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 e punta a una sintesi tra operatività mentale e realizzazione pratica: dalla progettazione di un esperimento e dal controllo razionale delle sue fasi, alla valutazione dei risultati e all’esecuzione pratica, anche in contesti virtuali.

I risultati di apprendimento attesi sono declinati secondo i cinque Descrittori di Dublino. Per ciascun descrittore sono indicati i verbi d’azione impiegati, tratti dalla tassonomia di Bloom, e la modalità di verifica con cui l’effettiva acquisizione viene accertata, così da rendere esplicito il legame fra obiettivi, didattica e valutazione richiesto dall’aspetto da considerare D.CDS.1.4.2 del Modello AVA 3.

D1  Conoscenza e Capacità di Comprensione

Il descrittore di secondo ciclo richiede conoscenze e capacità di comprensione che estendano e rafforzino quelle tipicamente associate al primo ciclo. L’insegnamento vi concorre fornendo l’impianto teorico della chimica dei composti del carbonio a un livello di formalizzazione meccanicistica, con particolare attenzione alla relazione fra struttura elettronica, stereochimica e reattività.

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.
• Descrivere la funzione dei gruppi protettori e i criteri di chemoselettività nella progettazione di sequenze sintetiche.

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

Modalità di verifica correlata: prova scritta strutturata a risposta multipla (quesiti di richiamo e di comprensione su nomenclatura, struttura, meccanismi e reattività) e prova orale (esposizione dettagliata di uno o più argomenti del programma). Indicatore I1 della rubrica.

D2  Capacità di Applicare Conoscenza e Comprensione

Il descrittore di secondo ciclo richiede di applicare conoscenze, capacità di comprensione e abilità di problem solving a problemi collocati in ambiti nuovi o non familiari. L’insegnamento vi concorre attraverso l’analisi retrosintetica e la progettazione di sequenze sintetiche su substrati non discussi a lezione, e attraverso la previsione ragionata dell’esito delle reazioni.

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 prodotti, regiochimica e stereochimica di una reazione non precedentemente discussa, argomentando sulla base del meccanismo.
• Scegliere e motivare la sequenza di stadi più efficiente per un bersaglio polifunzionale, tenendo conto della chemoselettività e dell’eventuale ricorso a gruppi protettori.

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

Modalità di verifica correlata: prova scritta strutturata (quesiti applicativi su previsione dei prodotti, stereochimica e sequenze sintetiche) e prova orale (analisi retrosintetiche di piccole molecole svolte alla lavagna, con discussione delle scelte compiute). Indicatore I2 della rubrica.

D3  Autonomia di Giudizio

Il descrittore di secondo ciclo richiede di integrare le conoscenze, gestire la complessità e formulare giudizi anche sulla base di informazioni limitate o incomplete, includendo la riflessione sulle responsabilità sociali, scientifiche ed etiche connesse. Le attività che concorrono al suo sviluppo sono le esercitazioni in aula e la discussione guidata di studi di caso relativi a molecole di interesse chimico-farmaceutico.

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 criticamente efficienza, selettività, praticabilità e sostenibilità.
• Valutare le implicazioni di sicurezza e tossicologiche connesse alla reattività di determinate classi di composti (perossidi, ossidi di arene, agenti alchilanti).

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

Modalità di verifica correlata: prova orale (facoltativa; necessaria per conseguire una votazione superiore a 21/30): discussione comparativa di vie sintetiche alternative e giustificazione delle scelte, anche in condizioni di informazione incompleta. Indicatore I3 della rubrica.

D4  Abilità Comunicative

Il descrittore di secondo ciclo richiede di comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità le proprie conclusioni, nonché le conoscenze e la ratio a esse sottese, a interlocutori specialisti e non specialisti. Le attività dedicate sono la discussione in aula durante gli studi di caso e la risoluzione di esercizi alla lavagna con esposizione del procedimento.

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, tradurre, illustrare oralmente.

