Scheda programma d'esame
ORGANIC CHEMISTRY II AND PRACTICAL LAB
GENNARO PESCITELLI
Academic year2018/19
CourseCHEMISTRY FOR INDUSTRY AND ENVIRONMENT
Code126CC
Credits9
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
CHIMICA ORGANICA II CHIM/06LEZIONI48
GENNARO PESCITELLI unimap
LABORATORIOCHIM/06LEZIONI45
FRANCESCO ZINNA unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il Corso di Chimica Organica II e laboratorio completerà la formazione di base degli studenti sulla teoria e la pratica della Chimica Organica. Lo studente avrà acquisito conoscenze

  • della teoria degli orbitali molecolari per la descrizione delle proprietà e reattività dei composti organici;
  • del fenomeno dell’aromaticità e delle proprietà e della reattività fondamentali dei composti aromatici condensati ed eteroaromatici;
  • delle interazioni tra gruppi funzionali e in particolare di come la coniugazione tra gruppi diversi modifichi le reattività dei composti;
  • di quali sono alcuni dei principali metodi per il controllo delle reazioni di condensazione tra composti carbonilici e loro analoghi e derivati, e di altre reazioni correlate;
  • degli elementi base delle spettroscopie UV-vis, 1H-NMR e IR per l’identificazione, il riconoscimento e la quantificazione dei composti organici;
  • di alcune tecniche di laboratorio per la realizzazione di reazioni organiche, incluse semplici manipolazioni in atmosfera inerte (tecniche Schlenck).
Knowledge

The Course of Organic Chemistry II and laboratory will complete the basic training of students on the theory and practice of Organic Chemistry. The student will acquire knowledge of:

  • the molecular orbitals theory for the description of the properties and reactivity of organic compounds;
  • the phenomenon of aromaticity and the fundamental properties and reactivity of condensed aromatic compounds and heteroaromatic compounds;
  • the interactions between functional groups and in particular how the conjugation between different groups modifies the reactivity of the compounds;
  • some of the main methods for controlling the condensation reactions between carbonyl compounds and their analogs and derivatives, and related reactions;
  • the basic elements of UV-vis, 1H-NMR and IR spectroscopies for the identification, recognition and quantification of organic compounds;
  • some laboratory techniques for the realization of organic reactions, including simple manipulations under inert atmosphere (Schlenck techniques).
Modalità di verifica delle conoscenze
  • Gli studenti verranno continuamente stimolati all’intervento critico durante le lezioni frontali, per verificare la comprensione degli argomenti trattati in tempo reale.
  • Verranno svolte esercitazioni in aula con la partecipazione diretta degli studenti alla lavagna.
  • Verranno proposti esercizi da svolgere autonomamente.
  • Il laboratorio porrà gli studenti di fronte alla verifica pratica dell’acquisizione delle conoscenze.
  • Gli studenti dovranno tenere un quaderno di laboratorio, che verrà visionato in tempo reale.
Assessment criteria of knowledge

Students will be continually stimulated to critical intervention during the lectures, to verify the understanding of the topics dealt with in real time.

Classroom exercises will be held with the direct participation of the students at the blackboard. Exercises to be performed independently will be proposed.

The laboratory practice will place the students in front of the practical verification of the acquisition of knowledge. Students must keep a laboratory notebook, which will be checked in real time.

Capacità

Al termine del corso lo studente sarà in grado:

  • di interpretare un notevole numero di schemi di reazione comunemente presenti in letteratura e di proporre plausibili meccanismi di reazione;
  • di proporre procedure per semplici trasformazioni di prodotti chimici;
  • di condurre sintesi organiche semplici su piccola scala, isolando e purificando i prodotti di reazione;
  • di riconoscere prodotti organici attraverso l’analisi dei dati spettroscopici.
Skills

At the end of the course the student will be able to:

  • interpret a considerable number of reaction patterns commonly found in the literature and to propose plausible reaction mechanisms;
  • propose procedures for simple transformations of chemical products;
  • conduct simple organic syntheses on a small scale, isolating and purifying the reaction products;
  • recognize organic products through the analysis of spectroscopic data.
Modalità di verifica delle capacità

Durante le lezioni teoriche e le esercitazioni in aula, lo studente viene continuamente stimolato a proporre le soluzioni più idonee ai problemi proposti.

Durante le esercitazioni in aula e in laboratorio, allo studente viene richiesto di interpretare i principali dati spettroscopici di prodotti noti e/o preparati in laboratorio.

