidità e basicità; sostituzione nucleofila ed eliminazione, confronto con la reattività degli alogenuri ed attivazione del gruppo ossidrilico. Reattività: scissione del legame etereo.
La chimica dei composti carbonilici. Struttura dei gruppi funzionali contenenti l’unità carbonilica. Reattività: addizione nucleofila, sostituzione acilica, sostituzione in alfa ed equilibrio cheto-enolico.
Aldeidi e chetoni. Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Reattività: addizione di reagenti di Grignard, acqua, alcoli, ammoniaca e derivati; sostituzione in alfa: condensazione aldolica.
Acidi carbossilici e loro derivati. Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Proprietà acido-base ed effetto dei sostituenti. Reattività: reazione di sostituzione acilica; confronto con la reazione di sostituzione nucleofila.
Ammine. Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Proprietà acido-base ed effetto dei sostituenti. Reattività: alchilazione, acilazione.
Carboidrati. Struttura generale, rappresentazione e proprietà dei carboidrati. Struttura e proprietà molecolari dei principali, mono, di e oligosaccaridi.
Lipidi. Struttura, proprietà e classificazione dei principali lipidi idrolizzabili e non idrolizzabili.
Amminoacidi, peptidi e proteine. Struttura e proprietà degli amminoacidi. Acidità, basicità e pH isoelettrico.
Acidi nucleici. Struttura e proprietà delle basi azotate, nucleosidi e nucleotidi. Formazione, stabilità e rottura del legame fosfodiestereo.
Chemical bonds in organic compounds. The electronic configuration of the elements. Valence theory. Lewis and Kekulé structures. The neutral and polar covalent bond and the ionic bond. Dipoles and dipole moment. The resonance theory. The carbon atomic orbitals and their hybridization (sp3, sp2, sp1). Bonding and antibonding Sigma and pi molecular orbitals. Bonds polarity and the homo or heterolytic breaking. Definition of radicals, carbocations and carboanions. Graphic representation of the molecular structures.
Thermodynamics and kinetics. Equilibrium constant and Gibbs free energy, enthalpy and entropy variations. Reaction kinetic, transition state; activation energy; Hammond Postulate. thermodynamic and kinetic control.
Alkanes and cycloalkanes. Structure, nomenclature and physical properties. Isomeric structures. Stereoisomerism. The radical substitution reaction, stability and structure of the radicals.
Alkene and alkyne. Structure and cis-trans isomerism in alkenes. Nomenclature and the priority rules in the E-Z system. Physical properties and relative stability. Electrophilic addition and radical reactions according Markovnikov and anti-Markovnikov orientation. Reactivity of alkynes: reduction, electrophilic addition, keto-enolic equilibrium.
Aromatic compounds. Structure, Hückel rule. Nomenclature and physical properties. Reactivity: electrophilic aromatic substitution, mechanism in comparison to the alkenes reactivity, substituents effect on the reactivity and orientation. Aromatic heterocyclic compounds and their acid-base properties: pyridine, pyrrole.
Stereoisomery. Enantiomery, optical activity and chirality, racemates and their resolution. Polarimetry and specific optical rotation. Absolute configuration; use of prefix R/S and D/L; Fischer projection. Diastereoisomery, meso structures, stereospecificity and stereoselectivity.
Alkyl and aryl halides. Structure. Nomenclature. Physical properties. Reactivity of alkyl halides: a) aliphatic nucleophilic substitution; leaving groups; SN1 and SN2 mechanisms; stereochemistry; effect and solvent assistance; carbocations, structure and reactivity; b) elimination: E1 and E2 mechanisms, competition between nucleophilic substitution and elimination; c) Reactivity of aryl halides: SN on activated aromatic systems, comparison with the aliphatic SN.
Alcohols, phenols and ethers. Structure. Nomenclature. Physical properties. Reactivity: acidity and basicity; nucleophilic substitution and elimination, comparison with the reactivity of the halides and activation of the hydroxyl group. Reactivity: cleavage of the ether bond.
The chemistry of carbonyl compounds. Structure of functional groups containing carbonyl units. Reactivity: nucleophilic addition, acyl substitution, replacing alpha and keto-enolic equilibrium.
Aldehydes and ketones. Structure. Nomenclature. Physical properties. Reactivity: Addition of Grignard reagents, water, alcohols, ammonia e derivates; substitution in alpha: aldolic condensation. Introduction to carbohydrates.
Carboxylic acids and their derivatives. Structure. Nomenclature. Physical properties. Acid-base properties and effect of the substituents. Reactivity: a) reaction of acylic substitution; comparison with the aliphatic nucleophilic substitution. Fats and oils. Soaps and anionic surfactants.
Amines. Structure. Nomenclature. Physical properties. Acid-base properties and effect of the substituents. Reactivity: alkylation, acylation.
Carbohydrates. General structure, representation, and properties of carbohydrates. Molecular structures and properties of the most important mono, di and oligosaccharides.
Lipids. Structure, properties and classification of the most relevant hydrolysable and non-hydrolysable lips.
Amino acids, peptides and proteins. Structure and properties of amino acids. Acidity, basicity and isoelectric pH.
Nucleic Acids. structure and properties of the nucleobases, nucleosides and nucleotides. Formation and breaking of the phosphodiester bond.
Testi consigliati e bibliografia
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Note
Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.
The modalities of lessons and final examination could be subjected to variations depending on the applied measures related to Covid-19 emergency. In any case, the e-learning and online way is guaranteed for the entire academic year.
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