Il corso mira a sviluppare una mentalità critica e scientifica promuovendo l’uso razionale delle capacità mnemoniche e l’abilità di applicare le conoscenze teoriche alla risoluzione dei problemi.

Questo approccio va oltre la semplice “ripetizione mnemonica” di concetti puntando a una sintesi tra operatività mentale e realizzazione pratica: dalla progettazione di un esperimento e controllo razionale delle fasi, alla valutazione dei risultati e all’esecuzione pratica, anche in contesti virtuali.

Al termine del corso, l’allievo sarà in grado di:

D1  Conoscenza e Capacità di Comprensione

Il descrittore di primo ciclo richiede di dimostrare conoscenze e capacità di comprensione in un campo di studi di livello post-secondario, anche relativamente ad alcuni temi d’avanguardia, con il supporto di libri di testo avanzati. L’insegnamento vi concorre fornendo il quadro sistematico della struttura, della stereochimica e della reattività delle principali classi di composti organici, compresi gli eterocicli aromatici.

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

• Identificare e classificare le molecole organiche in base ai gruppi funzionali e alle caratteristiche stereochimiche.
• Illustrare le reazioni per la formazione dei legami carbonio-carbonio.
• Descrivere le reazioni di interconversione dei gruppi funzionali.
• Progettare sintesi a più stadi di molecole organiche.
• Spiegare i meccanismi delle reazioni organiche, con particolare attenzione alla stereochimica dei processi.
• Classificare gli eterocicli aromatici e descrivere il diverso comportamento dei sistemi elettronricchi ed elettronpoveri nei confronti degli elettrofili e dei nucleofili.

Verbi d’azione di riferimento: definire, elencare, descrivere, identificare, illustrare, riassumere, spiegare, riconoscere, classificare.

Modalità di verifica correlata: prova orale: esposizione dettagliata di uno o più argomenti del programma, con richiesta di scrivere alla lavagna i meccanismi pertinenti. Indicatore I1 della rubrica.

 

D2  Capacità di Applicare Conoscenza e Comprensione

Il descrittore di primo ciclo richiede di applicare le proprie conoscenze e capacità di comprensione in maniera da dimostrare un approccio professionale al proprio lavoro, con competenze adeguate sia per ideare e sostenere argomentazioni, sia per risolvere problemi nel proprio campo di studi. L’insegnamento vi concorre attraverso le esercitazioni in aula, dedicate alla previsione dell’esito delle reazioni e alla costruzione di semplici sequenze sintetiche.

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

• Attribuire nomi IUPAC e stereochimica a molecole organiche polifunzionali.
• Identificare le reazioni di formazione di legami carbonio-carbonio e di interconversione dei gruppi funzionali in un contesto di esercitazione o esame per progettare passaggi sintetici.
• In un contesto di esercitazione o esame, individuare le reazioni di formazione di legami carbonio-carbonio e di interconversione dei gruppi funzionali responsabili delle modifiche alla struttura molecolare.
• Progettare sintesi multistadio di molecole organiche in un contesto di esercitazione o esame.
• Prevedere il prodotto principale e la stereochimica di una reazione su substrati analoghi a quelli discussi a lezione, argomentando sulla base del meccanismo.

Verbi d’azione di riferimento: applicare, calcolare, risolvere, dimostrare, progettare, utilizzare, eseguire, prevedere.

Modalità di verifica correlata: prova orale: risoluzione di un problema applicativo alla lavagna (previsione dei prodotti, analisi retrosintetica di una piccola molecola) con esplicitazione del procedimento. Indicatore I2 della rubrica.

 

D3  Autonomia di Giudizio

Il descrittore di primo ciclo richiede di raccogliere e interpretare i dati ritenuti utili a determinare giudizi autonomi, inclusa la riflessione su temi sociali, scientifici o etici a essi connessi. Le attività che concorrono al suo sviluppo sono le esercitazioni in aula e la discussione guidata di casi, con particolare attenzione alle implicazioni tossicologiche e ambientali coerenti con il curriculum.

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

• Prevedere le proprietà chimico-fisiche di una molecola organica sulla base della sua struttura e dei gruppi funzionali.
• Prevedere la reattività chimica di una molecola organica sulla base della sua struttura e dei gruppi funzionali.
• Confrontare vie sintetiche alternative per uno stesso bersaglio e valutarne i vantaggi e i limiti.
• Interpretare, sulla base della struttura, il comportamento di un composto organico in termini di stabilità, solubilità e ionizzazione ai diversi valori di pH, traendone indicazioni utili in ambito tossicologico e ambientale.

Verbi d’azione di riferimento: analizzare, valutare, confrontare, criticare, interpretare, giustificare, distinguere, stimare.

Modalità di verifica correlata: prova orale: discussione comparativa di vie sintetiche alternative e di comportamenti reattivi, con richiesta di giustificare le scelte compiute. Indicatore I3 della rubrica.

 

D4  Abilità Comunicative

Il descrittore di primo ciclo richiede di comunicare informazioni, idee, problemi e soluzioni a interlocutori specialisti e non specialisti. Le attività dedicate sono la discussione in aula e la risoluzione di esercizi alla lavagna con esposizione del procedimento seguito.