Modalità di verifica correlata: prova orale (facoltativa; necessaria per conseguire una votazione superiore a 21/30): 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 secondo ciclo richiede lo sviluppo di capacità di apprendimento che consentano di continuare a studiare in modo auto-diretto o autonomo. Le attività dedicate sono i test formativi di autovalutazione al termine di ciascuna unità didattica, le letture di approfondimento sul testo di supporto 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.
• Reperire e valutare criticamente, mediante testi avanzati, banche dati e letteratura primaria, informazioni su reazioni e procedure non trattate 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 (facoltativa; necessaria per conseguire una votazione superiore a 21/30): 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

• Non prevista

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

L’insegnamento è articolato in 5 moduli didattici e comporta 8 CFU, corrispondenti a un impegno complessivo dello studente di 200 ore. Di questi, 7 CFU sono dedicati alle lezioni frontali e 1 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 e con approfondimenti tratti dal testo di supporto “Chimica Organica” di Clayden. Gli argomenti aggiuntivi sono evidenziati in rosso e reperibili sul testo di supporto.

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; si consiglia la lettura del Capitolo 8

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 – Sistemi Biciclici e Policiclici e loro Nomenclatura.

Ø Paragrafi: 3.1–3.16, pagina 892

 

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 chirali senza stereocentri: Atropisomeri – 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; pagina 340

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; si consiglia la lettura del Capitolo 12

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 – Ossimercuriazione-Demercuriazione – 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 ed ossidativa – Reazioni regioselettive, stereoselettive e stereospecifiche – Stereochimica delle reazioni di addizione elettrofila – Alcheni ciclici – Di-ossidrilazione sin – Scissione ossidativa.

Ø  Paragrafi: 6.1–6.13; pagine 470–472, 964 e 965; si consiglia la lettura del Capitolo 19

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 e pagine 382–389; si consiglia la lettura del Capitolo 7

 

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 – Reazione E1cb – 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; pagine 423–427, si consiglia la lettura dei Capitoli 15 e 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 – Sostituzione nucleofila intramolecolare (S_Ni) – 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 – Ossidi di arene – Benzo[a]pirene e il cancro – 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; Sostituzione nucleofila intramolecolare (S_Ni)

11. Composti organometallici del litio, magnesio e rame

Composti organolitio e organomagnesio – Transmetallazione – Organocuprati.

Ø  Paragrafi: 11.1–11.3; si consiglia la lettura del Capitolo 9

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; si consiglia la lettura del Capitolo 10

 22. La catalisi nelle reazioni organiche

La catalisi nelle reazioni organiche – La catalisi acida – La catalisi basica – La catalisi nucleofila – La catalisi con ioni metallici – Le reazioni intramolecolari – La catalisi intramolecolare.

Ø Paragrafi: 22.1–22.7

16/23. 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; Capitolo 23; si consiglia la lettura dei Capitoli 6 e 11

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; si consiglia la lettura dei Capitoli 20, 25 e 26

 

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 Gatterman-Koch – Alchilazione di Friedel-Crafts del benzene – Alchilazione del benzene mediante acilazione-riduzione: idrogenazione e riduzioni di Clemmensen e 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 – Reazioni in catena laterale – Sintesi dei fenoli – Sostituzione elettrofila aromatica dei fenoli e dei fenati – Sostituzione nucleofila aromatica – Strategia Sintetica VII: Sintesi di composti ciclici.

Ø  Paragrafi: 18.1–18.8 e 18.10–18.22; pagina 574, si consiglia la lettura del Capitolo 21; appunti di lezione

19. Reazioni delle ammine

Nomenclatura – Proprietà acido-base delle ammine – Reattività delle ammine come basi e come nucleofili – Sintesi di ammine – Trasposizione di Hofmann – Trasposizione di Curtius – Eliminazione di Cope – Sintesi di Mannich – Ammine eterocicliche di importanza biologica.

Ø  Paragrafi: 19.1–19.4, 19.7; pagine 659 e 1092, Eliminazione di Cope

Il materiale didattico distribuito dal docente sarà disponibile in anticipo (dopo l'inizio delle lezioni) sulla piattaforma Moodle.

