- Oggetto:
CHIMICA ORGANICA I
- Oggetto:
CHIMICA ORGANICA I
- Oggetto:
Anno accademico 2023/2024
- Codice attività didattica
- CHI0206
- Docenti
- Vittorio Pace (Titolare)
Salvatore Baldino (Titolare)
Laura Ielo (Titolare) - Corso di studio
- Chimica per la manifattura sostenibile
- Anno
- 1° anno
- Periodo
- Secondo semestre
- Tipologia
- Di base
- Crediti/Valenza
- 8
- SSD attività didattica
- CHIM/06 - chimica organica
- Erogazione
- Tradizionale
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- Facoltativa
- Tipologia esame
- Scritto più orale obbligatorio
- Prerequisiti
-
Conoscenza di base della teoria atomica, teoria dei legami, buona conoscenza dei concetti di base di acidità e basicità, acidi e basi di Lewis.
Knowledge of the atomic theory, chemical bonds, base and acid theories, Lewis bases and acids theory. - Propedeutico a
-
Aspetti Avanzati in Chimica Organica con Laboratorio; Biochimica delle Sostanze Organiche Naturali; Chimica Industriale con Laboratorio; Chimica delle Fibre e delle Polveri Inorganiche e dei Coloranti; Chimica dei Polimeri con Laboratorio.
Advanced Aspects in Organic Chemistry with Laboratory; Biochemistry of Natural Organic Substances; Industrial Chemistry with Laboratory; Chemistry of Fibers and Inorganic Powders and Dyes; Chemistry of Polymers with Laboratory. - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire le nozioni di base di Chimica Organica necessarie per proseguire nella formazione culturale di un chimico attraverso l'apprendimento dei principali gruppi funzionali presenti nelle molecole organiche, della loro reattività e delle relazioni esistenti fra la struttura e le proprietà chimico-fisiche.
To provide with the basic notions of Organic Chemistry necessary to continue the cultural education of a chemist by learning the main functional groups present in organic molecules, their reactivity and the relationships existing between the structure and the chemical-physical properties.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
L'insegnamento prevede di completare la formazione di base degli Studenti e delle Studentesse con nozioni specifiche di Chimica Organica attraverso le seguenti competenze:
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
- gestire i principali gruppi funzionali presenti nelle molecole organiche attraverso la loro struttura e reattività;
- illustrare le proprietà fisiche e molecolari di una molecola organica in funzione della struttura, in particolare la stereochimica.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
- collegare le proprietà fisiche e molecolari di molecole organiche con la loro struttura;
- collegare le diverse reattività di una molecola organica con i gruppi funzionali specifici;
- progettare la struttura di molecole organiche al fine di ottenere specifiche proprietà molecolari e stereochimica.
ABILITÀ COMUNICATIVE
La capacità di comunicazione multidisciplinare propria della Chimica che ne consegue è il principale risultato dell'insegnamento. Lo studente sarà in grado di:
- dialogare in termini strutturali;
- concorrere alla progettazione ed allo sviluppo di procedure sperimentali per la correlazione fra le proprietà fisiche e molecolari e la struttura delle molecole organiche.
The subjects plan to complete the basic training of the student with specific notions of Organic Chemistry through the following skills:
KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING ABILITY
- manage the main functional groups present in organic molecules through their structure and reactivity;
- illustrate the physical and molecular properties of an organic molecule in function of the structure, in particular the stereochemistry.
AUTONOMY OF JUDGMENT
- to link the physical and molecular properties of organic molecules with their structure;
- link the different reactivities of an organic molecule with specific functional groups;
- design the structure of organic molecules in order to obtain specific molecular and stereochemical properties.
COMMUNICATION SKILLS
The ensuing multidisciplinary communication skills of Chemistry is the main result of the teaching. The student will be able to:
- dialogue in structural terms;
- contribute to the design and development of experimental procedures for the correlation between the physical and molecular properties and the structure of organic molecules.
- Oggetto:
Programma
Parte 1. Struttura e nomenclatura.
-Introduzione generale alla chimica organica. L'atomo di carbonio e le sue ibridazioni. Legami sigma C-C e C-H, legami pi-greco.
-Idrocarburi saturi. Nomenclatura e struttura degli alcani. Stereoisomeria conformazionale di catene aperte.
-Idrocarburi insaturi. Nomenclatura e struttura degli alcheni e degli alchini. Stereoisomeria geometrica.
-Cicloalcani. Nomenclatura e struttura; stereoisomeria conformazionale e configurazionale. Sistemi biciclici: nomenclatura. Regola di Bredt.