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

• Comunicare in modo efficace con il docente e con esperti del settore utilizzando una terminologia tecnico-scientifica adeguata.
• Discutere in maniera competente sulle tecniche sintetiche apprese durante un esame orale.
• Rappresentare correttamente strutture, meccanismi e stereochimica mediante il formalismo proprio della disciplina (frecce curve, proiezioni, descrittori stereochimici).

Verbi d’azione di riferimento: comunicare, presentare, argomentare, esporre, scrivere, illustrare oralmente.

Modalità di verifica correlata: prova orale: organizzazione autonoma dell’esposizione, proprietà del linguaggio tecnico e correttezza del formalismo grafico impiegato alla lavagna. Indicatore I4 della rubrica.

 

D5  Capacità di Apprendimento

Il descrittore di primo ciclo richiede lo sviluppo delle capacità di apprendimento necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia. Le attività dedicate sono i test formativi di autovalutazione al termine di ciascuna unità didattica e le domande di trasferimento a casi non trattati a lezione.

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

• Reperire e apprendere nuove informazioni rispetto a quelle fornite durante l’attività formativa, necessarie per spiegare le interazioni intermolecolari alla base dell’attività biologica di una molecola organica di cui sia nota la struttura chimica.
• Consultare autonomamente i testi di riferimento e le risorse didattiche indicate per approfondire argomenti collegati a quelli svolti a lezione.

Verbi d’azione di riferimento: approfondire, reperire (fonti), gestire l’apprendimento, ricercare, aggiornare, studiare in modo autonomo.

Modalità di verifica correlata: prova orale: domande che richiedono il trasferimento dei principi a casi non discussi a lezione e la dichiarazione delle fonti consultate; test formativi di autovalutazione durante il corso. Indicatore I5 della rubrica.

Le attività del corso sono costituite da lezioni frontali ed esercitazioni in aula. A queste si aggiungeranno alcuni "studi di casi" inerenti molecole di interesse chimico-farmaceutico. Allo studente è richiesto di partecipare attivamente alla discussione sugli argomenti esposti ed in particolare agli studi di casi.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

La verifica dell'apprendimento può essere svolta anche on line, qualora le condizioni lo richiedano.

Le conoscenze di seguito elencate sono graduate, secondo quanto richiesto dalle Linee guida di Ateneo, in indispensabili, importanti e utili. Esse sono formulate in termini di contenuti e non di insegnamenti specifici del Corso di Studio, così da consentire anche a studenti provenienti da altre sedi, italiane o straniere, di valutare autonomamente la propria preparazione di partenza.

Livello	Conoscenze e abilità attese in ingresso
Indispensabili	Conoscenze di base di chimica generale: struttura atomica e configurazione elettronica; legame chimico e geometria molecolare; elettronegatività e polarità; teorie acido-base di Brønsted-Lowry e di Lewis; concetto di pH e di pKa; equilibrio chimico; mole e calcolo stechiometrico.
Importanti	Conoscenze di base di matematica: funzioni elementari, logaritmi ed esponenziali, equazioni e disequazioni. Conoscenze di base di fisica: energia e lavoro, interazioni elettrostatiche, principi della termodinamica e concetto di velocità di un processo.
Utili	Capacità di lettura di testi scientifici in lingua inglese; familiarità con l’uso di software per il disegno di strutture chimiche.

 

Metodo di Studio

È considerata importante la padronanza di un metodo di studio adeguato a una disciplina a forte componente applicativa, nella quale l’apprendimento mnemonico deve essere subordinato alla comprensione dei principi e alla capacità di trasferirli a situazioni nuove. Si segnalano le seguenti risorse:

·         Lo studente strategico

·         ME.TO.DO.

·         Il lavoro a casa

 

Propedeuticità

·         Come previsto dal Regolamento didattico del Corso di Studio, il sostenimento dell’esame è subordinato al superamento dell’esame di Chimica Generale e Inorganica

 

Frequenza obbligatoria secondo le norme del regolamento didattico del CdS in CTF come riportato nel seguente link.

Il corso è articolato in 5 moduli didattici, e comporta 9 CFU, corrispondenti a un impegno complessivo dello studente di 225 ore. Di questi, 7 CFU sono dedicati alle lezioni frontali e 2 CFU alle esercitazioni in aula, che si svolgono al termine del quinto modulo.

Per facilitare l’apprendimento, il programma del corso segue l’indice generale del testo “Chimica Organica” di Bruice, integrato dove necessario con argomenti pertinenti al Corso di Laurea. Parte delle reazioni dei composti eterociclici aromatici è trattata sul capitolo 18 del testo “Chimica Organica” a cura di Botta.

MODULO 1. Introduzione allo studio della chimica organica

1. Elementi di chimica generale: struttura elettronica e legame

Formazione dei legami singoli nei composti organici – Formazione del doppio legame: i legami dell’etene – Formazione del triplo legame: i legami dell’etino – I legami del catione metile, del radicale metile e dell’anione metile – Ibridazione e geometria molecolare – Riepilogo: ibridazione, lunghezza di legame, forza di legame e angoli di legame – Momenti dipolari delle molecole.

ØParagrafi: 1.7–1.10 e 1.14–1.16

2. Acidi e basi: concetti fondamentali nella chimica organica

Acidi e basi organici – Come prevedere l’esito di una reazione acido-base – Come determinare la posizione di un equilibrio – Influenza della struttura di un acido sul suo valore di pK – Influenza dei sostituenti sulla forza di un acido – Introduzione agli elettroni delocalizzati – Riepilogo dei fattori che determinano la forza di un acido – Influenza del pH sulla struttura di un composto organico.

