Syllabus del corso
Obiettivi
Approfondimento dei principali meccanismi di reazione di molecole organiche. Reattività avanzata di sistemi aromatici ed eteroaromatici. Reazioni di ciclizzazione.
Conoscenze e capacità di comprensione sviluppate
Al termine del corso lo studente conosce
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I principali strumenti teorico/pratici per affrontare lo studio meccanicistico delle reazioni in chimica organica
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La suddivisioni delle reazioni in chimica organica attraverso lo studio delle principali famiglie meccanicistiche
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L’ applicazione dei concetti appresi nel corso in un laboratorio avanzato di chimica organica.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
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Al termine del corso lo studente ha gli strumenti per affrontare lo studio delle principali reazioni organiche da un punto di vista meccanicistico, allo scopo ottenere reazioni regio e stereo selettive
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Al termine del corso lo studente è in grado di scegliere le migliori condizioni di reazioni per ottimizzare la regio e stereo selezione di una reazione
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Al termine del corso lo studente è in grado di operare in un laboratorio di chimica organica avanzata.
Autonomia di giudizio
- Al termine del corso lo studente è in grado di valutare quale sia il modello meccanicistico migliore per affrontare lo studio di una reazione organica
Abilità comunicative
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Saper descrivere il meccanismo di reazione organica utilizzando la terminologia corretta
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Saper descrivere in un quaderno di laboratorio una reazione organica effettuata in laboratorio utilizzando la terminologia corretta e fornendo le corrette informazioni
Capacità di apprendere
Applicare le conoscenze apprese durante il corso per interpretare in modo corretto qualunque articolo di chimica organica
Contenuti sintetici
Richiami relativi alla struttura elettronica di molecole organiche. Principali specie reattive in chimica organica e loro stabilità relativa in funzione dell'effetto sostituente. nucleofili e elettrofili, carbanioni, radicali al carbonio, addizione al gruppo carbonilico. Meccanismi in chimica organica: termodinamica e cinetica, controllo termodinamico e cinetico, acidità e basicità, elettrofilia e nucleofilia, relazioni di energia libera, postulato di Hammond, catalisi generale acida e basica e catalisi specifica. Aromaticità. Sostituzione aromatica. Reazione pericicliche. Riarrangiamenti molecolari.
Elementi di chimica eteroaromatica.
Selezione di reazioni con il nome di larho impiego in sintesi organica.
Nella parte relativa al laboratorio verranno richiamate le norme di sicurezza e di comportamento da seguire in un laboratorio di chimica organica, e utilizzando le principali tecniche di sintesi analisi e purificazione di sostanze organiche verranno sintetizzati alcuni composti utilizzando protocolli sintetici multi-step
Programma esteso
Concetti meccanicistici di base: Controllo cinetico e termodinamico, Postulato di Hammond, Principio di Curtin-Hammet, Principio della reversibilità microscopica.
Teoria Perturbativa e HSAB: Applicazioni della teoria perturbativa ( ciloaddizioni secondo Diels-Alder e 1,3 dipolari ) Applicazioni della teoria HSAB
Catalisi acido base; Catalisi acida specifica, catalisi acida generale.
Sostituzione Nucleofila: i casi limite Sn1 e Sn2, meccanismi borderline, Nucleofilicità ed effetto solvente, Effetto dei gruppi uscenti sulla reattività, Riarrangiamento dei carbocationi.
Reazioni dei composti carbonilici; Idratazione ed addizione di alcoli ad aldeidi e chetoni, Addizione del carbonio nucleofilo ad aldeidi e chetoni, Idrolisi degli esteri, idrolisi delle ammidi. Reazioni di olefinazione.
Aromaticità: Il concetto di aromaticità, gli annuleni, Omoaromaticità, Sistemi ad anelli fusi, Anelli eterociclici aromatici.
Sostituzioni Aromatiche Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica, Relazioni struttura reattività, Reattività di composti policiclici ed eterociclici aromatici, Specifici meccanismi di sostituzione elettrofila aromatica.
Reazioni Pericicliche: Reazioni Elettrocicliche, Riarrangiamenti Sigmatropici, Reazioni di cicloaddizione.
elementi di chimica eteroaromatica. Eteroaromatica sistematica. Sintesi e reattività delle principali azine. Sintesi e reattività dei principlai azoli. Sistemi di e tri etero rappresentativi.
Reazioni con il nome di utilità generale in chimica organica
Nella parte riferita al laboratorio verranno presentate le norme di sicurezza e di comportamento da seguire in un laboratorio di chimica organica, le principali tecniche di analisi e purificazione di sostanze organiche (cristallizzazione, distillazione, tecniche cromatografiche, estrazione selettiva con solventi) e si condurranno reazioni di chimica organica di per la sintesi di due molecole principali ottenute a seguito di sintesi multistep.
Prerequisiti
Conoscenze della Chimica Organica a livello di laurea triennale
Modalità didattica
24 lezioni da 2 ore in presenza. Didattica erogativa.
2 lezioni di laboratorio da 2 ore in presenza. Didattica erogativa
5 attività di laboratorio da 4 ore in presenza, Didattica Interattiva
Il corso verrà erogato in lingua italiana.
Materiale didattico
F. A. Carey, R.J. Sundberg “Advanced Organic Chemistry“, Ed. Plenum Press, New York
registrazione integrale delle lezioni.
slides del corso annotate durante le lezioni
Periodo di erogazione dell'insegnamento
primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale orientata a verificare: a) conoscenza dell' approccio chimico fisico organico dei principali meccanismi di reazione b) meccanismi delle principali reazioni organiche c) strategie di sintesi di semplici molecole polifunzionali
Per la parte di laboratorio verrà valutata l'attività svolta, la compilazione del quaderno di laboratorio e lo svolgimento di due test relativi alle competenze acquisite da fare durante il corso sulla piattaforma e-learning. Il voto di laboratorio farà media con quello della parte frontale.
Schema di valutazione:
18-19: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che, nel caso della prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, con una capacità di elaborazione critica limitata;
20-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;
24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;
28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline.
Orario di ricevimento
su appuntamento, generalmente 8:30-18:00
Sustainable Development Goals
Aims
Detailed discussion of the main reaction mechanisms of organic molecules. Advanced reactivity of aromatic and heteroaromatic systems. Cyclization reactions.
Knowledge and understanding skills developed
At the end of the course the student knows
- The main theoretical / practical tools to address the mechanistic study of reactions in organic chemistry
- The subdivision of reactions in organic chemistry through the study of the main mechanistic families
- The application of the concepts learned in the course in an advanced laboratory of organic chemistry.
Knowledge and understanding skills applied
- At the end of the course the student has the tools in order to study the organic reactions from a mechanistic point of view, in order to obtain selective regio and stereo reactions
- At the end of the course the student is able to choose the best reaction conditions to optimize the regio and stereo selection of a reaction
- At the end of the course the student is able to work in an advanced organic chemistry laboratory.
Autonomy of judgment
At the end of the course the student is able to evaluate which is the best mechanistic model to develop the study of an organic reaction
Communication skills
- Knowing how to describe the organic reaction mechanism using the correct terminology
- Knowing how to describe in a laboratory notebook an organic reaction carried out in the laboratory using the correct terminology
Ability to learn
- Apply the knowledge learned during the course to correctly interpret any organic chemistry article
Contents
Review of the electronic structure of organic molecules. Main reactive species in organic chemistry and their relative stability as a function of the substituent effect. nucleophiles and electrophiles, carbanions, carbon radicals, addition to the carbonyl group. Mechanisms in organic chemistry: thermodynamics and kinetics, thermodynamic and kinetic control, acidity and basicity, electrophilia and nucleophilia, free energy relations, Hammond's postulate, general acid and basic catalysis and specific catalysis. Aromaticity. Aromatic substitution. Pericyclic reactions. Molecular rearrangements. Elements of heteroaromatic chemistry. Selection of reactions under the name of wide use in organic synthesis.
In the part relating to the laboratory, the safety and behavioral rules to be followed in an organic chemistry laboratory will be recalled, and using the main techniques of synthesis, analysis and purification of organic substances, some compounds will be synthesized using multi-step synthetic protocols
Detailed program
Basic mechanistic concepts: Kinetic and thermodynamic control, Hammond's postulate, Curtin-Hammet principle, Principle of microscopic reversibility. Perturbative theory and HSAB: Applications of perturbative theory (Diels-Alder and 1,3 dipolar cycloditions) Applications of HSAB theory Acid-base catalysis; Specific acid catalysis, general acid catalysis. Nucleophilic substitution: the Sn1 and Sn2 borderline cases, borderline mechanisms, Nucleophilicity and solvent effect, Effect of leaving groups on reactivity, Rearrangement of carbocations. Reactions of carbonyl compounds; Hydration and addition of alcohols to aldehydes and ketones, Addition of nucleophilic carbon to aldehydes and ketones, Hydrolysis of esters, hydrolysis of amides. Olefination reactions. Aromaticity: The concept of aromaticity, annulenes, homoaromaticity, Fused ring systems, aromatic heterocyclic rings.
Aromatic Substitutions Electrophilic aromatic substitution reactions, Structure-reactivity relationships, Reactivity of polycyclic and heterocyclic aromatic compounds, Specific mechanisms of electrophilic aromatic substitution. Pericyclic Reactions: Electrocyclic Reactions, Sigmatropic Rearrangements, Cycloaddition Reactions. elements of heteroaromatic chemistry. Systematic heteroaromatic. Synthesis and responsiveness of the main actions. Synthesis and reactivity of azole principles. Representative hetero-hetero systems. Reactions under the name of general utility in organic chemistry In the part referring to the laboratory, the safety and behavioral rules to be followed in an organic chemistry laboratory will be presented, the main techniques for the analysis and purification of organic substances and organic chemistry reactions will be conducted for the synthesis of two main molecules obtained as a result of multistep synthesis.
Prerequisites
Knowledge of Organic and Physical chemistry at bachelor level
Teaching form
24 two-hour lectures, in person. Delivered Didactics
2 two-hour lab lectures, in person. Delivered Didactics
5 four-hour lab activities, in person, Interactive Teaching
Teaching language will be italian.
Textbook and teaching resource
F. A. Carey, R.J. Sundberg “Advanced Organic Chemistry“, Ed. Plenum Press, New York
integral recording of the lessons
annotated slides.
Semester
1 semester
Assessment method
Oral examination aimed at verifying adequate knowledge of: a) the chemical physical basis of mechanisms in organic chemistry b) the main general mechanisms of reaction in organic chemistry c) the capability to plan the synthetic access to simple organic multifuctional molecules.
For the laboratory part, the activity carried out will be evaluated as well as the compilation of the laboratory notebook. Furthermore, two tests relating to the skills acquired to be done during the course on the e-learning platform will complete the evaluation of the laboratory course.
Evaluation Scale:
18-19: Knowledge of a limited number of topics from the course syllabus, with restricted ability in discussion and analysis, which, in the case of an oral exam, emerge only with the help and questions from the instructor; expository skills and vocabulary are not always accurate, with limited critical thinking ability.
20-23: Knowledge of some topics from the course syllabus, independent analytical skills only on purely practical and procedural issues, use of correct but not entirely precise and clear vocabulary, and an occasionally uncertain expository ability.
24-27: Knowledge of a broad range of topics covered in the course syllabus, ability to conduct argumentation and critical analysis independently, ability to apply knowledge to different contexts and connect topics to real cases, use of correct vocabulary and proficiency in disciplinary language.
28-30/30L: Comprehensive and thorough knowledge of the exam topics, independent ability to discuss and critically analyze themes, capacity for reflection and self-reflection, as well as for connecting topics to real cases and various contexts, excellent critical and independent thinking skills, full command of disciplinary vocabulary, and a structured, rigorous expository ability, with strong argumentative, reflective, and interdisciplinary connections skills.
Office hours
upon request, generally 8:30-18:00
Sustainable Development Goals
Staff
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Luca Beverina
-
Mauro Sassi