Durante le esercitazioni in laboratorio, il docente e gli assistenti di laboratorio verificano le capacità dello studente di preparare l'apparecchiatura richiesta, condurre la reazione e prendere nota dei relativi dati. Gli studenti dovranno tenere un quaderno di laboratorio, che verrà visionato in tempo reale.

Assessment criteria of skills

During the classroom lectures lessons and exercises, the student is continually stimulated to propose the most suitable solutions to the proposed problems.

During the classroom and laboratory exercises, the student will be asked to interpret the main spectroscopic data of known products and / or products prepared in the laboratory.

During laboratory practice, the teacher and laboratory assistants will verify the student's ability to prepare the required equipment, conduct the reaction and take note of the related data. Students must keep a laboratory notebook, which will be checked in real time.

Comportamenti

Lo studente acquisirà un atteggiamento critico e consapevole nei confronti della letteratura organica. Inoltre acquisirà una condotta responsabile nel laboratorio di sintesi organica, incluse le pratiche riguardanti l’utilizzo dei dispostivi di protezione individuali (DPI), di assemblaggio e pulizia della vetreria, della manipolazione di prodotti chimici e del loro corretto smaltimento.

Behaviors

The student will acquire a critical and conscious attitude towards organic literature. He/she will also acquire the attitude of a correct laboratory practice, including the use of personal protective equipment (PPE), assembling and cleaning glassware, handling and disposing chemicals.

Modalità di verifica dei comportamenti

Durante le esercitazioni in aula e i ricevimenti si potrà valutare la maturazione degli strumenti critici.

Durante il laboratorio sperimentale si verificherà la condotta, nonché l’accuratezza e la cura nelle attività e il corretto uso dei DPI, della corretta manipolazione e smaltimento dei prodotti chimici

Assessment criteria of behaviors

During the classroom exercises and tuition in office hours, the achievement of critical knowledge can be assessed.

During the experimental laboratory practice the student's conduct will be verified, as well as the accuracy and care in the activities and the correct use of the PPE, the correct handling and disposal of the chemical products.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenza di: struttura e della reattività organica di base; stereochimica; principali gruppi funzionali; delocalizzazione elettronica; reattivi elettrofili e nucleofili; basicità e acidità e concetto di pKa; semplici meccanismi di reazione; comportamento di base nel laboratorio chimico; norme di sicurezza; uso di dispositivi di protezione individuale; uso corretto della vetreria di base; semplici operazioni di laboratorio (es. pesata, filtrazione, raccolta dei prodotti, smistamento di liquidi non miscibili, essiccamento di soluzioni, separazione tramite TLC); trattamento dei dati di reazione (calcolo della resa, stima della purezza dei prodotti)

Prerequisites

Knowledge of: structure and basic organic reactivity; stereochemistry; main functional groups; delocalized electronic structures; electrophilic and nucleophilic reactants; basicity / acidity and pKa concepts; simple reaction mechanisms; basic behavior in the chemical laboratory; safety rules; use of personal protective equipment; correct use of basic glassware; simple laboratory operations (eg weighing, filtration, collection of products, sorting of non-miscible liquids, drying of solutions, separation by TLC); processing of reaction data (yield calculation, estimation of product purity)

Corequisiti

E' consigliabile seguire in parallelo l'insegnamento di Chimica fisica e laboratorio

Co-requisites

Physical chemsitry + lab

Prerequisiti per studi successivi

L'insegnamento costituisce un requisito obbligatorio per l'inseganmento di Biochimica.

Prerequisites for further study

Biochemistry

Indicazioni metodologiche

Il corso consiste in lezioni frontali alla lavagna, coadiuvato dall’uso di videoproiettore per illustrare diagrammi e figure complesse. Le diapositive proiettate in aula vengono fornite agli studenti in anticipo tramite la piattaforma di e-learning. Le esercitazioni in aula si svolgono alla lavagna.

Le esercitazioni pratiche sono obbligatorie e si svolgono in laboratorio in giorni prestabiliti e non modificabili. Tutte le esperienze di laboratorio vengono descritte preventivamente durante le lezioni frontali. Si forniscono inoltre dispense dettagliate per ciascuna esperienza, contenenti le seguenti informazioni: introduzione e cenni teorici; reagenti e solventi da utilizzare; apparecchiatura da assemblare; precauzioni di sicurezza; procedura dettagliata; caratterizzazione dei prodotti; smaltimento dei rifiuti.

