Insegnamento CHIMICA ORGANICA 2
| Nome del corso di laurea | Chimica |
|---|---|
| Codice insegnamento | 55055612 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Luigi Vaccaro |
| CFU | 12 |
| Regolamento | Coorte 2018 |
| Erogato | Erogato nel 2020/21 |
| Erogato altro regolamento | |
| Anno | 3 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa integrata |
| Suddivisione |
CHIMICA ORGANICA 2
| Codice | 55044106 |
|---|---|
| CFU | 6 |
| Docente responsabile | Luigi Vaccaro |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Discipline chimiche organiche e biochimiche |
| Settore | CHIM/06 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | Riassunto dei principali concetti di chimica organica sviluppati nel corso di Chimica Organica I Acidità dei composti organici e relazione con la loro reattività Reazioni di Trasposizione Sintesi e reattività degli eteri Reattività dei composti carbonilici Cenni sulla chimica dello zolfo, del fosforo e del silicio. Composti eterociclici Polimeri Spettroscopia in Chimica Organica Metodologie sintetiche. |
| Testi di riferimento | Peter C Vollhardt, Neil E Schore, Chimica organica Quarta edizione italiana condotta sulla settima edizione americana 2016 |
| Obiettivi formativi | Questo insegnamento completa il programma di Chimica Organica che viene impartito ai studenti del corso di laurea in Chimica. Si prefigge di completare l'aquisizione degli argomenti di base per una buona conoscenza della materia. In particolare con questo corso lo studente è introdotto alla chimica dei composti coniugati, dei composti eterocicli, e approfondisce le nozioni stereochimiche che interessano la chimica organica. |
| Prerequisiti | Chimica Organica I |
| Metodi didattici | Questo insegnamento completa il programma di Chimica Organica che viene impartito ai studenti del corso di laurea in Chimica. Si prefigge di completare l'aquisizione degli argomenti di base per una buona conoscenza della materia. In particolare con questo corso lo studente è introdotto alla chimica dei composti coniugati, delle reazioni di trasposizione, di retrosintesi, di protezione dei gruppi funzionali e approfondisce le nozioni stereochimiche che interessano la chimica organica. Il corso dovrebbe permettere allo studente di acquisire le seguenti conoscenze di base: Conoscere i principi della reattività che innesca un processo di trasposizione Conoscere i metodi fondamentali di protezione/deprotezione di un gruppo funzionale Conoscere i metodi fondamentali di impiego dei composti organici contenente Zolfo Conoscere i metodi fondamentali di impiego dei composti organici contenente Fosforo Conoscere la chimica fondamentale che permette la sintesi di Wittig e delle sue varianti basate su carbanioni di diversa natura chimica. |
| Altre informazioni | |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | La prova di profitto comprende la valutazione di relazioni scritte sulle attività di laboratorio e di una prova orale, che comporterà la formulazione di 4-5 domande nell’arco di ca 40 minuti. La prova è finalizzata all’accertamento delle capacità dello studenti e di valutare l’impatto ambientale di un processo chimico e distinguere i diversi fattori che lo influenzano. La valutazione complessiva della prova di esame terrà conto, dei seguenti aspetti: correttezza e adeguatezza delle risposte, capacità di elaborazione e connessione concettuale, padronanza e proprietà di linguaggio, secondo le seguenti rispettive percentuali: 60%, 20%, 20%. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Riassunto dei principali concetti di chimica organica sviluppati nel corso di Chimica Organica I Stereochimica, reazioni e meccanismi, reazioni di sostituzione addizione ed eliminazione, chimica dei gruppi funzionali e classi di composti organici. Acidità dei composti organici e relazione con la loro reattività Acidità degli idrogeni in alfa ad un carbonile, nitrile, nitro gruppo; tautomerismo cheto-enolico; reattività degli enoli; alfa alogenazione dei composti carbonilici. Formazione dello ione enolato e reattività, alchilazione degli ioni enolato, decarbossilazione, l'uso nella sintesi degli esteri acetoacetici e malonici, azilazione dell'enolato, razioni di condensazione dei carbonili, reazione aldolica ed analoghe, la condensazione di Claisen e reazoni collegate, la reazione di Cannizzaro. Reazioni di Trasposizione Traspozione dei carbocationi (Wagner-Meerwein, pinacolica), Trasposizone di Beckmann, di Baeyer-Villiger, Hofmann, di Curtius. Sintesi e reattività degli eteri Sintesi di Williamson degli eteri, scissione acida, eteri ciclici e eteri corona. Sintesi degli epossidi e reazoni di apertura della anello epossidico. Reattività dei composti carbonilici Sterochimica delle reazioni di addizione al gruppo carbonilico; . Conjugate addition to unsaturated carbonyl systems (Michael addition). Cenni sulla chimica dello zolfo, del fosforo e del silicio. Tioli, solfuri, solfossidi e solfoni. Struttura, nomenclatura