Ø Paragrafi: 2.3–2.10

3. Introduzione ai composti organici: nomenclatura, proprietà fisiche e struttura

I gruppi alchilici – Nomenclatura degli alcani – Nomenclatura dei cicloalcani – Nomenclatura degli alogenuri alchilici – Nomenclatura degli eteri – Nomenclatura degli alcoli – Nomenclatura delle ammine – La struttura di alogenuri alchilici, alcoli, eteri e ammine – Le interazioni non covalenti – Solubilità dei composti organici – Rotazione intorno al legame singolo carbonio-carbonio – Cicloalcani e tensione d’anello – Conformeri del cicloesano – Conformeri dei cicloesani monosostituiti – Conformeri dei cicloesani disostituiti – Cicloesani condensati.

Ø Paragrafi: 3.1–3.16

 

MODULO 2. Reazioni di addizione elettrofila, stereochimica e delocalizzazione elettronica

4. Isomeri: la disposizione degli atomi nello spazio

Isomeri cis-trans – Nomenclatura E,Z degli isomeri di un alchene – Chiralità – Un centro asimmetrico genera chiralità in una molecola – Isomeri con un centro asimmetrico – Centri asimmetrici e stereocentri – Rappresentazione degli enantiomeri – Denominazione degli enantiomeri con i descrittori R,S – Attività ottica dei composti chirali – Misura della rotazione specifica – Eccesso enantiomerico – Composti contenenti più di un centro asimmetrico – Stereoisomeri di composti ciclici – Composti meso – Nomenclatura dei composti contenenti più di un centro asimmetrico – Azoto e fosforo possono essere centri asimmetrici – Recettori – La separazione degli enantiomeri.

Ø Paragrafi: 4.1–4.18

5. Alcheni: Struttura, nomenclatura e introduzione alla reattività • Termodinamica e cinetica

Formule molecolari e grado di insaturazione – Nomenclatura degli alcheni – Struttura degli alcheni – Reattività dei composti organici e gruppi funzionali – Reattività degli alcheni • Uso delle frecce curve – Termodinamica: quanto prodotto si forma? – Aumentare la quantità di prodotto in una reazione – Calcolare i valori di ∆H – Usare i valori di ∆H per determinare le stabilità relative degli alcheni – Cinetica: quanto velocemente si formano i prodotti? – Velocità di una reazione chimica – Diagramma dell’energia libera in funzione della coordinata di reazione – Catalisi.

Ø Paragrafi: 5.1–5.13

6. Le reazioni degli alcheni • La stereochimica delle reazioni di addizione

Addizione di acido alogenidrico agli alcheni – Stabilità dei carbocationi – Struttura dello stato di transizione – Regioselettività delle reazioni di addizione elettrofila – Addizione di acqua agli alcheni – Addizione di alcol agli alcheni – Trasposizione dei carbocationi – Addizione di borano agli alcheni: idroborazione-ossidazione – Addizione di alogeni agli alcheni – Addizione di un perossiacido agli alcheni (Reazione di Prilezhaev) – Addizione di ozono agli alcheni: l’ozonolisi riduttiva – Reazioni regioselettive, stereoselettive e stereospecifiche – Stereochimica delle reazioni di addizione elettrofila – Alcheni ciclici.

Ø  Paragrafi: 6.1–6.13

7. Le reazioni degli alchini • Introduzione alle sintesi multistadio

Nomenclatura degli alchini – Nomenclatura dei composti che contengono più di un gruppo funzionale – Struttura degli alchini – Proprietà fisiche degli idrocarburi insaturi – Reattività degli alchini – Addizione di acidi alogenidrici e di alogeni agli alchini – Addizione di acqua agli alchini – Idroborazione-ossidazione degli alchini – Addizione di idrogeno agli alchini – Acidità di un idrogeno legato a un carbonio sp – Uso degli ioni acetiluro nella sintesi organica – Strategia Sintetica I: Introduzione alla sintesi multistadio.

Ø Paragrafi: 7.1–7.12

8. Delocalizzazione elettronica e suo effetto su stabilità, pK_a e prodotti di una reazione • Aromaticità, effetti elettronici e introduzione alle reazioni del benzene

Gli elettroni delocalizzati spiegano la struttura del benzene – I legami nel benzene – Strutture limite di risonanza e ibrido di risonanza – Come disegnare le strutture limite di risonanza – Predire la stabilità delle strutture limite di risonanza – Energia di risonanza – La delocalizzazione elettronica aumenta la stabilità – Stabilità secondo la teoria degli orbitali molecolari – Effetto della delocalizzazione elettronica sul pK_a – Effetti elettronici – La delocalizzazione elettronica può influenzare il prodotto di una reazione – Reazioni dei dieni – Controllo termodinamico e controllo cinetico – Il benzene è un composto aromatico – I due criteri per l’aromaticità – Applicazione dei criteri dell’aromaticità – Aromaticità secondo la teoria degli orbitali molecolari – Composti eterociclici aromatici – Reattività del benzene.