Gli studenti hanno a disposizione numerosi esercizi attraverso la piattaforma di e-learning e i docenti ricevono gli studenti con cadenza almeno settimanale. Possono inoltre essere raggiunti per posta elettronica.

Teaching methods

Delivery: face-to-face lectures using the blackboard, assisted by the use of a video projector to illustrate complex diagrams and figures. The slides projected in the classroom are provided to the students in advance through the e-learning platform. The classroom exercises make use of the blackboard.

Practical laboratory exercises are mandatory and take place in the laboratory on pre-established and non-modifiable days. All laboratory experiences are described beforehand during the lectures. Detailed handouts are provided for each experience, containing the following information: introduction and theoretical outline; reagents and solvents to be used; equipment to be assembled; safety precautions; detailed procedure; product characterization; waste disposal.

Students have numerous exercises available through the e-learning platform and teachers are available for tuition during office hours, at least weekly. They can also be reached by e-mail.

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Teoria qualitativa degli orbitali molecolari (MO). Delocalizzazione elettronica in anione e catione allilici, dieni e polieni coniugati (spettroscopia UV-vis). Aromaticità sulla base dei MO: benzene, composti eteroaromatici, sistemi aromatici condensati. Descrizione dei MO su alcheni sostituiti, legami C-eteroatomo, C=O. Reazioni ioniche e loro descrizione secondo i MO.

La reazione di sostituzione elettrofila aromatica (SEAr) su naftalene, antracene e fenantrene. Effetti di orientazione (regio selettività). Effetti di attivazione/disattivazione dei sostituenti. Sintesi di composti aromatici policiclici.

Sistemi coniugati, loro descrizione secondo la teoria MO e reattività: dieni, catione/anione/radicale allilico/benzilico, alogenuri vinilici/arilici, vinileteri.

Formazione e reazioni di enoli ed enolati e di loro equivalenti. Enolati preformati e loro equivalenti stabili: enolati di litio, sililenoleteri, enammine. Reazioni in alfa a gruppi carbonilici (o equivalenti). Alfa-alogenazione e alchilazione. Condensazioni aldoliche dirette. Equivalenti degli enoli specifici per aldeidi, chetoni, acidi carbossilici. Reazioni aldoliche intramolecolari e ciclizzazioni. Sintesi malonica e acetacetica. La reazione di Mannich. La reazione di Wittig. Condensazione di Claisen e altre reazioni di acilazione.

Composti carbonilici alfa,beta insaturi. Addizioni coniugate di nucleofili vari, inclusi reagenti organometallici ed enolati. Nitroalcani e reazione di Henry.

Composti eteroaromatici. Struttura e proprietò di pirrolo, furano, tiofene, piridina, chinolina. Reazione di sostituzione elettrofila aromatica (SEAr) e sostituzione nucleofila aromatica (SNAr). Sintesi di composti eteroaromatici.

Principi di spettroscopia UV-vis, IR e NMR. Correlazioni tra struttura e spettri e metodi per la previsione e l’interpretazione spettrale. Utilizzo di dati UV-vis, IR e 1H-NMR per la caratterizzazione e l’identificazione di semplici composti organici. Preparazione del campione per le spettroscopie UV-vis, IR e NMR.

Norme di comportamento nel laboratorio chimico. Frasi di rischio e sicurezza, simboli di rischio, schede di sicurezza dei composti chimici. Tecnica di laboratorio per reazioni in atmosfera inerte.

Syllabus

Qualitative molecular orbitals theory (MO). Electronic delocalization in anion and allylic cation, conjugated dienes and polyenes (supported by UV-vis spectroscopy). Aromaticity based on MO: benzene, heteroaromatic compounds, condensed aromatic systems. Description of MOs on substituted alkenes, C-heteroatom bonds, C = O groups. Ionic reactions and their description according to the MO theory.

Aromatic electrophilic substitution reaction (SEAr) on naphthalene, anthracene and phenanthrene. Orientation effects (regio selectivity). Effects of activation / deactivation of substituents. Synthesis of polycyclic aromatic compounds.

Conjugated systems, description according to MO theory and reactivity: dienes, cation / anion / allyl / benzyl radical, vinyl / aryl halides, vinylethers.

