Corso di laurea: Chimica Programmazione per l'A.A. 2018/2019

I) Insiemi ed insiemi numerici. Cenni di teoria degli insiemi. Prodotto cartesiano fra insiemi. Insiemi numerici: numeri naturali, interi, razionali, reali, complessi. Principio di induzione. Diseguaglianza di Bernoulli.. L’insieme dei numeri razionali. L’irrazionalità di radice quadrata di 2 e l’insieme dei numeri reali. Assiomi dei numeri reali e proprietà di completezza. La retta reale ed i suoi intervalli. Valore assoluto e disuguaglianza triangolare. Massimo e minimo di un insieme numerico, estremo inferiore ed estremo superiore. Cenni di trigonometria. Funzione esponenziale e logaritmica
I. Numeri complessi. Definizione dei numeri complessi, forma algebrica, operazioni, rappresentazione geometrica, forma trigonometrica dei numeri complessi, radici n-esime dei numeri complessi. Semplici equazioni nel campo dei numeri complessi.
II. Elementi di algebra lineare. Matrici, operazioni tra matrici, determinanti e loro proprietà, invertibilità di una matrice, rango. I sistemi algebrici lineari, la regola di Cramer, il teorema di Rouché-Capelli, metodo di eliminazione di Gauss Jordan.
III. Elementi di calcolo vettoriale. Vettori ed algebra vettoriale, dipendenza ed indipendenza lineare tra vettori, basi, prodotto scalare, vettoriale, misto e doppio prodotto vettoriale.
IV. Elementi di geometria analitica nel piano. Equazione di una retta. Parallelismo ed ortogonalità tra rette. Cambiamenti di riferimento. Coordinate polari. Classificazione delle coniche: circonferenza, ellisse, parabola ed iperbole. Invarianti ortogonali.
V. Successioni. Definizione di successione. Progressioni aritmetiche e geometriche. Successioni regolari. Teoremi sui limiti delle successioni. Limiti notevoli. Criteri di convergenza e divergenza delle successioni*. Relazioni tra i limiti delle successioni ed i limiti delle funzioni*.
VI. Funzioni. Elementi di topologia. Campo di esistenza di una funzione. Limiti di funzioni. Teoremi di unicità del limite, permanenza del segno e confronto. Algebra dei limiti e forme indeterminate. Limiti notevoli. Infinitesimi ed infiniti. Funzioni continue. Punti di discontinuità di una funzione. Composizione di funzioni continue. Teorema dell'esistenza degli zeri. Teorema dell'esistenza dei valori intermedi. Teorema di Weierstrass*. Criteri di continuità per le funzioni inverse e le funzioni monotone*. Continuità delle funzioni elementari.
VII. Calcolo differenziale. Derivata di una funzione. Significato geometrico. Derivabilità e continuità. Regole per il calcolo delle derivate. Operazioni con le derivate. Derivate delle funzioni composte e delle funzioni inverse. Derivate delle funzioni elementari. Derivate di ordine superiore. Punti angolosi, cuspidi. Teoremi di Fermat, Rolle, Lagrange, Cauchy. Massimi e minimi relativi. Criteri di monotonia. Concavità, convessità e flessi. Criterio di convessità*. Teorema di de l'Hopital*. Asintoti. Studio del grafico di una funzione. Formula di Taylor.*

P. Marcellini - C. Sbordone, Elementi di Analisi Matematica Uno, Liguori Editore.
P. Marcellini - C. Sbordone, Esercitazioni di matematica, Vol. 1 ( parte I e II) Liguori Editore.
M. Gionfriddo, Istituzioni di Matematiche, TRINGALI, Catania.
G. Zwirner, Esercizi e Complementi di Analisi Matematica Vol.1, CEDAM
G. Zwirner, Esercizi e Complementi di Analisi Matematica Vol.2, CEDAM
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CATANIA
CORSO DI LAUREA IN CHIMICA

Programma del Corso di
CHIMICA ORGANICA I (6 CFU)
con scansione temporale (ore) delle lezioni

Modulo 1 dell’insegnamento ‘Chimica organica I e Laboratorio’ (A – L)

Prof. Corrado Tringali


1. Introduzione. (Lez. 1) Le origini della chimica organica. Perché studiare la chimica organica. Come studiare la chimica organica. Organizzazione del corso. La chimica del carbonio.