Ø  Paragrafi: 8.1–8.13 e 8.16–8.21

 

MODULO 3. Reazioni di sostituzione e di eliminazione

9. Reazioni di sostituzione e di eliminazione degli alogenuri alchilici

La reazione S_N2 – Fattori che influenzano le reazioni S_N2 – La reazione S_N1 – Fattori che influenzano le reazioni S_N1 – Competizione fra reazioni S_N2 e S_N1 – Reazioni di eliminazione degli alogenuri alchilici – La reazione E2 – La reazione E1 – Competizione fra reazioni E1 ed E2 – La stereoselettività delle reazioni E2 ed E1 – Eliminazione da cicloesani sostituiti – Prevedere i prodotti di reazione di un alogenuro alchilico con un nucleofilo/base – Alogenuri benzilici, allilici, vinilici e arilici – Effetti del solvente – Le reazioni di sostituzione ed eliminazione nella sintesi organica – Competizione tra reazioni intermolecolari e reazioni intramolecolari – Strategia Sintetica II: Come affrontare il problema.

Ø  Paragrafi: 9.1–9.17

10. Reazioni di alcoli, eteri, epossidi, ammine e composti contenenti zolfo

Reazioni di sostituzione nucleofila degli alcoli: formazione di alogenuri alchilici – Il saggio di Lucas – Altri metodi usati per convertire gli alcoli in alogenuri alchilici – Conversione di un alcol in un  estere solfonico – Reazione di eliminazione degli alcoli: disidratazione – Ossidazione degli alcoli – Reazioni di sostituzione nucleofila degli eteri – Reazioni di sostituzione nucleofila degli epossidi – Eteri corona: un altro esempio di riconoscimento molecolare – Gli eteri corona possono essere utilizzati per catalizzare le reazioni S_N2 – Le ammine non subiscono reazioni di sostituzione nucleofila o di eliminazione – Gli idrossidi di ammonio quaternario subiscono reazioni di eliminazione – Tioli, solfuri e ioni solfonio.

Ø Paragrafi: 10.1–10.11

11. Composti organometallici del litio, magnesio e rame

Composti organolitio e organomagnesio – Transmetallazione – Organocuprati.

Ø  Paragrafi: 11.1–11.3

12. I radicali

Reattività degli alcani – Il gas naturale e il petrolio – I combustibili fossili: una fonte di energia problematica – Clorurazione e bromurazione degli alcani – Stabilità dei radicali – La distribuzione dei prodotti dipende dalla probabilità e dalla reattività – Il principio di reattività-selettività – Formazione di perossidi esplosivi – Addizione dei radicali agli alcheni – Stereochimica delle reazioni radicaliche di sostituzione e addizione – Sostituzione radicalica degli idrogeni allilici e benzilici – Il ciclopropano – Strategia Sintetica III: Esempi di sintesi a più stadi.

Ø Paragrafi: 12.1–12.10

 

MODULO 4. Composti carbonilici

15. Reazioni degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici

Nomenclatura degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici – Struttura degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici – Proprietà fisiche dei composti carbonilici – Come reagiscono gli acidi carbossilici e i derivati degli acidi carbossilici – Le reattività relative degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici – Reazioni degli alogenuri acilici – Reazioni degli esteri – Idrolisi e transesterificazione degli esteri catalizzate da acidi – Idrolisi degli esteri favorita dallo ione idrossido – Reazioni degli acidi carbossilici – Reazioni delle ammidi – Idrolisi e alcolisi delle ammidi catalizzata da acidi – Idrolisi promossa da ioni idrossido delle ammidi – Idrolisi di un’immide: la sintesi di Gabriel delle ammine primarie – Nitrili – Anidridi degli acidi carbossilici – Acidi dicarbossilici – Attivazione chimica degli acidi carbossilici – Tioesteri.

Ø  Paragrafi: 15.1–15.18

16. Le reazioni di aldeidi e chetoni • Ulteriori reazioni dei derivati degli acidi carbossilici

Nomenclatura delle aldeidi e dei chetoni – Reattività relative dei composti carbonilici – Reattività di aldeidi e chetoni – Reazioni dei composti carbonilici con i nucleofili al carbonio – Reazioni dei composti carbonilici con lo ione idruro – Approfondimento sulle reazioni di riduzione – Reazioni chemoselettive – Reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili all’azoto – Reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili all’ossigeno – Gruppi protettori – Reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili allo zolfo – Reazioni di aldeidi e chetoni con un perossiacido – Reazione di Wittig – Strategia Sintetica IV: Disconnessioni, sintoni ed equivalenti sintetici – Addizione nucleofila ad aldeidi e chetoni α,β-insaturi – Addizione nucleofila ai derivati degli acidi carbossilici α,β-insaturi.

Ø  Paragrafi: 16.1–16.16

17. Le reazioni al carbonio  α

Acidità dell’idrogeno  α – Tautomeri cheto-enolici – Interconversione cheto-enolica – Alogenazione del carbonio α di aldeidi e chetoni – Alogenazione del carbonio α degli acidi carbossilici – Formazione di uno ione enolato – Alchilazione del carbonio  α – Alchilazione e acilazione del carbonio  α tramite un intermedio enamminico – Alchilazione del carbonio  β – Un’addizione aldolica forma una  β-idrossialdeide o un  β-idrossichetone – La disidratazione di un prodotto di addizione aldolica forma aldeidi e chetoni  α, β-insaturi – Addizione aldolica incrociata – Condensazione di Claisen: formazione di  β-chetoesteri – Altre condensazioni incrociate – Reazioni di condensazione e di addizione aldolica intramolecolare – L’anellazione di Robinson – Decarbossilazione di  β-chetoacidi – Sintesi malonica – Sintesi acetacetica – Strategia Sintetica V: Formazione di nuovi legami carbonio-carbonio.