1. Chimica Organica – P. Y. Bruice – 3ª Ed. EdiSES (include un kit di modelli molecolari).
2. Chimica Organica – J. Clayden, N. Greeves, and S. Warren – 1^a Ed. Piccin.
3. Eserciziario di Chimica organica – J. Clayden e S. Warren – 1^a Ed. Piccin.

Per superare l’esame lo studente deve sostenere una prova scritta strutturata ed eventualmente una prova orale. L’accesso alla prova orale richiede un punteggio minimo di 22 punti su 30 nella prova scritta.

Chi consegue un punteggio pari o superiore a 22 può decidere se sostenere la prova orale, oppure accettare la registrazione dell’esame con una votazione di 21/30. Per ottenere un voto superiore al 21 è necessario sostenere la prova orale; che può comportare anche un esito negativo.

La prova scritta strutturata è la sola componente obbligatoria dell’esame e accerta i due descrittori disciplinari: la conoscenza e la comprensione dei contenuti (D1) e la capacità di applicarli (D2), con una copertura ampia e uniforme dell’intero programma. La prova orale è facoltativa ed è la sede in cui vengono accertati anche i tre descrittori trasversali — autonomia di giudizio (D3), abilità comunicative (D4) e capacità di apprendimento autonomo (D5) — che una prova a risposta multipla non è in grado di rilevare.

Da questa distinzione discende il limite di 21/30 per chi rinuncia al colloquio: la fascia 18–21 attesta il conseguimento dei soli descrittori disciplinari al livello base, mentre l’accesso alle fasce superiori richiede che lo studente dimostri anche le competenze trasversali. La facoltatività della prova orale non introduce quindi una disparità nei criteri di accertamento, ma definisce in modo esplicito e reso pubblico in anticipo quali risultati di apprendimento sono attestati da ciascuna fascia di voto.

I descrittori trasversali sono comunque sviluppati e monitorati durante il corso nelle attività di didattica interattiva, con funzione formativa e non certificativa.

Tipologia di esame	Punti	Superamento esame senza orale	Voto
Prova scritta – 30 quesiti	18–21	Sì	18–21
Prova scritta – 30 quesiti	22–30	Sì, per scelta dello studente	21
Prova orale (facoltativa; accesso con punteggio ≥22)	—	—	18–30 e Lode; passibile di esito negativo

 

La prova scritta, della durata di 90 minuti, consiste in 30 quesiti a risposta multipla (5 possibili risposte, di cui una sola esatta), reperiti dalla piattaforma online Exam Manager, che coprono l’intero programma svolto. A ciascuna risposta esatta è attribuito un punto mentre per ciascuna risposta sbagliata è detratto un quarto di punto (−0,25); le risposte non date valgono zero punti. La correzione con penalizzazione delle risposte errate ha lo scopo di neutralizzare il contributo delle risposte fornite a caso e di rendere il punteggio una stima non distorta della preparazione effettiva.

I punti sono arrotondati alla cifra intera superiore a partire dal mezzo punto; l’arrotondamento non si applica per punteggi inferiori a 18. La prova scritta si considera superata con una votazione minima di 18/30.

I quesiti sono ripartiti in modo da coprire tutti e cinque i moduli del programma e sono riconducibili a due tipologie: quesiti di richiamo e comprensione, che accertano il descrittore D1 (indicatore I1), e quesiti applicativi (previsione del prodotto, riconoscimento del meccanismo, attribuzione della stereochimica, individuazione dello stadio sintetico corretto) che accertano il descrittore D2 (indicatore I2).

Durante lo svolgimento dell’esame non è consentito consultare libri, appunti o dispositivi elettronici di alcun tipo.

Il punteggio conseguito nella prova scritta è valido esclusivamente per l’appello nel quale la prova è stata sostenuta: lo studente che non sostenga la prova orale nel medesimo appello, o che vi rinunci, dovrà ripetere la prova scritta.

L’esito della prova scritta è comunicato a tutti i candidati al termine della prova stessa, mediante invio individuale per posta elettronica dell’elaborato corretto, nel quale sono contrassegnate le risposte esatte. L’elaborato riporta il punteggio totale al lordo delle penalità, poiché la piattaforma non è predisposta per applicare automaticamente la decurtazione prevista per le risposte errate: il punteggio effettivo si ottiene pertanto sottraendo a tale totale un quarto di punto per ciascuna risposta sbagliata, secondo la regola indicata sopra. La restituzione individuale dell’elaborato consente allo studente di verificare la correzione quesito per quesito e costituisce al tempo stesso un riscontro formativo sugli argomenti da rivedere.

