CHIMICA ORGANICA 2 E LABORATORIO - MOD.1

L’insegnamento ricade tra le attività formative caratterizzanti del corso di laurea triennale di Chimica e Tecnologie Sostenibili, che consentono allo studente di affrontare un problema chimico nelle sue varie articolazioni e con uso coerente del linguaggio tecnico-scientifico corrente.
L'obiettivo formativo dell’insegnamento è quello di fornire conoscenze di chimica organica soprattutto nel merito degli aspetti meccanicistici e delle relazioni tra struttura e reattività dei principali gruppi funzionali delle sostanze organiche, in modo da permettere agli studenti di sviluppare competenze che consentano loro di progettare e controllare una sequenza base di sintesi organica. Il corso teorico di Chimica Organica II (modulo 1) si prefigge quindi da un lato, di completare ed integrare alcune delle nozioni fondamentali esaminate nel corso di Chimica Organica I (1^ parte), dall'altro di offrire agli studenti strumenti metodologici moderni, anche attraverso l’introduzione dei principi dell’analisi retrosintetica, per la preparazione di molecole organiche.

1. Conoscenza e comprensione
i) Conoscere le relazioni tra struttura e reattività delle principali classi di composti organici.
ii) Conoscere le basi per l’elaborazione di una sintesi organica anche attraverso le principali nozioni dell’analisi retrosintetica.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
i) Saper impiegare i concetti appresi per prevedere ed interpretare in modo logico il meccanismo di una reazione organica.
ii) Saper proporre una sequenza coerente di reazioni per risolvere un problema di sintesi organica, possibilmente riconoscendo le procedure sperimentali più dirette, economiche e/o a minor impatto ambientale.
3. Capacità di giudizio
Compatibilmente al grado di approfondimento della materia durante il corso:
i) saper valutare comparativamente l’efficacia di diverse strategie sintetiche in termini di scelta dei reagenti e delle condizioni di reazione
ii) sviluppare una preliminare capacità critica sulla pericolosità di alcune classi di composti organici per la salute dell'uomo e per l'ambiente
4. Abilità comunicative
i) Saper utilizzare la terminologia e la simbologia scientifico-tecnica appropriate per la discussione dei meccanismi di reazione e la soluzione dei problemi di sintesi.
ii) Saper interagire costruttivamente con il docente e con i compagni, formulando domande coerenti ed argomentando ipotesi alternative di meccanismi di reazione e di soluzione dei problemi sintetici
5. Capacità di apprendimento
i) Saper prendere appunti identificando in modo autonomo gli aspetti salienti del ragionamento scientifico e delle nozioni espresse a lezione

Avere raggiunto gli obiettivi formativi del corso di Chimica Organica I e Laboratorio. È necessario che lo studente conosca ed abbia familiari la struttura e le proprietà delle principali classi di sostanze organiche, tra queste i composti aromatici, gli acidi carbossilici ed i loro derivati (alogenuri, anidridi, esteri ed ammidi), gli alcoli e gli eteri, gli alcheni, gli alogenuri alchilici, i composti carbonilici e le ammine, ed è raccomandata una certa conoscenza della nomenclatura, almeno per famiglie generali di appartenenza, di tali derivati. È quindi consigliato che lo studente abbia superato l’esame di Chimica Organica I e Laboratorio.