Ø  Paragrafi: 17.1–17.20

 

MODULO 5. I composti aromatici

18. Reazioni del benzene e dei benzeni sostituiti

Nomenclatura dei benzeni monosostituiti – Meccanismo generale delle reazioni di sostituzione elettrofila aromatica – Alogenazione del benzene – Nitrazione del benzene – Solfonazione del benzene – Acilazione di Friedel-Crafts del benzene – Reazione di Gattermann-Koch – Alchilazione di Friedel-Crafts del benzene – Alchilazione del benzene mediante acilazione-riduzione: idrogenazione e riduzione di Wolff-Kishner – Uso delle reazioni di accoppiamento nell’alchilazione del benzene – Trasformazioni chimiche dei sostituenti sull’anello benzenico – Nomenclatura dei benzeni disostituiti e polisostituiti – Effetto dei sostituenti sulla reattività – Effetto dei sostituenti sull’orientamento – Il rapporto orto-para – Ulteriori considerazioni sugli effetti dei sostituenti – Strategia Sintetica VI: Sintesi dei benzeni mono e disostituiti – Sintesi dei benzeni trisostituiti – Uso dei sali di diazonio per la sintesi di benzeni sostituiti – Azobenzeni – Meccanismo della formazione di uno ione diazonio – Sostituzione nucleofila aromatica – Strategia Sintetica VII: Sintesi di composti ciclici.

Ø  Paragrafi: 18.1–18.8 e 18.10–18.22

19. Reazioni delle ammine

Nomenclatura – Proprietà acido-base delle ammine – Reattività delle ammine come basi e come nucleofili – Sintesi di ammine.

Ø  Paragrafi: 19.1–19.4

 

18/19. Eterocicli Aromatici

Classificazione degli eterocicli aromatici – Eteroaromaticità – Sostituzione elettrofila: aspetti generali – Sistemi elettronricchi: eterocicli pentatomici contenenti un solo eteroatomo – Preparazione: Sintesi di Paal-Knorr del furano, del pirrolo e del tiofene – Sintesi di Knorr del pirrolo – Sintesi di Feist-Benary del furano e sintesi di Hantzsch del pirrolo – Reattività: Reazioni acido-base, di sostituzione elettrofila, di addizione, di ossidazione e di riduzione – Sistemi elettronricchi: eterocicli pentatomici benzocondensati contenenti un solo eteroatomo – Preparazione: Sintesi di Fischer dell’indolo – Reattività: Reazioni acido-base, di sostituzione elettrofila, di ossidazione e di riduzione – Sistemi elettronpoveri: eterocicli esatomici contenenti un solo eteroatomo – Preparazione: Sintesi di Hantzsch della piridina – Reattività: Reazioni acido-base, Reazioni dell’azoto con gli elettrofili, Reazioni di sostituzione elettrofila, di sostituzione nucleofila, di ossidazione e di riduzione – Piridina N-ossido e sostituzione elettrofila – Sistemi elettronpoveri: eterocicli esatomici benzocondensati contenenti un solo eteroatomo neutro – Preparazione: Sintesi di Skraup della chinolina, Sintesi di Bischler-Napieralski dell’isochinolina – Reattività: Reazioni principali.

Ø  Paragrafi: 19.5 e 19.6; Botta 18.1–18.6

Il materiale didattico sarà disponibile in anticipo sulla piattaforma Moodle.

1. Chimica Organica – P. Y. Bruice – 3ª Ed. EdiSES (include un kit di modelli molecolari).
2. Chimica Organica – a cura di B. Botta, AA. VV. – 2ª Ed. Edi-Ermes.

Per superare il modulo lo studente deve sostenere una prova orale. La scelta del colloquio quale unica modalità di verifica è coerente con il profilo dei risultati di apprendimento attesi: tre dei cinque descrittori – autonomia di giudizio, abilità comunicative e capacità di apprendimento – non sono accertabili mediante una prova strutturata, mentre la conoscenza dei contenuti e la capacità di applicarli sono verificate nel colloquio attraverso la richiesta di scrivere meccanismi e di risolvere problemi alla lavagna.

La prova orale consiste in una discussione, della durata di circa 30–45 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunti dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma. La prova orale consente inoltre di verificare la capacità di comunicazione dello studente, con proprietà di linguaggio e organizzazione autonoma dell’esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorico.

Lo studente è chiamato a esporre in modo dettagliato alcuni argomenti e a svolgere le analisi retrosintetiche di piccole molecole utilizzando i diversi approcci presentati durante le lezioni. Lo studente deve dimostrare di conoscere l’approccio generale alla risoluzione di un problema sintetico e di avere la capacità di progettare una sintesi adeguata tenendo conto delle questioni stereochimiche. I principi teorici sono discussi e viene valutata la capacità di applicazione razionale a problemi pratici. È infine valutata la capacità dello studente di analizzare vie sintetiche diverse per l’ottenimento di uno stesso prodotto e lo spirito critico sviluppato grazie a una robusta acquisizione dei principi teorici trattati durante il corso.