Ricevuto l’elaborato, ciascun candidato è invitato a compilare un modulo on-line, raggiungibile tramite il link indicato in apposita comunicazione, con il quale dichiara la propria scelta fra: sostenere la prova orale, accettare la registrazione del voto conseguito nella prova scritta, oppure rifiutare il voto e ripetere l’esame in un appello successivo. La compilazione del modulo entro il termine indicato nella comunicazione consente di organizzare il calendario dei colloqui e di procedere alla verbalizzazione per gli studenti che accettano il voto.

La prova orale è facoltativa e vi accede lo studente che abbia conseguito almeno 22/30 nella prova scritta. Essa consiste in una discussione, della durata di circa 20–30 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 ed organizzazione autonoma dell’esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorico.

Lo studente è chiamato ad 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 ad 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 l’analisi retrosintetica di una piccola molecola o la previsione dell’esito di una sequenza di reazioni; (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.

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	8
I2	D2 – Capacità di applicare conoscenza e comprensione	Previsione dei prodotti; controllo regio- e stereochimico; analisi retrosintetica e progettazione di sequenze sintetiche	10
I3	D3 – Autonomia di giudizio	Confronto critico fra vie alternative; giustificazione delle scelte; valutazione di limiti, selettività e rischi	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 8 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.	0–3
Base	Conosce i contenuti essenziali delle principali classi di composti; riproduce i meccanismi fondamentali con imprecisioni non determinanti.	4
Intermedio	Conoscenza corretta e ordinata della maggior parte del programma; meccanismi esposti nella corretta sequenza degli stadi.	5
Avanzato	Conoscenza sicura ed estesa; giustifica la reattività in termini di struttura elettronica e di stabilità degli intermedi.	6–7
Eccellente	Padronanza completa e approfondita; discute eccezioni, condizioni sperimentali e limiti di validità dei modelli impiegati.	8

 

Indicatore I2 – Capacità di applicare conoscenza e comprensione (massimo 10 punti)

Livello	Descrittore di prestazione	Punti
Non raggiunto	Non individua il tipo di reazione richiesto; non imposta la retrosintesi; errori sistematici di regio- e stereochimica.	0–4
Base	Risolve problemi a uno stadio su substrati analoghi a quelli svolti a lezione; riconosce le disconnessioni più evidenti.	5
Intermedio	Imposta correttamente sequenze di due o tre stadi; controlla la regiochimica; gestisce la stereochimica nei casi tipici.	6–7
Avanzato	Progetta sintesi multistadio su bersagli nuovi; motiva l’ordine degli stadi; applica correttamente sintoni ed equivalenti sintetici.	8–9
Eccellente	Propone più vie sintetiche efficienti, con controllo di chemo-, regio- e stereoselettività e uso appropriato di gruppi protettori e catalisi.	10

 

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.

•      La prova orale si intende superata se il punteggio complessivo è pari o superiore a 18/30 e se, contestualmente, l’indicatore I1 raggiunge almeno 4 punti e l’indicatore I2 almeno 5 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 il voto finale arrotondato è pari a 30 e la prova orale ha conseguito 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	8
I2	Capacità di applicare conoscenza e comprensione	10
I3	Autonomia di giudizio	5
I4	Abilità comunicative	4
I5	Capacità di apprendimento	3
	Punteggio della prova orale	30
	Punteggio della prova scritta	30
	Voto finale = 0,50 × scritto + 0,50 × orale	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

 

Determinazione del voto finale

Il voto finale tiene conto dei punteggi conseguiti in entrambe le prove ed è determinato come media ponderata, secondo la relazione: voto finale = 0,50 × punteggio della prova scritta + 0,50 × punteggio della prova orale, arrotondata all’intero più vicino (0,5 arrotondato per eccesso).

