CHIMICA
cod. 13103

Anno accademico 2013/14
1° anno di corso - Primo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Biochimica (BIO/10)
Field
"struttura, funzione e metabolismo delle molecole d'interesse biologico"
Tipologia attività formativa
Base
42 ore
di attività frontali
6 crediti
sede:
insegnamento
in ITALIANO

Obiettivi formativi

L'obiettivo generale del corso è quello di fornire allo studente gli strumenti per conoscere e comprendere:
- i concetti fondamentali di chimica per la comprensione delle proprietà macroscopiche della materia, partendo dalla struttura di atomi e molecole;
- conoscenze utili per la successiva comprensione, in chiave molecolare, dei complessi processi che sono alla base della vita delle cellule e degli esseri viventi.
In particolare si propone di portare lo studente a conoscere e comprendere:
- i principi che regolano la reattività dei composti, cioè la capacità di rompere e formare legami e gli scambi energetici che ne derivano;
- il trasferimento di elettroni;
- gli aspetti cinetici di una reazione chimica ed il concetto di equilibrio dinamico;
- la struttura e le proprietà dei composti inorganici, organici e di interesse biologico;
- le proprietà delle soluzioni e gli equilibri in soluzione acquosa;
- le proprietà di acidi, basi, sali e sistemi tamponanti.
Particolare attenzione viene rivolta alla chimica dei composti organici e delle macromolecole di interesse biologico con la descrizione delle principali reazioni che saranno in seguito utili per lo studio dei processi fisiologici e della biochimica.

Prerequisiti

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Contenuti dell'insegnamento

Chimica Generale ed Inorganica

Introduzione e struttura dell'atomo
Materia e sue proprietà. Elementi e composti. Particelle atomiche. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Peso atomico, peso molecolare, grammo-atomo, grammo-molecola (mole). Struttura dell'atomo; orbitali atomici e numeri quantici. Struttura elettronica degli elementi.

Periodicità delle proprietà degli elementi
Tavola periodica degli elementi. Proprietà periodiche degli elementi: dimensioni atomiche, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività. Struttura elettronica e proprietà chimiche.

Il legame chimico
Legame ionico; legame covalente (puro, polare, dativo) e orbitali molecolari; orbitali ibridi; legame metallico. Interazioni intermolecolari: interazioni dipolo-dipolo, legame a idrogeno, forze di van der Waals.

Sistematica chimica
Idruri, idracidi, ossidi basici e ossidi acidi, perossidi, idrossidi, ossiacidi, sali neutri e sali acidi: reazioni di formazione, bilanciamento, nomenclatura, formule di struttura.

Cinetica chimica
Velocità di una reazione chimica e fattori che la influenzano: natura chimica dei reagenti, concentrazione (ordine di una reazione), temperatura e catalizzatori. Teoria delle collisioni molecolari e dello stato di transizione.

Equilibrio chimico
Concetto di equilibrio dinamico. Legge di azione delle masse e costante di equilibrio. Fattori che influenzano l'equilibrio: variazioni di concentrazione, temperatura, pressione. Principio di azione e reazione (principio di Le Chatelier).

Termodinamica chimica
Primo principio della termodinamica, concetto di entalpia. Secondo principio della termodinamica, concetto di entropia. Terzo principio della termodinamica. Energia libera applicata ad una reazione chimica: energia libera e spontaneità di una reazione, energia libera e costante di equilibrio.

Soluzioni
Modi di esprimere la concentrazione di una soluzione: percentuale p/p, p/v, v/v, molarità, molalità, normalità.
Proprietà colligative delle soluzioni: innalzamento ebullioscopio, abbassamento crioscopico; osmosi, pressione osmotica (coefficiente di van't Hoff e osmolarità).
Acidi e basi: teoria di Arrhenius, teoria di Bronsted e Lowry, teoria di Lewis. Equilibri acido-base. La forza degli acidi e delle basi.
Dissociazione ionica dell'acqua. Concetto di pH. Calcolo del pH delle soluzioni acquose di acidi e basi (forti e deboli). Proprietà acido-base dei sali: idrolisi. Soluzioni tampone e loro funzionamento; calcolo del pH delle soluzioni tampone.
Titolazioni acido-base.

La chimica attraverso gli esercizi
Calcoli stechiometrici. Rapporti ponderali nelle reazioni chimiche.
Numero di ossidazione. Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.
Esercizi sui modi di esprimere la concentrazione di una soluzione.
Esercizi sul calcolo del pH di varie soluzioni acquose.
Esercizi sulla pressione osmotica.

Chimica Organica

Introduzione
Orbitali ibridi del carbonio. Formule di struttura. Tipi di reazione: sostituzione, addizione, eliminazione. Reagenti elettrofili e nucleofili. Gruppi funzionali.

Idrocarburi
Classificazione. Alcani: nomenclatura, proprietà fisiche e reazioni caratteristiche. Isomeria conformazionale. Cicloalcani: struttura e nomenclatura. Alcheni e alchini: nomenclatura, proprietà fisiche e reazioni caratteristiche. Isomeria geometrica.
Benzene: concetto di risonanza, proprietà. Reattività del benzene e principali reazioni. Effetto orientante dei sostituenti nelle reazioni di sostituzione: effetto induttivo e mesomero.

Alcoli
Struttura, classificazione e nomenclatura. Proprietà fisiche; acidità e basicità. Reazioni caratteristiche. Formazione degli eteri.

Aldeidi e chetoni
Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Reazioni caratteristiche e meccanismi di reazione: reazioni con l'acqua, gli alcoli, le ammine; condensazione aldolica.

Acidi carbossilici e derivati
Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Proprietà acide e variazione dell'acidità in funzione dei sostituenti. Reazioni caratteristiche e meccanismo della reazione di formazione degli esteri. Esteri: nomenclatura e proprietà; meccanismo della reazione di idrolisi basica. Cenni ad altri derivati degli acidi: anidridi, ammidi, alogenuri acilici.

Ammine
Struttura, classificazione e nomenclatura. Proprietà fisiche. Basicità delle ammine in funzione dei sostituenti. Reazioni caratteristiche. Anilina: struttura e proprietà.

Stereoisomeria ed attività ottica
Concetti di simmetria e asimmetria molecolare. La chiralità: enantiomeri ed attività ottica; diastereoisomeri. Molecole contenenti più centri chirali: forme meso.

Propedeutica Biochimica

Carboidrati
Nomenclatura e classificazione. Isomeria ottica dei carboidrati. Struttura, proprietà e funzioni dei principali carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.

Lipidi
Acidi grassi, trigliceridi, saponificazione. Fosfolipidi e cerebrosidi: struttura e proprietà. Membrane lipidiche: micelle, bilayers. Membrane biologiche: cenni sulla struttura e loro principali funzioni.

Amminoacidi e proteine
Gli amminoacidi naturali: struttura generale e classificazione. Proprietà acido-base degli amminoacidi; punto isoelettrico. Legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Principali funzioni delle proteine.

Basi azotate ed acidi nucleici
Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Acidi nucleici (RNA e DNA) e loro struttura.

Programma esteso

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Bibliografia

Bettelheim, Brown, Campbell, Farrel
Chimica e Propedeutica Biochimica
EdiSES

Mario Anastasia
Chimica di base per le scienze della vita
Antonio Delfino Editore
(2 volumi: Chimica generale e Chimica organica)

A. Albertini, M. Avitabile, U. Benatti, V. Boido, F. Guerrieri, G. Liut, L. Masotti, A. Spisni
Chimica Generale
Monduzzi Editore

Harold Hart, Leslie E. Craine, David. J. Hart
Chimica Organica
Zanichelli Editore

Dispense Docenti disponibili in rete per gli studenti iscritti

Metodi didattici

Metodi di insegnamento: Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.
Metodo di Valutazione: Prova scritta seguita da prova orale.

Modalità verifica apprendimento

Prova scritta seguita da prova orale.

Altre informazioni

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