Il colloquio è articolato, di norma, in tre blocchi, ciascuno introdotto da almeno una domanda: (a) esposizione di un argomento teorico del programma, con richiesta di scrivere alla lavagna i meccanismi pertinenti; (b) risoluzione di un problema applicativo, tipicamente la previsione dell’esito di una sequenza di reazioni o una semplice analisi retrosintetica; (c) domanda di collegamento e valutazione critica, con confronto fra approcci alternativi. Tale articolazione assicura che tutti e cinque gli indicatori della rubrica risultino effettivamente osservati.

Le domande sono distribuite in modo da coprire i cinque moduli del programma, con almeno un quesito relativo al modulo 5 (composti aromatici, ammine ed eterocicli aromatici).

La valutazione della prova orale è condotta mediante la rubrica analitica riportata nel paragrafo seguente. Alla formulazione numerica del punteggio concorrono la preparazione sull’intero programma svolto, la capacità e la chiarezza espositiva e la capacità di collegamento e di sintesi tra i vari argomenti.

 

Rubrica Analitica per l’Attribuzione del Voto della Prova Orale

La prova orale non consente, per sua natura, la determinazione aritmetica del punteggio propria di una prova strutturata a risposta multipla. Per ridurre il margine di discrezionalità e assicurare la comparabilità dei giudizi fra candidati e fra appelli, la valutazione è condotta mediante la rubrica analitica di seguito riportata, che scompone la prestazione in cinque indicatori direttamente derivati dai cinque Descrittori di Dublino e assegna a ciascuno un peso predefinito e una scala di livelli con descrittori di prestazione osservabili.

La rubrica è resa pubblica in anticipo insieme alla presente scheda ed è impiegata dalla commissione durante il colloquio; il punteggio di ciascun indicatore viene annotato sulla scheda di sintesi riportata più avanti e il totale costituisce il punteggio della prova orale, espresso in trentesimi.

 

Pesi degli indicatori

Ind.	Descrittore di Dublino	Oggetto della valutazione	Punti max
I1	D1 – Conoscenza e comprensione	Padronanza dei contenuti teorici; correttezza dei meccanismi; comprensione della relazione struttura–reattività	10
I2	D2 – Capacità di applicare conoscenza e comprensione	Previsione dei prodotti; controllo regio- e stereochimico; costruzione di semplici sequenze sintetiche	8
I3	D3 – Autonomia di giudizio	Confronto fra vie alternative; giustificazione delle scelte; interpretazione del comportamento chimico-fisico	5
I4	D4 – Abilità comunicative	Organizzazione dell’esposizione; proprietà del linguaggio tecnico; correttezza del formalismo grafico	4
I5	D5 – Capacità di apprendimento	Collegamenti fra argomenti; trasferimento dei principi a casi non trattati a lezione; consapevolezza delle fonti	3
	Totale prova orale		30

 

Indicatore I1 – Conoscenza e comprensione (massimo 10 punti)

Livello	Descrittore di prestazione	Punti
Non raggiunto	Lacune estese su parti rilevanti del programma; meccanismi errati o non riprodotti; confusione fra classi di reattività.	0–4
Base	Conosce i contenuti essenziali delle principali classi di composti; riproduce i meccanismi fondamentali con imprecisioni non determinanti.	5
Intermedio	Conoscenza corretta e ordinata della maggior parte del programma; meccanismi esposti nella corretta sequenza degli stadi.	6–7
Avanzato	Conoscenza sicura ed estesa, compresa la chimica degli eterocicli aromatici; giustifica la reattività in termini di struttura elettronica e di stabilità degli intermedi.	8–9
Eccellente	Padronanza completa e approfondita; discute eccezioni, condizioni sperimentali e limiti di validità dei modelli impiegati.	10

 

Indicatore I2 – Capacità di applicare conoscenza e comprensione (massimo 8 punti)

Livello	Descrittore di prestazione	Punti
Non raggiunto	Non individua il tipo di reazione richiesto; non imposta il problema; errori sistematici di regio- e stereochimica.	0–3
Base	Risolve problemi a uno stadio su substrati analoghi a quelli svolti a lezione; riconosce le disconnessioni più evidenti.	4
Intermedio	Imposta correttamente sequenze di due o tre stadi; controlla la regiochimica; gestisce la stereochimica nei casi tipici.	5
Avanzato	Progetta sintesi multistadio su bersagli nuovi; motiva l’ordine degli stadi; applica correttamente sintoni ed equivalenti sintetici.	6–7
Eccellente	Propone più vie sintetiche efficienti, con controllo di chemo-, regio- e stereoselettività e uso appropriato dei gruppi protettori.	8

 

Indicatore I3 – Autonomia di giudizio (massimo 5 punti)

Livello	Descrittore di prestazione	Punti
Non raggiunto	Non formula valutazioni autonome; non giustifica le scelte compiute.	0–1
Base	Esprime valutazioni essenziali se sollecitato; riconosce il criterio di scelta più immediato.	2
Intermedio	Confronta due alternative individuandone vantaggi e limiti principali.	3
Avanzato	Argomenta la scelta sulla base di resa, selettività, disponibilità dei reagenti e sicurezza.	4
Eccellente	Integra criteri di efficienza, sostenibilità e rischio; formula giudizi autonomi anche in condizioni di informazione incompleta.	5

 

Indicatore I4 – Abilità comunicative (massimo 4 punti)