2. Struttura delle molecole. (Lez. 2 – 5) Orbitali atomici. Configurazione elettronica dell’atomo di carbonio. La regola dell’ottetto. Formazione di legami covalenti. Legami covalenti polari e apolari. La scala di elettronegatività di Pauling. Le strutture di Lewis e di Kekulé. Teorie VB e MO. Legami sigma. Promozione degli elettroni. Ibridazione degli orbitali: ibridi sp3, sp2 ed sp. La teoria VSEPR. Geometria delle molecole. Struttura dell’etano. Legami pi greco; struttura dell’etene e dell’etino. Risonanza: forme mesomere e ibrido di risonanza. Energia di risonanza e delocalizzazione degli elettroni. Struttura dello ione carbonato. Momenti dipolari e interazioni dipolo-dipolo. Legami a idrogeno. Struttura e proprietà fisiche. Interazioni soluto-solvente. Strutture e modelli molecolari. Classificazione dei composti organici. Gruppi funzionali. Isomeria di struttura. Cenni sulla struttura dei composti aromatici.

3. Le reazioni in chimica organica. (Lez. 6 – 8) Scissione omolitica ed eterolitica di un legame. Carbocationi, carbanioni e radicali. Acidi e basi secondo Brønsted-Lowry. Costante di dissociazione acida e pKa. Forza relativa degli acidi e valori di pKa. Fattori che influenzano l’acidità: elettronegatività, dimensione dell’atomo, ibridazione. L’equilibrio nelle reazioni acido-base. Acidi e basi secondo Lewis. Reazioni organiche: diagramma dell’energia libera: coordinata di reazione. Cinetica e termodinamica. Reazioni esoergoniche ed endoergoniche. Reazioni esotermiche ed endotermiche. Numero di ossidazione dei composti organici.
4. Alcani. (Lez. 9 - 12) Classificazione degli idrocarburi. Nomenclatura IUPAC e nomi d’uso degli alcani. Alcani ramificati. Cicloalcani. Le conformazioni di alcani e cicloalcani. Cicloalcani disostituiti. Stereoisomeria cis-trans. Proprietà fisiche. Fonti naturali e usi degli alcani. Cere paraffiniche. Proprietà chimiche: combustione; alogenazione. Meccanismo della sostituzione radicalica (SR). Reazioni a stadi. Stadio cineticamente determinante. BDE e stabilità dei radicali alchilici: iperconiugazione e risonanza. Postulato di Hammond. Regioselettività nella alogenazione degli alcani.

5. Alcheni. (Lez. 13 – 16) Nomenclatura. Struttura: lunghezze di legame. Grado di insaturazione. Isomeria cis-trans negli alcheni. Regole di priorità: nomenclatura E,Z. Proprietà fisiche. Fonti naturali e applicazioni. Isoprenoidi. Proprietà chimiche: addizione elettrofila (AE) al doppio legame. Meccanismo della AE. Addizione di acidi alogenidrici. Stabilità dei carbocationi. Regioselettività: regola di Markovnikov. Trasposizione di carbocationi. Addizione anti-Markovnikov: effetto perossidi. Addizione di alogeni. Formazione di aloidrine. Reazioni organiche con catalizzatore. Addizione di H2O. Catalisi enzimatica e addizione di H2O nei sistemi biologici. Addizione di alcoli. Idroborazione-ossidazione. Idrogenazione catalitica. Calore di idrogenazione e stabilità. Sostituzione radicalica allilica. Radicali allilici.

6. Dieni. (Lez. 17 – 18) Dieni e polieni: classificazione, nomenclatura. Struttura degli alleni e dei dieni coniugati. Stabilizzazione dei dieni coniugati: risonanza e orbitali molecolari. Cenni su orbitali di frontiera (HOMO e LUMO). Addizione elettrofila 1,2 e 1,4 ai dieni coniugati. Carbocatione allilico. Controllo cinetico e controllo termodinamico.

7. Alchini. (Lez. 19 – 20) Nomenclatura. Struttura: lunghezze di legame. Proprietà fisiche. Fonti naturali e applicazioni. Addizione elettrofila: addizione di acidi alogenidrici e di alogeni. Idrogenazione. Catalizzatore di Lindlar e reazioni stereoselettive. Acidità degli alchini terminali: acetiluri.