Formation and reactions of enols and enolates and their equivalents. Preformed enoaltes and their stable equivalents: lithium enolates, silyl enol ethers, enamines. Reactions at alpha position to carbonyl groups (or equivalent). Alpha-halogenation and alkylation. Direct aldol condensations. Equivalents of enols specific for aldehydes, ketones, carboxylic acids. Intramolecular aldol reactions and cyclizations. Malonic and acetacetic synthesis. Mannich's reaction. Wittig's reaction. Claisen condensation and other acylation reactions.

Alpha,beta-unsaturated carbonyl compounds. Conjugate additions of various nucleophiles, including organometallic and enolated reagents. Nitroalkanes and Henry's reaction.

Heteroaromatic compounds. Structure and properties of pyrrole, furan, thiophene, pyridine, quinoline. Aromatic electrophilic substitution reaction (SEAr) and nucleophilic aromatic substitution (SNAr). Synthesis of heteroaromatic compounds.

Principles of UV-vis, IR and NMR spectroscopy. Correlations between structure and spectra and methods for spectral prediction and interpretation. Use of UV-vis, IR and 1H-NMR data for the characterization and identification of simple organic compounds. Sample preparation for UV-vis, IR and NMR spectroscopy.

Correct laboratory practice. Risk and safety phrases, risk symbols, safety data sheets of chemical compounds. Laboratory technique for reactions in inert atmosphere.

Bibliografia e materiale didattico

Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren Organic Chemistry ISBN: 9780199270293
Oxford University Press

Ian Fleming Molecular Orbitals and Organic Chemical Reactions, Student Edition ISBN: 9780470746 Wiley

Marc Loudon Chimica Organica ISBN: 9788879595520 EdiSES

Diapositive proiettate a lezione distribuite tramite la piattaforma di e-learning

Dispense di Laboratorio distribuite tramite la piattaforma di e-learning

Esempi di esercizi di assegnazione strutturale e compiti svolti degli anni precedenti, distribuiti tramite la piattaforma di e-learning

Bibliography

Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren Organic Chemistry ISBN: 9780199270293
Oxford University Press

Ian Fleming Molecular Orbitals and Organic Chemical Reactions, Student Edition ISBN: 9780470746 Wiley

Marc Loudon Organic Chemsitry ISBN: 9780981519432 MacMillan

Slides showed during lectrues, distributed through the e-learning platform

Laboratory handouts distributed via the e-learning platform

Examples of structural assignment exercises, distributed through the e-learning platform

Indicazioni per non frequentanti

La frequenza del laboratorio è in ogni caso obbligatoria, così come la corretta redazione del quaderno di laboratorio. La frequenza delle lezioni ed esercitazioni in aula è fortemente consigliata.

Non-attending students info

Attending the lab is compulsory. Attendance of lectures and class exercises is trongly recommended.

Modalità d'esame

L’esame consiste in un compito scritto della durata di 4 ore, che tipicamente contiene 7 esercizi e una prova orale. Un esercizio è maggiormente legato al laboratorio e in genere richiede il riconoscimento di una o più sostanze organiche a partire da dati spettroscopici e/o nell’assegnazione delle transizioni visibili negli spettri a gruppi funzionali e altre strutture organiche. Gli altri 6 esercizi richiedono la proposta o di strategie di sintesi di composti organici o di plausibili meccanismi per spiegare trasformazioni date. Gli esercizi hanno uguale peso e la risoluzione corretta di 3 esercizi è ritenuta sufficiente, a condizione che la prova di laboratorio non sia nulla. All’orale partecipano i docenti del corso, possibilmente coadiuvati da colleghi e cultori della materia. Per il voto finale vengono altresì valutati il comportamento dello studente durante le esperienze di laboratorio e la compilazione del relativo quaderno.

Assessment methods

Exam: written test lasting 4 hours, which typically contains 7 exercises, plus an oral exam. One exercise is related to the laboratory and generally requires the recognition of one or more organic substances from spectroscopic data and / or the assignment of spectral features to functional groups and other organic structures. The other 6 exercises require the proposal of strategies of synthesis of organic compounds or of plausible mechanisms to explain given transformations. The exercises have equal weight and the correct resolution of 3 exercises is considered sufficient, provided that the laboratory test is not null. For the final grade the student's behavior during the laboratory experiences and the compilation of the relative notebook are also evaluated.

Stage e tirocini

Nessuno

Work placement

None

Updated: 03/10/2018 12:46