Livello	Descrittore di prestazione	Punti
Non raggiunto	Esposizione disorganica; linguaggio improprio; formalismo grafico scorretto o assente.	0–1
Base	Espone in modo comprensibile; usa il lessico essenziale; rappresenta correttamente le strutture più semplici.	2
Avanzato	Esposizione ordinata e pertinente; uso corretto del linguaggio tecnico e del formalismo delle frecce curve.	3
Eccellente	Esposizione rigorosa, sintetica ed efficace; formalismo impeccabile; risponde con precisione alle richieste di chiarimento.	4

 

Indicatore I5 – Capacità di apprendimento (massimo 3 punti)

Livello	Descrittore di prestazione	Punti
Non raggiunto	Non stabilisce collegamenti; non trasferisce i principi a casi nuovi.	0
Base	Stabilisce collegamenti fra argomenti se opportunamente guidato.	1
Avanzato	Collega autonomamente argomenti di moduli diversi; affronta con metodo un caso non trattato a lezione.	2
Eccellente	Integra il programma con approfondimenti personali documentati e indica le fonti consultate.	3

 

Regole di attribuzione del punteggio

•      Il punteggio della prova orale è la somma dei punti attribuiti ai cinque indicatori ed è espresso in trentesimi; esso costituisce il voto del modulo di Chimica Organica.

•      La prova si intende superata se il punteggio complessivo è pari o superiore a 18/30 e se, contestualmente, l’indicatore I1 raggiunge almeno 5 punti e l’indicatore I2 almeno 4 punti. La compensazione fra indicatori non è ammessa al di sotto della soglia di sufficienza dei due descrittori disciplinari: una prestazione brillante sul piano espositivo non può supplire a una conoscenza insufficiente dei contenuti o all’incapacità di applicarli.

•      All’interno di un livello con intervallo di punti (per esempio 6–7) il punteggio è assegnato dalla commissione in funzione dell’ampiezza e della continuità della prestazione osservata sull’insieme delle domande poste.

•      Il colloquio comprende almeno una domanda per ciascuno dei tre blocchi descritti nel paragrafo precedente, in modo che ogni indicatore risulti effettivamente osservato; nessun indicatore può essere valutato in assenza di elementi di prova.

•      La lode può essere attribuita, con decisione unanime della commissione, quando la prova orale consegue 30/30 con livello «Eccellente» in almeno tre indicatori, fra i quali necessariamente I2 e I3.

•      La scheda di sintesi compilata è conservata agli atti dell’insegnamento e resa disponibile allo studente che ne faccia richiesta, quale riscontro formativo sui punti di forza e di debolezza della prestazione.

 

Scheda di sintesi della prova orale

La scheda seguente è compilata dalla commissione per ciascun candidato ed è messa a disposizione dello studente in sede di comunicazione dell’esito, quale riscontro formativo sulla prestazione.

Ind.	Indicatore	Punti max	Livello	Punti
I1	Conoscenza e comprensione	10
I2	Capacità di applicare conoscenza e comprensione	8
I3	Autonomia di giudizio	5
I4	Abilità comunicative	4
I5	Capacità di apprendimento	3
	Voto del modulo di Chimica Organica	30

 

Corrispondenza fra fasce di voto e livelli di prestazione

La votazione, espressa in trentesimi, corrisponde ai seguenti livelli complessivi di prestazione. La tabella costituisce la lettura sintetica del punteggio ottenuto per somma degli indicatori della rubrica.

Votazione	Conoscenza e comprensione dell’argomento	Capacità di analisi e sintesi	Utilizzo di riferimenti
Non idoneo	Significative carenze e imprecisioni	Irrilevanti, frequenti generalizzazioni	Completamente inappropriato
18–20	Molto modesto, imperfezioni evidenti	Appena sufficienti	Appena appropriato
21–23	Conoscenza poco più che sufficiente	Discreta capacità di analisi e sintesi; argomenta in modo logico e coerente	Utilizza le referenze standard
24–26	Conoscenza buona	Buone capacità di analisi e di sintesi; gli argomenti sono esposti coerentemente	Utilizza le referenze standard
27–29	Conoscenza più che buona	Notevoli capacità di analisi e di sintesi	Ha approfondito gli argomenti
30 e 30 e lode	Conoscenza ottima	Notevoli capacità di analisi e di sintesi	Significativi approfondimenti

 

Voto del modulo e voto dell’insegnamento integrato

Il voto del modulo di Chimica Organica coincide con il punteggio complessivo ottenuto applicando la rubrica ed è espresso in trentesimi. Il superamento dell’esame con il minimo dei voti richiede una conoscenza sufficiente degli argomenti trattati nelle varie parti del programma; per conseguire 30/30 e lode lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso e di essere in grado di raccordarli in modo logico e coerente.

Poiché il modulo è parte dell’insegnamento integrato «Chimica Organica – Elementi di Chimica Fisica», il voto verbalizzato è unico per l’insegnamento integrato ed è determinato dalla media dei voti conseguiti nei singoli moduli, ponderata sui rispettivi CFU e arrotondata all’intero più vicino (0,5 arrotondato per eccesso). La lode è attribuita solo su decisione unanime dei docenti dei moduli.

L’insegnamento integrato non si intende superato se il punteggio conseguito in uno dei moduli è inferiore a 18/30.

 

Prove formative in itinere

Al termine di ciascuna unità didattica è somministrato, sulla piattaforma EXam Manager – disponibile anche su dispositivi mobili –, un test a risposta multipla che consente allo studente di verificare la copertura dei contenuti appena trattati; alla chiusura del corso è reso disponibile un test riepilogativo esteso all'intero programma.

Poiché la verifica finale è esclusivamente orale, i test a risposta multipla non ne costituiscono una simulazione: essi accertano la sola memorizzazione e il riconoscimento dei contenuti. La preparazione al colloquio avviene nelle esercitazioni in aula, durante le quali gli studenti sono chiamati a esporre e a risolvere alla lavagna i problemi proposti, con restituzione immediata del docente sui contenuti, sul procedimento seguito e sulla proprietà del linguaggio tecnico: l'attività riproduce le condizioni della prova d'esame e ne costituisce l'allenamento.

Tutte le attività qui descritte hanno natura esclusivamente formativa e di autovalutazione e non concorrono in alcuna misura alla determinazione del voto finale, in conformità a quanto stabilito dalle Linee guida dipartimentali. Esse consentono allo studente di monitorare il proprio avanzamento durante il corso e al docente di calibrare gli interventi di chiarimento e di recupero.

Gli esempi seguenti sono rappresentativi, per tipologia e livello di difficoltà, dei quesiti proposti in sede di colloquio e sono organizzati per indicatore, così da rendere evidente la corrispondenza fra le domande e i risultati di apprendimento che esse accertano.

Domande di conoscenza e comprensione (indicatore D1)

1.    Descriva l’ibridazione, la lunghezza e la forza dei legami carbonio-carbonio in etano, etene ed etino e correli tali parametri all’acidità dell’idrogeno legato ai tre tipi di carbonio.

2.    Illustri i fattori strutturali che determinano la forza di un acido organico (elettronegatività, dimensione atomica, effetto induttivo, risonanza, ibridazione) e ne discuta l’effetto sul valore di pK_a, con esempi tratti dal programma.

3.    Descriva il meccanismo generale della sostituzione elettrofila aromatica e spieghi perché il benzene dà reazioni di sostituzione e non di addizione.

4.    Illustri i due criteri dell’aromaticità e li applichi a benzene, cicloottatetraene, anione ciclopentadienile, pirrolo e piridina.

5.    Classifichi gli eterocicli aromatici pentatomici ed esatomici con un solo eteroatomo e spieghi la differenza di comportamento fra sistemi elettronricchi ed elettronpoveri nei confronti degli elettrofili.

6.    Esponga il meccanismo dell’addizione nucleofila-eliminazione ai derivati degli acidi carbossilici e ordini alogenuri acilici, anidridi, esteri e ammidi per reattività decrescente, motivando l’ordine.

Quesiti applicativi e problemi (indicatore D2)

1.    Attribuisca il nome IUPAC e i descrittori stereochimici R,S ed E,Z alla molecola assegnata e ne indichi il numero massimo di stereoisomeri, giustificando l’eventuale presenza di forme meso.

2.    Preveda il prodotto, con la relativa stereochimica, della reazione fra (E)-2-butene e Br₂ in diclorometano e della reazione fra il medesimo alchene e un perossiacido seguita da idrolisi acida; giustifichi la differenza.

3.    Dato il 2-bromo-2-metilbutano, discuta la composizione della miscela di prodotti che si ottiene con etossido di sodio in etanolo a caldo e con il solo etanolo a caldo, precisando i meccanismi prevalenti.

4.    Proponga una sintesi dell’esan-2-one a partire da composti contenenti non più di quattro atomi di carbonio, utilizzando la chimica degli alchini e/o degli organometallici.

5.    Preveda il prodotto principale della nitrazione del toluene e del nitrobenzene, motivando in entrambi i casi la reattività e l’orientamento.

6.    Scriva il meccanismo della sintesi di Paal-Knorr del pirrolo e indichi come si modifica il prodotto operando in presenza di pentasolfuro di fosforo o in ambiente acquoso acido.

7.    Preveda regiochimica e stereochimica dell’apertura di un epossido in ambiente acido e in ambiente basico, motivando la differenza.

8.    Indichi come procederebbe per trasformare un acido carbossilico nella corrispondente ammide, confrontando l’attivazione con cloruro di tionile e la via dell’anidride.

Domande di analisi critica, collegamento e autonomia (indicatori D3–D5)

1.    Confronti due vie alternative per la preparazione dell’acido 2-metilbutanoico – sintesi malonica e idrolisi di un nitrile ottenuto per sostituzione nucleofila – e ne valuti vantaggi e limiti.

2.    Discuta perché l’acido acetilsalicilico si idrolizza più rapidamente in ambiente basico che in ambiente acido e quali conseguenze ciò comporta per la conservazione delle formulazioni.

3.    Illustri, sulla base della struttura e dei valori di pK_a, come prevedere lo stato di ionizzazione e la solubilità di un acido carbossilico e di un’ammina ai valori di pH gastrico e intestinale, e quali implicazioni ciò abbia per l’estrazione analitica da una matrice.

4.    Discuta la formazione di perossidi negli eteri conservati a lungo e le conseguenze pratiche in termini di sicurezza di laboratorio e di gestione dei solventi.

5.    Descriva come procederebbe per reperire, sui testi di riferimento e sulle risorse indicate, informazioni sulla reattività di un eterociclo aromatico non trattato a lezione, indicando quali criteri utilizzerebbe per valutarne l’affidabilità.