Contenuti
- Introduzione.
Descrizione programma, modalità d’esame e bibliografia.
- Reattività dei composti aromatici.
Sostituzioni elettrofile aromatiche: alogenazioni, nitrazioni, solfonazioni, alchilazioni ed acilazioni di Friedel-Crafts. Confronto struttura/reattività. Alogenazione ed ossidazione di catene laterali di alchilbenzeni. Riduzione di derivati aromatici. Sostituzione Nucleofila aromatica. Analisi retrosintetica.
- Acidi carbossilici e loro derivati.
Acidi carbossilici e derivati: ordine di reattività di alogenuri, anidridi, esteri, ed ammidi. Sostituzione nucleofila acilica con acqua, alcoli e ammine. Riduzioni di acidi e derivati con idruri salini. Analisi retrosintetica.
- Chimica del carbonile
Riduzione ed ossidazione del carbonile con idruri salini, acido cromico, e reagente di Tollens. Addizione nucleofila di composti organometallici: reazione di Grignard, con organolitio, ed acetiluri di Na. Analisi retrosintetica. Protezione via silil eteri. Carbonili alfa, beta-instauri: addizioni nucleofile 1,2 e 1,4.
- Aldeidi e Chetoni
Sintesi via idroborazione ossidativa ed acido-catalizzata con HgSO4. Addizione nucleofila ad aldeidi e chetoni: i) reazione di Wittig; ii) formazione di immine ed enammine, idrati e di acetali. Uso di acetali come gruppi protettori.
- Reazioni di sostituzione in alfa dei composti carbonilici
L’acidità in alfa dei composti carbonilici. L’equilibrio cheto-enolico. Generazione di enoli ed enolati: controllo cinetico e termodinamico. Alogenazioni in alfa: catalisi acida e promozione basica (reazione aloformio). Alfa-alchilazioni di enolati. La sintesi malonica ed acetacetica. Uso di enammine come analoghi di enolati. Analisi retrosintetica
- Condensazioni di composti carbonilici
Condensazione aldolica in condizioni basiche ed acide: reazione simmetrica, incrociata, ed intramolecolare. Analisi retrosintetica. Condensazione di Claisen in condizioni basiche: reazione simmetrica, incrociata, ed intramolecolare. Reazione di Michael di carbonili alfa,beta-insaturi: approfondimento sull’addizione 1,2 ed 1,4, ed analisi retrosintetica. Addizione coniugata di enammine. Anellazione di Robinson.
- Ammine
Metodi di sintesi di ammine per alchilazione, riduzione, ed amminazione riduttiva. Confronto struttura/proprietà basiche. Eliminazione di Hofmann e diazotazione.

Per lo studio e l’approfondimento della teoria:
1. Chimica Organica, Janice G. Smith, McGraw-Hill , 2007.
2. Chimica Organica, John McMurry, 7^ Edizione, Piccin, 2008.
3. Chimica Organica, W. H. Brown, C. S. Foote, B. L. Iverson, E. V. Anslyn, 4^ Edizione, EdiSES, 2010
4. Chimica Organica, K. Peter, C. Vollhardt, N.E. Schore, 4^ Edizione, Zanichelli, 2016
5. Appunti e dispense di lezione

Per lo studio e l’approfondimento degli esercizi di sintesi e retrosintesi:
1. Guida ragionata allo svolgimento di esercizi di chimica organica, M. Valeria D'Auria, O. Taglialatela Scafati, A. Zampella, Loghìa Editore, 2^ Ed., 2009.
2. Esercizi di Chimica Organica, Cacchi S., Nicotra F., CEA - Casa Editrice Ambrosiana, 2001
3. Organic Synthesis: The Disconnection Approach, 2nd Edition, S. Warren, P. Wyatt, Wiley, 2009 (Testo disponibile solo in lingua Inglese).

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova scritta ed una prova orale. Il superamento dello scritto e la consegna e valutazione positiva delle relazioni scritte inerenti la parte di laboratorio del corso di Chimica organica II, sono condizioni obbligatorie per l’accesso all’orale. A discrezione dello studente e secondo la calendarizzazione prevista dall’Ateneo, la prova orale può essere sostenuta a distanza di una settimana dallo scritto.
La prova scritta consiste in una serie di esercizi sull’intero programma svolto (vedi sezione contenuti), mirati ad accertare le abilità acquisite nel risolvere problemi di sintesi e retrosintesi organica e nel proporre meccanismi logici di reazione. Durante la prova scritta della durata di circa 2 ore non è ammesso l'uso di libri, appunti, supporti elettronici.
La prova orale consiste in una serie di domande alle quali lo studente deve rispondere dimostrando di conoscere e saper esporre gli argomenti dell’intero programma svolto (vedi sezione contenuti) con proprietà di linguaggio ed uso della simbologia scientifica in ambito chimico. La prova orale ha durata variabile da 15 a 30 minuti in ragione della chiarezza e coerenza delle risposte ai quesiti posti.
Il punteggio finale dell’esame viene valutato preponderantemente (80-85%) in base all’esito del test scritto, mentre la valutazione della prova orale e delle relazioni di laboratorio vanno ad integrare (in positivo o negativo) il voto della prova scritta.

L’insegnamento è organizzato in lezioni frontali comprensive di esercitazioni con risoluzione di problemi di sintesi e retrosintesi, e di interpretazioni meccanicistiche. Nella piattaforma “moodle” di Ateneo è presente e scaricabile il materiale didattico proiettato in aula durante le lezioni ed alcuni esercizi modello per la preparazione dell’esame scritto.

Italiano

scritto e orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Cambiamento climatico e energia" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile