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CHIMICA II (M-Z)
MARIO ORENA

Sede Scienze
A.A. 2016/2017
Crediti 8
Ore 64
Periodo 1^ semestre
Lingua ITA
Codice U-gov ST01 3S011

Prerequisiti

Conoscenza degli argomenti dell’insegnamento di Chimica I, con particolare riferimento alla  struttura molecolare, ai tipi dei legami chimici e alla termodinamica chimica.

Modalità di svolgimento del corso

Sono previste lezioni teoriche (8 crediti, 64 ore) nel corso delle quali verranno anche presentati quesiti a soluzione guidata circa i più significativi meccanismi di reazione della chimica organica. Al corso frontale è affiancata un’attività didattica in modalità e-learning contenente tutte le diapositive discusse a lezione e i files audio delle lezioni, insieme con i problemi proposti nelle prove scritte, con le relative soluzioni che permettono agli studenti di valutare il proprio livello di preparazione.

Risultati di apprendimento attesi

Conoscenze:
L’insegnamento consente agli studenti di acquisire le conoscenze di base  dei meccanismi delle trasformazioni e delle interazioni dei composti organici presenti nei sistemi biologici, allo scopo di fornire elementi atti a comprenderne l’azione negli organismi viventi.

Capacità di applicare le conoscenze:
Lo studente dovrebbe acquisire la capacità di interpretare e definire meccanismi di reazione che stanno alla base dei processi biologici, in modo da applicare successivamente queste conoscenze  all’interno di altri corsi, in particolare quelli che trattano di chimica biologica e biologia molecolare. 

Competenze trasversali:
La soluzione dei problemi proposti, con procedura singola e di gruppo, contribuisce a migliorare nello studente sia l’intuizione che la capacità comunicativa che deriva anche dal lavoro in gruppo  e la capacità di apprendimento.

Programma

Contenuti (lezioni frontali, 8 CFU, 64 ore):
1.Introduzione alla struttura delle molecole organiche e ai tipi di legami.Orbitali atomici e configurazione elettronica. I legami chimici. Come disegnare una struttura organica. Gruppi funzionali e nomenclatura dei composti organici. Teoria del legame di valenza.
2.Teoria dell’orbitale molecolare. Concetto di mesomeria. Interazioni non covalenti. Relazione fra le interazioni non covalenti e le proprietà fisiche dei composti organici.
3.Equilibri conformazionali e stereochimica statica. Conformazioni di composti a catena lineare. Conformazioni di molecole organiche cicliche: cicloesano e glucosio. Configurazioni e stereoisomeria: chiralità e  centri di chiralità. Composti con un solo centro di chiralità:gli enantiomeri. Composti con più centri di chiralità: i diastereomeri. Stereochimica e reattività. Prochiralità nei sistemi biologici.
4.Introduzione ai meccanismi di reazione. La termodinamica e la cinetica delle reazioni organiche. Diagrammi di energia e coordinata di reazione. Definizione del concetto di elettrofilo e nucleofilo in rapporto alla definizione di acido e base secondo Lewis.
5.I processi acido-base. Effetti strutturali sulla acidità e sulla basicità. Effetto mesomerico. Effetto iperconiugativo. Effetto induttivo. Acidità dei fenoli e basicità di gruppi che contengono azoto. La mesomeria nella piridina, nel pirrolo e nell’imidazolo. Acidi al carbonio e anioni enolato.
6.La sostituzione nucleofila al carbonio sp3. Sostituzione nucleofila associativa: SN2. Sostituzione nucleofila dissociativa: SN1. Effetti sterici e mesomerici sulla nucleofilicità. Effetti sterici e mesomerici sulla elettrofilicità. Gruppi uscenti e loro caratteristiche. Previsione di un meccanismo SN1 o SN2 a partire dalle caratteristiche strutturali. Sostituzione nucleofila negli epossidi. Un esempio dalla biochimica: metilazione attraverso la SAM (S-adenosilmetionina).
7.Le reazioni di eliminazione e la formazione di doppi legami. Meccanismi E1 ed E2. Effetti sterici ed effetti termodinamici nella formazione dei doppi legami.
8.I sistemi π come basi e come nucleofili. Il processo di addizione elettrofila.Cationi intermedi di reazione e shift 1,2. Stabilizzazione dei cationi intermedi per effetto mesomerico o iperconiugativo. Regioselettività e stereochimica del processo di addizione. Facce enantiotopiche e diastereotopiche re ed si di intermedi cationici. Controllo cinetico e/o termodinamico nelle addizioni a dieni. Cationi intermedi nelle reazioni di isomerizzazione. Cationi intermedi nelle reazioni di alchilazione di sistemi aromatici.
9.Trasferimento di gruppi fosfato. Scissione di esteri fosfato. Processi inter e intramolecolari. Chimica di molecole significative in sistemi biologici: ATP, PEP, DHP, G6P e F6P.
10.Addizione di nucleofili al carbonio carbonilico. Tautomeria cheto-enolica. Effetti sterici ed elettronici nel processo di addizione. La reazione di addizione è un processo all’equilibrio. Tipi di nucleofili. Nucleofili all’idrogeno, nucleofili all’azoto, nucleofili all’ossigeno. Stereoselettività del processo di addizione. Addizione intramolecolare nel glucosio e formazione di anomeri. Nucleofili al carbonio: lo ione cianuro e gli anioni enolato. Formazione di anioni enolato sotto controllo cinetico e/o termodinamico. La reazione aldolica, la reazione retroaldolica e la condensazione aldolica. Il meccanismo di eliminazione E1cB.
11.Addizione di nucleofili al carbonio carbonilico con eliminazione. Nucleofili all’idrogeno, nucleofili all’azoto, nucleofili all’ossigeno. Nucleofili al carbonio e formazione di composti β-dicarbonilici. Il β-chetoacil-SCoA e sua reattività. Reattività dei tioesteri.
12.Addizione di nucleofili a sistemi α,β-insaturi. Processi sotto controllo cinetico e/o termodinamico. Conversione del fumarato in (S)-malato.
13. Le reazioni redox della chimica organica.

Modalità di svolgimento dell'esame

Metodi di valutazione dell’apprendimento:
L’esame consiste in un compito scritto e successiva prova orale con commento dei risultati della prova scritta e discussione di una o più slides presentate a lezione. Nel compito sono previsti sei problemi concernenti meccanismi di reazione. Ad ogni risposta viene attribuito un punteggio compreso tra zero e cinque. Il superamento dello scritto è vincolato all’acquisizione di un punteggio non inferiore alla metà dei punti acquisibili. L’esame si intende superato quando dopo la prova orale il voto finale è maggiore o uguale a 18.

Criteri di valutazione dell’apprendimento:
Nella prova scritta lo studente dovrà dimostrare di conoscere i principali meccanismi di reazione della chimica organica nonché di aver acquisito conoscenze di base sulla reattività dei tipi più comuni di composti organici.

Criteri di misurazione dell’apprendimento:
Il voto finale è attribuito in trentesimi. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. È prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30 e lode).

Criteri di attribuzione del voto finale:
Il voto finale viene attribuito sommando alla valutazione dello scritto quella del  colloquio orale fino a un massimo di cinque punti. La lode viene attribuita quando il punteggio ottenuto dalla precedente somma superi il valore 30 e contemporaneamente lo studente abbia dimostrato piena padronanza della materia.

Testi consigliati

1. Appunti di lezione
2. Soderberg, Organic Chemistry with a Biological Emphasis, Lulu, 2016
3. Klein, Fondamenti di Chimica Organica, Pearson, 2016
4. Vollhardt & Smith, Chimica Organica, Zanichelli, 2016

Corsi di laurea

• Scienze biologiche