e preparazione. Ilidi dello zolfo e del fosforo. Cenni sulle reaizioni di composti organofosforo e organosilicio. La reazione di Wittig, di Wadsworth-Emmons, olefinazione di Peterson. Composti eterociclici Pirrolo, furano, tiofene, piridina, aromaticità in composti eterociclici, attacco elettrofilo e nucleofilo, riduzione e ossidazione, proprietà aicdio/base. Polimeri Polimerizzazione radicalica e ionica di alcheni, (addition o chain growth). Polimerizzazione a condensazione (step-growth). Spettroscopia in Chimica Organica Determinazione della struttura attraverso spettroscopia e spettrometria di massa. Spettroscopia all'infrarosso (IR), frequenze caratteriostiche dei gruppi funzionali. Spettri nell'ultravioletto (UV) e nel visibile colore e coniugazione. Risonanza magnetica nucleare (NMR), equivalenza chimica, la scala delta del chemical shift, spettri lH e 13 NMR, integrazione, calcolo protoni, accoppiamenti spin-spin, la regola n+ l spettri, molteplicita negli spettri 13 NMR in "off-resonance". Spettri di massa, ioni m olecolari, massa accurata, frammentazioni. Metodologie sintetiche Approcci sistematici alla progettazione delle sintesi, impiego delle reazioni dei gruppi funzionali, per la sintesi e formazion del legame carbonio-carbonio e carbonio-eteroatomo, applicazione e rimozione dei gruppi protettivi, analisi e modifica delle sequenze sintetiche. Impiego dell0analisi retrosintetica e del "disconnection approach", sintoni e reagenti corrispondenti. |
LABORATORIO DI CHIMICA ORGANICA 2
| Codice | 55044206 |
|---|---|
| CFU | 6 |
| Docente responsabile | Stefano Santoro |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Discipline chimiche organiche e biochimiche |
| Settore | CHIM/06 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | Principi di spettroscopia infrarossa; frequenze caratteristiche dei principali gruppi funzionali. Spettroscopia NMR: basi teoriche, lo spostamento chimico, la costante d'accoppiamento, fattori influenzanti le due grandezze, spettri del primo ordine. Il laboratorio è dedicato alla sintesi, purificazione e caratterizzazione di composti organici. |
| Testi di riferimento | "Identificazione Spettrometrica di Composti Organici", R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemple, D. L. Bryce; Casa Editrice Ambrosiana (CEA), 2016. "Advanced Practical Organic Chemistry", J. Leonard, B. Lygo, G. Procter; CRC Press, 2013. |
| Obiettivi formativi | Il modulo prevede una parte di lezioni frontali e una parte pratica di laboratorio. La prima ha l'obiettivo di introdurre lo studente a due tecniche spettroscopiche: la spettroscopia infrarossa (IR) e la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare protonica (1H-NMR). La parte pratica è incentrata sulla sintesi organica e sull'utilizzo delle conoscenze spettroscopiche acquisite per verificare la struttura dei composti e degli intermedi sintetizzati durante l’attività di laboratorio. L’obiettivo principale dell’insegnamento è di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali per analizzare ed interpretare, in maniera autonoma, gli spettri infrarosso e di risonanza magnetica nucleare protonica di composti organici di semplice complessità strutturale. Alla fine del corso lo studente dovrebbe essere in grado di risalire alla struttura di un composto organico incognito sulla base dell’analisi degli spettri IR e 1H-NMR e di informazioni di tipo chimico. Le principali conoscenze acquisite saranno: - Conoscere i moti normali di vibrazione di una molecola poliatomica; - Conoscere i principali modi di vibrazione dei vari gruppi funzionali; - Conoscere le bande di stretching più significative e diagnostiche per il riconoscimento dei principali gruppi funzionali; -Conoscere i nuclei che sono in grado di dare il fenomeno della risonanza magnetica nucleare; - Conoscere il fenomeno della risonanza nucleare; - Conoscere il significato di equivalenza magnetica e chimica; - Conoscere il significato del chemical shift (d) e della costante di accoppiamento spin-spin (J); - Conoscere i fattori che influenzano il valore del chemical shift e il valore della costante di accoppiamento spin-spin; - Conoscere il significato di integrazione del segnale; - Conoscere gli accoppiamenti di spin del primo ordine e quelli di ordine superiore; - Conoscere le problematiche della progettazione di una sequenza sintetica, le procedure di elaborazione di una miscela di reazione, e i metodi di caratterizzazione dei prodotti di reazione. Le principali abilità (cioè la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: - Identificare dall’analisi di uno spettro IR la presenza dei gruppi funzionali più significativi, come il carbonile e il gruppo ossidrilico; - Essere in grado, anche con l’ausilio delle tabelle di correlazione, di individuare i moti normali di vibrazione dei gruppi funzionali presenti nella struttura di una molecola; - Riconoscere da uno spettro 1H-NMR la presenza di protoni magneticamente differenti; - Saper prevedere il chemical shift dei vari tipi di protoni presenti in una molecola; - Riconoscere i vari accoppiamenti di spin e saper distinguere un sistema di spin del primo ordine da quelli di ordine superiore; - Applicare l’insieme di conoscenze IR e NMR per determinare la struttura completa di una molecola organica di media complessità strutturale; - Essere in grado di progettare e mettere in pratica una sintesi di un composto organico. |
| Prerequisiti | Al fine della comprensione degli argomenti oggetto dell'insegnamento è necessario aver sostenuto con successo i corsi di Chimica Organica 1 e Chimica Generale ed Inorganica 1. |
| Metodi didattici | Il modulo di Laboratorio di Chimica Organica 2 presenta sia una parte di lezioni frontali che una parte di laboratorio. Il corso è organizzato nel seguente modo: - Lezioni frontali di 2 ore ciascuna, tenute in aula, aventi come oggetto i contenuti di base delle due tecniche spettroscopiche IR e 1H-NMR. Durante le lezioni vengono effettuate delle esercitazioni per l’interpretazione degli spettri infrarosso e NMR. La frequenza a queste lezioni è vivamente raccomandata. - L’attività di laboratorio, a posto singolo, è incentrata sulla preparazione di composti organici in uno o più passaggi sintetici, e successiva purificazione e caratterizzazione chimico-fisica e spettroscopica mediante le tecniche sopra citate. L’attività laboratoriale prevede 8 incontri della durata di 5 ore (14.30-19.30). In base al numero degli studenti sono generalmente necessari due turni con un numero massimo di 24 studenti per turno. La frequenza al Laboratorio è obbligatoria anche in considerazione del fatto che molte esperienze sono strettamente collegate tra di loro. Infatti, il prodotto di una reazione può essere il reagente di una seconda reazione ed alcune sintesi prevedono più passaggi sintetici, che impegnano più giorni. |
| Altre informazioni | - |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame comprende un prova scritta e una prova orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di esercizi pratici e nella risposta a domande teoriche, e durerà al massimo due ore. Il test è progettato per verificare l'abilità ad applicare correttamente le conoscenze teoriche, la comprensione dei problemi proposti e l'abilità a comunicare per iscritto. La prova orale consiste in un colloquio di circa 40 minuti finalizzato a verificare il livello di conoscenza e di comprensione raggiunti dallo studente sulle implicazioni teoriche e metodologiche menzionate nel programma. L'esame orale verificherà inoltre, la capacità dello studente di comunicare con proprietà di linguaggio e di saper organizzazione l'esposizione degli argomenti. |
| Programma esteso | Spettroscopia Infrarosso (IR). Introduzione generale. Molecola biatomica come un oscillatore armonico. Equazioni fondamentali. Comportamento anarmonico. Significato fisico della costante di forza. Assorbimento della radiazione infrarossa. Molecole poliatomiche. Gradi di libertà vibrazionali. Bande principali di stiramento e di deformazione. Bande secondarie di sovratono e di accoppiamento. L'approssimazione di gruppo. Spettro IR: aspetti pratici relativi alla modalità di registrazione e di preparazione del campione. Rassegna delle frequenze caratteristiche e diagnostiche per l'individuazione dei principali gruppi funzionali. Esame degli spettri IR di: alcani, alcheni, dieni, alchini, composti aromatici, alcoli, fenoli, eteri, chetoni, aldeidi, acidi carbossilici e derivati acilici, ammine, nitrili e nitroderivati. Studio dell'effetto induttivo e mesomerico, studio dell'effetto delle dimensioni di anello in composti ciclici, studio dell'effetto del solvente e del legame ad idrogeno inter- e intra-molecolare sulle bande di assorbimento dei vari gruppi funzionali. Esempi di interpretazione di spettri IR di molecole organiche di media complessità strutturale. Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare Protonica (1H NMR). Introduzione generale. Proprietà magnetiche dei nuclei. Principio fisico della risonanza magnetica. Cenni sulla strumentazione. Lo spostamento chimico e la costante di schermo. Studio degli effetti induttivo, anisotropico, sterico, del solvente e del legame ad idrogeno sullo spostamento chimico. Accoppiamento spin-spin. Spettri del primo ordine. Sistemi di spin del tipo: AXn , AmXn e AMX. Cenni su spettri di ordine superiore. Sistemi di spin AB, e ABX. Equivalenza chimica e magnetica. Semplificazione di spettri complessi. Uso del deuterio. La costante di accoppiamento: geminale, vicinale e a lunga distanza. Fattori che influenzano la costante di accoppiamento. Esempi di interpretazione di spettri 1H NMR di molecole organiche di media complessità strutturale. PARTE SPERIMENTALE Vengono eseguite 7-8 esperienze pratiche, riguardanti la preparazione di composti organici in uno o più passaggi sintetici e successiva purificazione e caratterizzazione chimico-fisica e spettroscopica mediante le tecniche sopra citate. |