-Gruppi funzionali. Nomenclatura e struttura.
-Stereoisomeria ottica. Atomi chirali; proiezioni di Fisher; enantiomeri; diastereomeri; racemati; mesoforme. chiralità nei monosaccaridi e negli aminoacidi. Stereoisomeria di eteroatomi. Cumuleni, spirani. Proiezioni di Newman di alcani, cicloalcani, alcheni e cicloalcheni.
-Coniugazione e risonanza. I polieni e le molecole aromatiche ed eteroaromatiche. Concetto di aromaticità ed antiaromaticità. Regola di Huckel
-Concetti di selettività. Regio-, chemo- e stereo-selettività. Stereospecificità.
Parte 2. Reattività.
-Acidi e basi. Definizioni secondo Arrhenius, Bronsted e Lewis. Acidità e basicità di tutti i gruppi funzionali e loro modulazione in funzione di effetti mesomerici e/o induttivi. Valutazione quantitativa di essi (pKa). Peracidi organici. Acidi di Lewis contenenti boro.
-Le reazioni organiche. Tipologia di reazioni organiche. I reattivi nucleofili ed elettrofili.
-Specie reattive al carbonio. Carbocationi, carbanioni, radicali e carbeni.
-Sostituzione radicalica alifatica. Clorurazione e bromurazione degli alcani. Aspetti energetici e di selettività. Postulato di Hammond.
-Addizione elettrofila agli alcheni ed agli alchini. Stereochimica delle reazioni di addizione (regioselettività, stereospecificità e stereoselettività), addizione di acidi forti, acidi deboli, addizione di alogeni, idroborazione, ossimercuriazione, ossidazione. Reattività dei dieni coniugati. Addizione 1,4. Cenni a Isoprene e Terpeni. Deprotonazione degli alchini. Aspetti stereochimici. Eterocumuleni.
-Sostituzione nucleofila alifatica. Meccanismi Sn1 e Sn2. Stereochimica delle reazioni SN. Effetto solvente. Reazioni degli alogenuri alchilici. Carbocationi ed effetti dei sostituenti. Meccanismi di trasposizione dei carbocationi.
-Reazioni di eliminazione. Meccanismi E1 E2, E1cB ed eliminazione di Hofmann. Reazioni di eliminazione negli alogenuri alchilici. Regola di Zaytsev. Stereochimica. Disidratazione degli alcoli. Alchini: sintesi e reazioni di addizione al triplo legame.
-Sostituzione elettrofila aromatica. Meccanismo. Alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione e acilazione di Friedel-Crafts, effetti dei sostituenti.
-Alcooli. Anfoterismo. Reazioni con acidi alogenidrici. Reattività degli alcoli: logica generale, uso di agenti alogenanti di tipo alonio. Reazioni varie di ossidazione.
-Epossidi. Sintesi e reazioni di apertura dell'anello.
-Sistemi ciclici eterosostituiti. Anelli da 3 a 7 membri: nomenclatura. Nomenclatura dei principali sistemi eterociclici.
-Eteri. Sintesi di Williamson.
-Ammine alifatiche. Struttura ed aspetti stereochimici. Basicità, sintesi e reazioni. Sintesi di Gabriel.
-Fenoli. Proprietà generali ed acidità. Reazioni caratteristiche dei fenoli. Reazione di Kolbe. Reazione di Reimer-Tiemann.
-Ammine aromatiche. Struttura ed aspetti stereochimici. Basicità. Reazioni con acido nitroso: sintesi dei sali di diazonio e Sandmayer. Copulazione con ammine e fenoli.
-Ilidi. Cenni alle ilidi dello zolfo e del fosforo. Aspetti generali e reattività. Reazione di tipo Wittig ed analoghe.
-Aldeidi e chetoni. Addizione nucleofila al gruppo carbonile. Addizione di acqua alcoli, cianuri, reazione di Cannizzaro, reazione con i reattivi di Grignard. Struttura emiacetalica del glucosio. I reattivi organometallici e i carbanioni. Reagenti di Litio, Magnesio. Preparazione di essi. Reazione con i derivati dell'ammoniaca (formazione di ossime, idrazoni, semicarbazoni), enammine come nucleofili, Riduzione di aldeidi e chetoni con idruri metallici. Ossidazione ad acidi carbossilici. Tautomeria cheto-enolica.
-Acidi carbossilici e derivati (esteri, anidridi, ammidi, alogenuri acilici). Acidità degli acidi carbossilici. Reazioni di sostituzione nucleofila acilica nei cloruri acilici. Reazione di esterificazione di Fischer; reazioni di idrolisi di esteri in ambiente acido e basico; reazione di transesterificazione; sintesi di ammidi. Aminoacidi: classificazione e nomenclatura; acidità e basicità; punto isoelettronico; elettroforesi. Il legame peptidico. Acidi dicarbossilici. Tioesteri ed esteri tert-butiilici.
-Reagenti riducenti. Idrogenazioni catalitiche. LAH. NaBH4. DIBAL-H.
-I nitrili. Sintesi e reazioni.
-Reazioni del carbonio in alfa al gruppo carbonile/carbossile. Anioni enolato e loro reattività. Condensazione aldolica e aldolica incrociata. Condensazione di Claisen. Sintesi acetoacetica e sintesi malonica. Formazione di cicli; condensazione di Dieckmann. Reazione di addizione a composti a,b-insaturi: addizione 1,2 vs. addizione 1,4. Reazione di Michael.
-Previsione di reattività in funzione di pKa. Conoscenza approfondita delle acidità di tutte le classi di composti presentati durante il corso.
Part 1. Structure and nomenclature.
-General introduction to organic chemistry. The carbon atom and its hybridizations. Sigma C-C and C-H bonds, pi-Greek bonds.
-Saturated hydrocarbons. Nomenclature and structure of alkanes. Conformational stereoisomerism of open chains.
-Unsaturated hydrocarbons. Nomenclature and structure of alkenes and alkynes. Geometric stereoisomerism.
-Cycloalkanes. Nomenclature and structure; conformational and configurational stereoisomerism. Bicyclic systems: nomenclature. Bredt's rule.
-Functional groups. Nomenclature and structure.
-Optical stereosystem. Chiral atoms; Fisher projections; enantiomers; diastereomers; racemates. Chirality in monosaccharides and amino acids. Stereoisomerism of heteroatoms. Cumulenes, spiranes. Newman projections of alkanes, cycloalkanes, alkenes and cycloalkenes.
-Conjugation and resonance. Polyenes and aromatic and heteroaromatic molecules. Concept of aromaticity and antiaromaticity. Huckel's rule.
-Concepts of selectivity. Regio-, chemo- and stereoselectivity. Stereospecificity.
Part 2. Reactivity.-Acids and bases. Definitions according to Arrhenius, Bronsted and Lewis. Acidity and basicity of all functional groups and their modulation as a function of mesomeric and/or inductive effects. Quantitative evaluation of them (pKa). Organic peracids. Boron-containing Lewis acids.
-Organic reactions. Types of organic reactions. Nucleophilic and electrophilic reactants.
-Carbon reactive species. Carbocations, carbanions, radicals and carbenes.
-Radical aliphatic substitution. Chlorination and bromination of alkanes. Energy and selectivity aspects. Hammond's postulate.
-Electrophilic addition to alkenes and alkynes. Stereochemistry of addition reactions (regioselectivity, stereospecificity and stereoselectivity), addition of strong acids, weak acids, addition of halogens, hydroboration, oxymercuriation, oxidation. Reactivity of conjugated dienes. Addition 1.4. Outline of Isoprene and Terpenes. Deprotonation of alkynes. stereochemical aspects. Heterocumulenes.
-Aliphatic nucleophilic substitution. SN1 and SN2 mechanisms. Stereochemistry of SN reactions. Solvent effect. Reactions of alkyl halides. Carbocation and effects of the substituents. Carbocation transposition mechanisms.
-Elimination reactions. E1 E2, E1cB mechanisms and Hofmann elimination. Elimination reactions in alkyl halides. Zaitsev's rule. Stereochemistry. Dehydration of alcohols. Alkynes: synthesis and addition reactions to the triple bond.
-Aromatic electrophilic substitution. Mechanism. Halogenation, nitration, sulfonation, alkylation and Friedel-Crafts acylation, effects of the substituents.
-Alcohols. Anfoterism. Reactions with halogenhydric acids. General reactivity of alcohols. Use of halogenating halonium-like species. Oxidation reactions.
-Epoxides. Synthesis and ring opening reactions.
-Heterosubstituted cyclic systems. Rings with 3 to 7 members: nomenclature. Nomenclature of the main heterocyclic systems.
-Ethers. Williamson synthesis.
-Aliphatic amines. Structures and stereochemical aspects. Basicity, synthesis and reactions. Gabriel synthesis.
-Fenoli. General properties and acidity. Characteristic reactions of phenols. Kolbe and Reimar-Tiemann reactions.
-Aromatic Amines. Structure and stereochemical aspects. Basicity. Reactions with nitrous acid: synthesis of diazonium salts and Sandmayer. Copulation with amines and phenols.