Il peso maggiore attribuito alla prova orale riflette il fatto che essa è la sola sede in cui risultano osservabili gli indicatori I3, I4 e I5, mentre la prova scritta strutturata accerta i soli indicatori I1 e I2.

L’esame non è superato se il punteggio della prova orale è inferiore a 18/30 oppure se non sono rispettate le soglie minime previste per gli indicatori I1 e I2: in tali casi la prova orale determina l’esito negativo dell’esame, indipendentemente dal punteggio conseguito nella prova scritta. Si ribadisce che la prova orale non va intesa come occasione finalizzata all’innalzamento del voto conseguito nello scritto: nel caso abbia esito negativo, il voto può abbassarsi fino a determinare la non idoneità.

La tabella seguente riporta alcune combinazioni esemplificative.

Punteggio prova scritta	Punteggio prova orale	Voto finale
22	18	20
22	24	23
24	27	26
26	30	28
29	30	30 (lode attribuibile alle condizioni indicate nella rubrica)
30	inferiore a 18	Esame non superato

 

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; alla chiusura del corso è prevista una prova di simulazione analoga per struttura alla prova scritta finale.

Tali prove 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 d’esame e sono organizzati per indicatore, così da rendere evidente la corrispondenza fra le domande e i risultati di apprendimento che esse accertano. Un esempio completo di prova scritta strutturata è disponibile sulla pagina dell’insegnamento.

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 pKa, confrontando etanolo, fenolo, acido acetico e 1,3-cicloesandione.

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

4.    Descriva i diversi tipi di catalisi nelle reazioni organiche – acida, basica, nucleofila e con ioni metallici – e illustri con un esempio il vantaggio cinetico della catalisi intramolecolare.

5.    Esponga il meccanismo della trasposizione di Hofmann e di quella di Curtius, evidenziandone analogie, differenze e la stereochimica del gruppo migrante.

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

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 i prodotti e scriva il meccanismo dell’ozonolisi riduttiva e di quella ossidativa del 1-metilcicloesene; indichi poi le condizioni sperimentali per ottenere dal medesimo substrato il corrispondente diolo sin.

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 e la regiochimica dell’eliminazione.

4.    Progetti una sintesi del 4-fenil-2-butanone a partire dal benzene e da composti contenenti non più di quattro atomi di carbonio, giustificando l’ordine degli stadi e la chemoselettività dello stadio di riduzione.

5.    Applicando l’analisi retrosintetica, individui disconnessioni, sintoni ed equivalenti sintetici per il 2-metil-2-ciclopentenone e proponga una via di sintesi.

6.    Preveda regiochimica e stereochimica dell’apertura dell’epossido derivato dall’1,2-dimetilcicloesene in ambiente acido e in ambiente basico, motivando la differenza.

7.    Discuta la chemoselettività nella riduzione di un chetoestere e indichi quale gruppo protettore adotterebbe, con le relative condizioni di protezione e deprotezione.

8.    Stabilisca l’ordine corretto delle reazioni necessarie a ottenere l’acido 3-bromo-5-nitrobenzoico a partire dal toluene, valutando l’eventuale ricorso a un sale di diazonio.

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

1.    Confronti la reattività nelle reazioni SN1 ed SN2 degli alogenuri benzilici, allilici, vinilici e arilici e valuti criticamente le conseguenze di tale comportamento sulla progettazione di una via sintetica.

2.    Valuti criticamente tre vie alternative per la preparazione di un’ammina primaria – sintesi di Gabriel, riduzione di un nitrile, amminazione riduttiva – motivando la scelta in un contesto di produzione di un principio attivo.

3.    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 farmaceutiche.

4.    Illustri il ruolo degli ossidi di arene nella tossicità del benzo[a]pirene e le implicazioni di tale meccanismo per la valutazione del rischio associato agli idrocarburi policiclici aromatici.

5.    Descriva come procederebbe per reperire e valutare criticamente, mediante banche dati e letteratura primaria, una procedura sintetica non trattata a lezione, indicando quali criteri utilizzerebbe per giudicarne l’affidabilità.

Un esempio di verifica strutturata è disponibile al seguente link.