8. Stereochimica. (Lez. 21 – 24) Chiralità delle molecole. Carbonio asimmetrico e centro stereogenico. Enantiomeri e diastereoisomeri. Configurazioni R, S: regole di priorità di Cahn, Ingold e Prelog. Metodi di rappresentazione tridimensionale delle molecole: proiezioni di Fisher. Attività ottica. Polarimetro. Rotazione specifica. Molecole intrinsecamente chirali: atropoisomeri. Stereoisomeri con due o più atomi C asimmetrici. Composti meso. Proprietà fisiche di enantiomeri e diastereoisomeri. Racemi e loro risoluzione. Stereochimica delle reazioni organiche: reazioni diastereoselettive ed enantioselettive. Enantioselettività degli enzimi. Stereochimica della alogenazione radicalica. Stereochimica della addizione elettrofila ad alcheni.

9. Alogenuri Alchilici. (Lez. 25 – 28) Nomenclatura. Struttura: lunghezze dei legami carbonio-alogeno. Proprietà fisiche. Fonti naturali e applicazioni. Proprietà chimiche. Sostituzione nucleofila bimolecolare SN2. Meccanismo della SN2. Reazioni di secondo ordine. Ingombro sterico e ordine di reattività degli alogenuri nella SN2. Inversione della configurazione. Fattori che influenzano le reazioni SN2: gruppo uscente, nucleofilo, solvente. Solventi protici e aprotici. Sostituzione nucleofila bimolecolare SN1. Meccanismo della SN1. Reazioni di primo ordine. Stabilità dei carbocationi e ordine di reattività nella SN1. Alogenuri allilici. Racemizzazione. Fattori che influenzano le reazioni SN1. Confronto fra SN2 e SN1. Eliminazione bimolecolare E2. Regioselettività e stereoselettività nelle reazioni E2. La regola di Zaitsev. Eliminazione monomolecolare E1. Regioselettività e stereoselettività nelle reazioni E1. Confronto fra E1 ed E2. Competizione fra sostituzione ed eliminazione. Formazione dei reattivi di Grignard: composti organometallici.

10. Alcoli ed eteri. (Lez. 29 – 32) Nomenclatura. Struttura. Proprietà fisiche. Legami a idrogeno. Fonti naturali e applicazioni. Proprietà chimiche. Formazione di sali; acidità e basicità. Reazione con metalli. Formazione di alogenuri alchilici: reazioni con acidi alogenidrici e con agenti alogenanti; meccanismo (SN2 e SN1). Disidratazione catalizzata da acidi; meccanismo (E1 ed E2). Regioselettività e stereoselettività. Ossidazione degli alcoli primari e secondari. Formazione di semiacetali e acetali (vedi aldeidi e chetoni). Formazione di esteri (vedi acidi carbossilici e derivati). Eteri: nomenclatura e struttura. Proprietà fisiche. Fonti naturali e applicazioni. Proprietà chimiche. Scissione con HI o HBr. Meccanismo (SN2 e SN1). Epossidi (ossirani): nomenclatura e struttura. Reazioni di apertura dell’anello.

11. Composti solforati e ammine alifatiche. (Lez. 33 – 35) Nomenclatura e struttura: tioli, solfuri, disolfuri, solfossidi, solfoni, acidi solfonici. Proprietà fisiche. Fonti naturali e applicazioni. Proprietà chimiche di tioli e solfuri: formazione di tiolati e complessi con Hg; reazioni con alogenuri alchilici. Ammine alifatiche: nomenclatura. Struttura: inversione all’azoto. Proprietà fisiche: legame a idrogeno. Fonti naturali e applicazioni. Alcaloidi. Proprietà chimiche. Formazione di Sali: basicità. Alchilazione dell’ammoniaca e delle ammine. Meccanismo (SN2). Formazione di immine (vedi aldeidi e chetoni). Formazione di ammidi (vedi acidi carbossilici e derivati).

12. Aldeidi e chetoni. (Lez. 36 – 41) Composti carbonilici, acidi carbossilici e derivati. Nomenclatura di aldeidi e chetoni. Struttura dei composti carbonilici: il legame CO: orbitali molecolari e risonanza. Proprietà fisiche. Fonti naturali e applicazioni. Proprietà chimiche: addizione nucleofila al carbonile. Aspetti meccanicistici e stereochimici nella addizione ai composti carbonilici. Reazione con NaBH4. Reazione con reattivi di Grignard. Reazione con HCN. Reazione con acetiluri. Reazione con alcoli: formazione di emiacetali e acetali: meccanismo con catalisi acida e basica. Acetali come gruppi protettori. Emiacetali ciclici: carboidrati. Formazione di immine (basi di Schiff) e derivati imminici (ossime, semicarbazoni, idrazoni). Formazione di enammine. Ossidazione di aldeidi e chetoni. Riduzione ad alcoli. Acidità degli idrogeni in  al carbonile. Tautomeria cheto-enolica. Racemizzazione. Condensazione aldolica: meccanismo.


13. Acidi Carbossilici e derivati. (Lez. 42 – 47) Acidi carbossilici: nomenclatura. Nomi comuni di acidi carbossilici di origine naturale; acidi grassi. Nomenclatura dei derivati degli acidi: alogenuri acilici, anidridi, esteri, lattoni, ammidi, lattami, nitrili. Struttura di acidi e derivati. Proprietà fisiche. Fonti naturali e applicazioni. Proprietà chimiche. Sostituzione nucleofila acilica: aspetti meccanicistici. Scala di reattività degli acidi carbossilici e derivati. Acidi carbossilici: formazione di Sali. Acidità; effetto dei sostituenti. Saponi. Esterificazione di Fisher. Formazione di cloruri acilici. Riduzione di con LiAlH4. Cloruri acilici: idrolisi. Conversione a esteri, anidridi, ammidi. Anidridi: idrolisi. Conversione a esteri e ammidi. Esteri: idrolisi in condizioni acide e basiche. Transesterificazione. Amminolisi. Ammidi: idrolisi acido-catalizzata. Conversione a esteri. Nitrili: idrolisi acida.

Testi-base consigliati
P. Y. BRUICE - Chimica organica - 2a Edizione EdiSES
W.H. BROWN e altri autori - Chimica Organica 5a Edizione EdiSES

Le diapositive del corso saranno rese disponibili temporaneamente, in formato pdf, sulla piattaforma STUDIUM (http://studium.unict.it/dokeos/2015/). Di norma questo materiale è riservato agli studenti che frequentano le lezioni, solo per uso personale. Ne è vietata ogni forma di diffusione o commercializzazione, inclusa la vendita di fotocopie. Chi vende o acquista questo materiale potrà risponderne in termini di legge.

VEDI ANCHE SYLLABUS

Testi-base consigliati

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W.H. BROWN e altri autori - Chimica Organica 5a Edizione EdiSES

vedi anche SYLLABUS

Prof. Orazio PUGLISI
Corso di Laurea in Chimica - Anno Accademico 2018-2019

CHIMICA FISICA 1
8 CFU

Percorso didattico ed ore previste ( /ore previste/ ), incluse le esercitazioni.


Stati di aggregazione della Materia. /2/
Mondo macroscopico, mondo microscopico e correlazioni proprietà - struttura. Stato solido, liquido, gassoso e plasma. Forze guida nell'assemblaggio delle fasi condensate. Curva di Morse, potenziali di interazione e problema di Madelung.

Proprietà dei gas./4/
Equazione di stato dei gas perfetti; la massa molare; miscele di gas perfetti, deviazioni dalla idealità ed equazioni di stato per i gas reali. Il fattore di compressibilità; miscele di gas reali.

Primo principio della Termodinamica./4/
Calore, lavoro e conservazione dell'energia. Lavoro di espansione e di compressione. Concetto di reversibilità e fenomeni spontanei. Funzioni di percorso. Funzioni di stato e differenziali.

Termologia./3/
Capacità termica e calori specifici. Energia interna e temperatura; entalpia e temperatura: relazioni tra i calori specifici. Processi isotermici e processi adiabatici - reversibili o irreversibili. La legge zero della Termodinamica.

Termochimica./4/
Entalpia di reazione e legge di Hess; Entalpia standard, relazioni tra ΔH e ΔU; ΔH in funzione della temperatura. Entalpia degli ioni in soluzione. Ciclo di Born-Haber.

Il secondo principio./10/
Il secondo principio. Efficienza delle macchine termiche e ciclo di Carnot. Il refrigerante di Carnot. Definizione dell'entropia. Entropia ed integrale ciclico. Prova generale per l'integrale ciclico dell'entropia. La diseguaglianza di Clausius. Proprietà dei differenziali esatti. Entropia in funzione di T,V e T,P. Variazioni di stato ed entropia.

La terza legge./3/
Variazioni di entropia per il gas ideale. Lo stato standard per il gas ideale. La terza legge ed entropia standard. Variazioni di entropia per una reazione chimica e dipendenza dalla temperatura.

Entropia e probabilità./6/
Entropia, probabilità dello stato e spontaneità. Probabilità , probabilità termodinamica ed entropia. Forma generale per la probabilità termodinamica. La distribuzione dell’energia. Terzo principio, entropia di mescolamento e di difetti di punto. Eccezioni apparenti - e non - alla terza legge.

Spontaneità ed equilibrio./6/
Entropia del sistema, entropia dell'ambiente e condizioni di spontaneità ed equilibrio. La funzione di Helmotz e la funzione di Gibbs. L'equazione fondamentale della termodinamica. Funzione di Gibbs e variazioni di T, P e composizione. Il potenziale chimico. Potenziale chimico in un gas ideale e nei gas reali. Il concetto di unicità formale e la fugacità.

I cambiamenti di stato./5/
Potenziale chimico e principio della stabilità delle fasi. Transizioni di fase del primo ordine. Transizioni di fase del secondo ordine. Diagramma di stato dell'acqua. La superficie, la tensione superficiale e la capillarità.

Le miscele e l’attività./4/
Volume molare nelle miscele. La legge di Gibbs-Duhem. Processi di mescolamento e spontaneità. Soluzioni di soluti non volatili; le proprietà colligative: ebullioscopia, crioscopia ed osmosi. Miscele di liquidi volatili: il concetto di attività. Le leggi limite di Raoult e di Henry. Le equazioni limite della Chimica.

L'equilibrio chimico./5/
Il criterio di spontaneità e di equilibrio per una reazione chimica. Equilibrio, la costante di equilibrio e l'influenza di catalizzatori, sostanze inerti, temperatura e pressione.

Elettrochimica./5/
Attività degli ioni in soluzione e legge di Debye-Huckel. Il concetto di forza ionica e l'influenza sulla solubilità. Forma delle leggi limite della chimica in soluzione diluita. Potenziale elettrochimico. Elettrodi e celle elettrochimiche più comuni. Potenziali elettrochimici standard e serie elettrochimica. L’equazione di Nernst.

Gli equilibri di fase./11/
Energia libera di mescolamento e diagrammi di fase. Regola delle fasi, regola della leva e diagrammi di fase. Sistemi ad un componente. Sistemi a due componenti. Sistemi a due componenti con uno o più prodotti. Sistemi a tre componenti. Influenza della forza ionica.

Testi consigliati:
- G.W. Castellan : Physical Chemistry (Addison-Wesley Pu. Co.).
- D. A. McQuarrie, J. D. Simon : Chimica fisica. Un approccio molecolare (Zanichelli).
- G.K. Vemulapalli : Chimica Fisica (EDISES).
- S. Capasso : La Chimica Fisica attraverso esercizi (Loghia).
- P. Atkins, J. De Paula : Chimica Fisica (Zanichelli).
Lo studente è libero di scegliere qualunque libro di testo.

Chimica dei composti di coordinazione. Nomenclatura. Strutture ed isomeri. Teoria del campo cristallino.
Proprietà nucleari. Radiochimica. Reazioni nucleari. Applicazioni.
La chimica dei metalli del blocco-d. Aspetti generali. La prima serie di transizione: dallo scandio allo zinco.
Teoria del campo dei leganti. Complessi di varie geometrie. Serie spettrochimica dei leganti. Spettri elettronici. Diagrammi di Orgel. Diagrammi di Tanabe e Sugano e loro uso. Proprietà magnetiche.
Termodinamica dei composti di coordinazione.
Reazioni dei composti di coordinazione. Sostituzioni nucleofile e reazioni di trasferimento elettronico.
Composti organometallici degli elementi del blocco-d. La regola dei 18 elettroni. Composti carbonilici. Complessi con derivati alifatici ed aromatici. Uso dei complessi organometallici nella sintesi organica.
Leganti d’interesse bioinorganico e funzione del metallo nei sistemi biologici.
Laboratorio:

Sintesi del Co(en)3Cl3 e risoluzione ottica degli enantiomeri. Misura del potere ottico rotatorio. Spettri elettronici.

Spettri elettronici di complessi del rame e del nichel con leganti azotati. Calcolo del ∆o e di B

C.L. Miessler, D.A.Tarr Chimica inorganica Piccin

P. Atkins Chimica Inorganica Zanichelli