-Ylides. Basics of sulfur and phosphorous ylides. General aspects and reactivity. Reactions Wittig-type.
-Aldehydes and ketones. Nucleophilic addition to the carbonyl group. Addition of water, alcohols, cyanides, Cannizzaro reaction, reaction with Grignard reagents. Hemiacetal structure of glucose. Organometallic reagents and carbanions of lithium, and magnesium. Preparation of organometallic reagents. Reaction with ammonia derivatives (formation of oximes, hydrazones, semicarbazones), enamines as nucleophiles, Wittig reaction. Stereochemical aspects of olefinations. Reduction of aldehydes and ketones with metal hydrides. Oxidation to carboxylic acids. Keto-enol tautomerism.
-Carboxylic acids and derivatives (esters, anhydrides, amides, acyl chlorides). Acidity of carboxylic acids. Nucleophilic acyl substitution reactions in acyl chlorides. Fischer esterification reaction; hydrolysis reactions of esters in acidic and basic environments; transesterification reaction; synthesis of amides. Amino acids: classification and nomenclature; acidity and basicity; isoelectronic point; electrophoresis. The peptide bond. Dicarboxylic acids. Thioesters and tert-butyl esters.
-Reducing agents. Catalytic hydrogenations. Use of LAH. NaBH4. DIBAL-H.
-Nitriles. Synthesis and reactions.
-Reazioni of the alpha-carbon to the carbonyl and carboxylic functionalities. Enolate anions and their reactivity. Aldolica and crossed aldolic condensations. Claisen condensation. Acetoacetic and malonic syntheses. Cyclization reactions; Dieckmann condensation. Addition reactions to a,b-unsaturated compounds: 1,2 vs. 1,4-additions. Michael reactions.
-Diazo compounds Diazomethane: general aspects and preparation. Arndt-Eistert synthesis. Methylation of carboxylic acids. Ring expansions.
-pKa-Guided reactivity prediction. In depth knowledge of the acidities of the whole set of class of compounds presented during the course.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
L'insegnamento consiste di lezioni frontali in Aula per l'intera durata del corso. La frequenza è facoltativa ma consigliata.
Teaching methods: Presential lectures for the whole course. Attendance is optional but recommended.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame orale con i docenti.
Oral examination with the Lecturers.
- Oggetto:
Attività di supporto
Il docente e' disponibile - previo contatto via mail - a ricevere gli studenti presenzialmente o, se del caso, per via telematica.
The Lecturer is available - prior email contact - to meet students both in presence or via on-lin meeting (if appropriate).
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Chimica Organica
- Anno pubblicazione:
- 2023
- Editore:
- Edises
- Autore:
- William H. Brown
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Chimica Organica
- Anno pubblicazione:
- 2017
- Editore:
- Edises
- Autore:
- Paula Yurkanis Bruice
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Chimica Organica
- Anno pubblicazione:
- 2008
- Editore:
- Zanichelli
- Autore:
- T.W. Graham Solomons
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Chimica Organica
- Anno pubblicazione:
- 2017
- Editore:
- Piccin-Nuova Libraria
- Autore:
- John McMurry
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Chimica Organica
- Anno pubblicazione:
- 2016
- Editore:
- Zanichelli
- Autore:
- Peter C Vollhardt
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
Testi di consultazione
Organic Chemistry - Clayden - Oxford University Press - II Edizione - 2012 (ISBN 0199270295)
Eserciziari
La chimica organica attraverso gli esercizi - Solomons - Zanichelli, 2010 (ISBN 9788808063274)
Guida alla soluzione dei problemi da Chimica Organica - Brown - Edises - IV Edizione 2016 (ISBN 9788879598965)
Esercizi risolti di chimica organica - Vollhardt - Zanichelli, 2016 (ISBN 9788808436900)Consultation texts
Organic Chemistry -; Clayden - Oxford University Press - II Edition - 2012 (ISBN 0199270295)
Workbooks
La chimica organica attraverso gli esercizi - Solomons - Zanichelli, 2010 (ISBN 9788808063274)
Guida alla soluzione dei problemi da Chimica Organica - Brown - Edises - IV Edizione 2016 (ISBN 9788879598965)
Esercizi risolti di chimica organica - Vollhardt - Zanichelli, 2016 (ISBN 9788808436900)- Oggetto:
Note
ll materiale didattico presentato a lezione è disponibile presso il sito del CCS tramite la piattaforma Moodle.
The teaching material presented in class is available on the CCS website via the Moodle platform.
- Oggetto:
