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Elementi di chimica generale, inorganica e basi di chimica organica di supporto allo studio della propedeutica biochimica, la biochimica delle macromolecole e accedere al secondo anno con sufficienti basi per lo studio e della biochimica generale e metabolica.

Chimica e Propedeutica Biochimica, Bettelheim Brown Campbell Farrell, Casa Editrice, EdiSES
-Chimica e propedeutica Biochimica, Binaglia L., Giardina B., Casa Editrice McGraw-Hill
-Fondamenti di Chimica generale Atkins, Jones, laverman, Casa Editrice Zanichelli
-Chimica per le Scienze biomediche Sackeim & Lehman Casa Editrice: EdiSES

Obiettivi educativi:
Comprensione delle leggi fondamentali che governano la materia e le sue trasformazioni.
Acquisizione dei concetti della chimica alla base dei fenomeni chimici,biochimici e biologici a livello atomico e molecolare.
Proprietà della materia in relazione anche ad applicazioni odontoiatriche.
Importanza della chimica nel curriculum di studi nel CdL in Odontoiatria e protesi Dentaria ai fini della comprensione dei meccanismi alla base degli stati fisiologici e patologici, e dell’applicazione di sostanze chimiche nella pratica professionale.

Conoscenze e risultati di apprendimento:
Comprensione delle nozioni e dei principi di base riguardanti la struttura della materia a livello atomico e molecolare, nonché le principali caratteristiche e proprietà dei vari stati di aggregazione. Acquisizione del concetto di mole e capacità di eseguire calcoli stechiometrici elementari.
Regole IUPAC e nomenclatura tradizionale per composti organici ed inorganici.
Comprensione delle proprietà delle soluzioni con particolare riguardo ai metodi per esprimere la concentrazione, alle caratteristiche delle soluzioni acquose di elettroliti e alla pressione osmotica. Conoscenza dei vari tipi di reazioni chimiche (reazioni acido-base, reazioni redox e reazioni di precipitazione).
Conoscenza e capacità di interpretare e applicare le leggi che regolano l'equilibrio chimico e velocità di reazione, sia in fase gas che in soluzione, con approfondimenti speciali sugli equilibri acido-base e i sistemi tampone.
Comprensione delle basi termodinamiche che regolano le reazioni chimiche.
Conoscenza della struttura e delle principali proprietà delle più importanti classi di composti organici con approfondimenti speciali su composti di interesse biologico.

Tale attività integrativa fornisce informazioni di base e, pertanto, non richiede propedeuticità.

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche integrate. Le lezioni saranno suddivise in tre parti. Una breve introduzione per riprendere gli argomenti svolti nella lezione precedente, risposte a domande sugli argomenti svolti e presentazione nuovi argomenti.

La valutazione della competenza dello studente si basa sia su prove scritte che orali. La prova scritta consiste in esercizi e domande aperte che mirano a valutare la capacità dello studente di applicare le leggi della chimica generale e i meccanismi di reazione della chimica organica e le conoscenze di base della teoria della chimica generale e organica. L'esame scritto comprende domande ed esercizi di calcolo che riguardano gli aspetti fondamentali della chimica generale e organica, nonché i principali aspetti del concetto di mole, calcoli stechiometrici, proprietà delle soluzioni con particolare riguardo ai metodi per esprimere la concentrazione, caratteristiche delle soluzioni acquose di elettroliti, proprietà colligative, nomenclatura ufficiale dei composti chimici organici e inorganici, leggi che regolano l'equilibrio chimico e le velocità di reazione, reazioni acido-base e di neutralizzazione, concetti di termodinamica, struttura, proprietà e meccanismi di reazione delle più importanti classi di composti organici, con approfondimenti speciali su quelli di interesse biologico. Per poter superare la parte scritta dell'esame e accedere alla prova orale, lo studente deve ottenere un punteggio di 18/30. L'esame orale copre tutti gli aspetti della teoria della chimica generale e organica. Lo studente dovrebbe essere in grado di discutere sull'argomento e dimostrare capacità di collegamento delle conoscenze acquisite. Il voto finale è espresso in 30/30 si stabilisce durante la prova orale mentre la prova scritta dà solo accesso alla parte orale con una valutazione di merito che sarà tenuta in conto.

Sarà condiviso in forma elettronica (file pdf) il materiale utilizzato per le lezioni frontali e le esercitazioni che sono integrate nel corso

Composizione della materia.
Elementi e composti. Atomi. Simboli e formule. Sostanze e miscele. Molecole. Formula empirica e molecolare. Struttura e forma delle molecole.

- Fondamenti di struttura atomica.
L'atomo di idrogeno: elettroni e protoni. Forze elettrostatiche. L'atomo di elio: neutroni. Numero atomico. Isotopi. Massa atomica.

- Livelli energetici e configurazioni elettroniche.
Quantizzazione dell’energia. Il modello di Bohr dell’atomo di idrogeno. Il principio di indeterminazione. Energia di ionizzazione e livelli energetici. I numeri quantici. Il principio di esclusione di Pauli.

- La tavola periodica ed i legami chimici.
Metalli e non metalli. Famiglie di elementi. Le proprietà periodiche. La valenza. Il legame covalente. Eccezioni alla regola dell’ottetto. Legami multipli. Elettronegatività. I legami polari. I legami ionici. Il legame metallico. Ibridazione.

- Stechiometria.
Massa atomica media. Massa di una formula e massa molecolare. La costante di Avogadro. Massa molare. Calcoli chimici: composizione percentuale, determinazione della formula empirica. Equazioni chimiche. Calcoli con le equazioni chimiche. Il reagente in difetto.

- Gli stati della materia.
Fusione e solidificazione. Evaporazione e condensazione. Proprietà fisiche dei gas. Leggi di Boyle, Charles e Gay-Lussac. Condizioni normali. Legge generale dei gas. Teoria cinetico-molecolare dei gas. Determinazione della massa molare. Densità dei gas. Volume molare di un gas: legge di Avogadro. Legge di Dalton delle pressioni parziali.

- Nomenclatura dei composti inorganici.

- Tipi di reazioni chimiche.
Reazioni di neutralizzazione. Reazioni di precipitazione. Reazioni di ossido-riduzione. Bilanciamento delle reazioni.

- Le soluzioni.
Acqua. Legame a ponte di idrogeno. Soluzioni e metodi per esprimere la concentrazione.

- Proprietà colligative.
Tensione di vapore. Abbassamento della tensione di vapore. Innalzamento ebullioscopico ed abbassamento crioscopico. Pressione osmotica. Soluzioni elettrolitiche.


- Equilibrio chimico.
Equilibri in fase gassosa e in soluzione acquosa. La legge dell’azione di massa. La costante di equilibrio. Il quoziente di reazione. Calcolo delle concentrazioni all’equilibrio. Il principio di Le Chatelier.

- Acidi e basi.
Concetto e definizione di acido e di base. Reazioni acido-base. Coppie coniugate acido-base. Forza degli acidi e delle basi. Relazione tra la struttura chimica e la forza degli acidi. Equilibri acido-base in soluzione acquosa. Calcolo del grado di dissociazione di un acido debole. Autoionizzazione dell'acqua. La scala del pH. Relazione tra Ka e Kb per un acido e la sua base coniugata. Proprietà acido-base di anioni, cationi e sali. Indicatori di pH. Soluzioni tampone.

- Equilibri eterogenei.
Solubilità. Prodotto di solubilità. Reazioni di precipitazione. Effetto dello ione in comune. Effetto del pH sulla solubilità.

-Termodinamica e Cinetica chimica
Lavoro ed Energia, Primo e secondo principio della termodinamica. Scambi di energia nelle reazioni chimiche, Entalpia definizione, e applicazione della Legge di Hess. Entropia, Energia libera di Gibbs reazioni spontanee. Velocità di reazione. Legge di Arrhenius. Energia di attivazione. Catalizzatori.


- Generalità sui composti organici. Nomenclatura.
Catene carboniose. Isomeria strutturale. Idrocarburi. Radicali. Nomenclatura degli idrocarburi saturi, insaturi ed aromatici. Gruppi funzionali.

- Idrocarburi saturi: struttura e reattività.
Struttura degli alcani e dei cicloalcani. Isomeria cis-trans nei cicloalcani. Proprietà fisiche degli alcani e dei cicloalcani. Reazioni di ossidazione. Reazione di alogenazione degli alcani (meccanismo).

-Alcheni e alchini: struttura e reattività.
Generalità. Struttura degli idrocarburi insaturi. Isomeria geometrica cis-trans. Reattività degli alcheni. Addizione di acidi (meccanismo). Idratazione degli alcheni (meccanismo). Regola di Markovnikov (meccanismo). Addizione di alogeni (meccanismo). Idrogenazione degli alcheni. Reazione di ossidazione degli alcheni. Addizione radicalica al legame C=C. Reattività degli alchini. Acidità dell’acetilene.

- Idrocarburi aromatici.
Generalità. Struttura e reattività del benzene. Sostituzione elettrofila aromatica (meccanismo). Regola di Huckel. Sistemi aromatici policiclici.

- Composti eterociclici.
Eterociclici aromatici. Basi puriniche e pirimidiniche. Aromaticità e basicità del pirrolo e della piridina.

- Alcoli e fenoli.
Nomenclatura degli alcoli. Proprietà fisiche e chimiche. Ossidazione degli alcoli. Principali alcoli alifatici. Alcoli polivalenti. Fenoli.

- Eteri ed epossidi. Tioli e tioeteri.
Nomenclatura ed identificazione dei gruppi funzionali.

- Ammine.
Nomenclatura delle ammine. Proprietà fisiche e chimiche. Reazioni delle ammine.

- Aldeidi e chetoni.
Generalità. Nomenclatura. Addizione nucleofila. Reazione con alcoli. Tautomeria cheto-enolica. Condensazione aldolica. Reazioni di riduzione e di ossidazione.

- Acidi carbossilici e derivati degli acidi.
Nomenclatura. Proprietà fisiche degli acidi carbossilici. Acidità. Reazioni di addizione al carbonile. Acidi bicarbossilici. Alogenuri acilici. Anidridi degli acidi. Esteri. Proprietà fisiche e chimiche degli esteri.

-Macromolecole e Reazioni di polimerizzazione di particolare interesse in campo odontoiatrico

-Stereochimica.
Configurazione di uno stereocentro. Stereoisomeri. Enantiomeri. Attività ottica. Chiralità. Significato della chiralità nei sistemi biologici.

- Cenni di chimica nucleare con riferimento ad applicazioni in campo biomedico

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Elements of general and inorganic chemistry, organic chemistry in order to gain the sufficient knowledge to study macromolecules in life science and biochemistry in the following semester and in the 2nd year

Chimica e Propedeutica Biochimica, Bettelheim Brown Campbell Farrell, Casa Editrice, EdiSES
-Chimica e propedeutica Biochimica, Binaglia L., Giardina B., Casa Editrice McGraw-Hill
-Fondamenti di Chimica generale Atkins, Jones, laverman, Casa Editrice Zanichelli
-Chimica per le Scienze biomediche Sackeim & Lehman Casa Editrice: EdiSES

Educational goals:
Understanding of the fundamental laws that govern matter and its transformations.
Acquisition of the concepts of chemistry at the base of chemical, biochemical and biological phenomena at the atomic and molecular level.
Properties of matter in relation also to dental applications.
Importance of chemistry in the curriculum of studies in the CdL in Dentistry and Dental prosthesis for the purpose of understanding the mechanisms underlying physiological and pathological states, and the application of chemicals in professional practice.

Knowledge and learning outcomes:
Understanding of the basic notions and principles concerning the structure of matter at the atomic and molecular level, as well as the main characteristics and properties of the various aggregation states. Acquisition of the concept of bulk and ability to perform elementary stoichiometric calculations.
IUPAC rules and traditional nomenclature for organic and inorganic compounds.
Understanding of the properties of the solutions with particular regard to the methods for expressing the concentration, to the characteristics of the aqueous solutions of electrolytes and to the osmotic pressure. Knowledge of the various types of chemical reactions (acid-base reactions, redox reactions and precipitation reactions).
Knowledge and ability to interpret and apply the laws that regulate chemical equilibrium and reaction speed, both in gas phase and in solution, with special insights on acid-base equilibria and buffer systems.
Understanding of the thermodynamic bases that regulate chemical reactions.
Knowledge of the structure and the main properties of the most important classes of organic compounds with special insights on compounds of biological interest.

This supplementary activity provides basic information and therefore does not require pre-requisites.

Lectures and integrated practical exercises. The lessons will be divided into three parts. A brief introduction to resume the topics covered in the previous lesson, answers to questions about the topics covered and presentation of new topics.

The evaluation of the student's competence is based on both written and oral tests. The written test consists of exercises and open questions aimed at assessing the student's ability to apply the general chemistry laws and reaction mechanisms of organic chemistry and the basic knowledge of general and organic chemistry theory. The written exam includes questions and calculation exercises concerning the fundamental aspects of general and organic chemistry, as well as the main aspects of the concept of mole, stoichiometric calculations, properties of the solutions with particular regard to methods for expressing concentration, characteristics of aqueous solutions of electrolytes, colligative properties, official nomenclature of organic and inorganic chemical compounds, laws that regulate chemical equilibrium and reaction rates, acid-base and neutralization reactions, concepts of thermodynamics, structure, properties and reaction mechanisms of the most important classes of organic compounds, with special insights on those of biological interest. In order to pass the written part of the exam and access the oral exam, the student must obtain a score of 18/30. The oral exam covers all aspects of general and organic chemistry theory. The student should be able to discuss the topic and demonstrate the ability to link the acquired knowledge. The final score is expressed in 30/30 and is established during the oral examination while the written test gives only access to the oral part of the exam.

The material used for the lectures and exercises that are integrated in the course will be shared electronically (pdf file)

Composition of matter
Elements and compounds. Atoms. Symbols and formulas. Substances and mixtures. Molecules. Empirical and molecular formula. Structure and shape of molecules.

- Fundamentals of atomic structure.
The hydrogen atom: electrons and protons. Electrostatic forces. The helium atom: neutrons. Atomic number. Isotopes. Atomic mass.

- Energy levels and electronic configurations.
Quantization of energy. The Bohr model of the hydrogen atom. The uncertainty principle. Ionization energy and energy levels. Quantum numbers. The principle of exclusion of Pauli.

- The periodic table and chemical bonds.
Metals and not metals. Elements families. The periodic properties. The value. The covalent bond. Exceptions to the octet rule. Multiple bonds. Electronegativity. The polar bonds. Ionic bonds. The metallic bond. Hybridization.

- Stoichiometry.
Average atomic mass. Mass of a formula and molecular mass. The Avogadro constant. Molar mass. Chemical calculations: percentage composition, determination of the empirical formula. Chemical equations. Calculations with chemical equations. The reagent in default.

- The states of matter.
Fusion and solidification. Evaporation and condensation. Physical properties of gases. Laws by Boyle, Charles and Gay-Lussac. Normal conditions. General gas law. Kinetic-molecular theory of gases. Determination of the molar mass. Density of gases. Molar volume of a gas: Avogadro's law. Dalton's law of partial pressures.

- Nomenclature of inorganic compounds.

- Types of chemical reactions.
Neutralization reactions. Precipitation reactions. Oxidation-reduction reactions. Balance of reactions.

- Solutions.
Water. Hydrogen bridge bond. Solutions and methods for expressing concentration.

- Colligative properties.
Vapor pressure. Lowering the vapor pressure. Ebullioscopic elevation and cryoscopic lowering. Osmotic pressure. Electrolyte solutions.


- Chemical equilibrium.
Equilibria in gas phase and in aqueous solution. The law of mass action. The equilibrium constant. The reaction quotient. Calculation of equilibrium concentrations. The principle of Le Chatelier.

- Acids and bases.
Concept and definition of acid and basic. Acid-base reactions. Acid-base married couple. Strength of acids and bases. Relationship between the chemical structure and the strength of acids. Acid-base equilibria in aqueous solution. Calculation of the dissociation degree of a weak acid. Self-ionization of water. The pH scale. Relationship between Ka and Kb for an acid and its conjugate base. Acid-base properties of anions, cations and salts. PH indicators. Buffer solutions.

- Heterogeneous equilibria.
Solubility. Solubility product. Precipitation reactions. Effect of the ion in common. Effect of pH on solubility.

-Thermodynamics and chemical kinetics
Work and Energy, First and Second Principles of Thermodynamics. Energy exchanges in chemical reactions, Enthalpy definition, and application of the Law of Hess. Entropy, Gibbs free energy spontaneous reactions. Reaction speed. Arrhenius's law. Activation energy. Catalysts.
- General information on organic compounds. Nomenclature.
Carbon chains. Structural isomerism. Hydrocarbons. Radicals. Nomenclature of saturated, unsaturated and aromatic hydrocarbons. Functional groups.

- Saturated hydrocarbons: structure and reactivity.
Structure of alkanes and cycloalkanes. Cis-trans isomerism in cycloalkanes. Physical properties of alkanes and cycloalkanes. Oxidation reactions. Alkane halogenation reaction (mechanism).

-Alchens and alkynes: structure and reactivity.
Generality. Structure of unsaturated hydrocarbons. Geometric cis-trans isomerism. Reactivity of alkenes. Acid addition (mechanism). Hydration of alkenes (mechanism). Markovnikov's rule (mechanism). Addition of halogens (mechanism). Hydrogenation of alkenes. Alkene oxidation reaction. Radical addition to the C = C link. Reactivity of alkynes. Acidity of acetylene.

- Aromatic hydrocarbons.
Generality. Structure and reactivity of benzene. Aromatic electrophilic replacement (mechanism). Huckel's Rule. Polycyclic aromatic systems.

- Heterocyclic compounds.
Heterocyclic aromatics. Purine and pyrimidine bases. Aromaticity and basicity of pyrrole and pyridine.

- Alcohols and phenols.
Nomenclature of alcohols. Physical and chemical properties. Oxidation of alcohols. Main aliphatic alcohols. Polyvalent alcohols. Phenols.

- Ethers and epoxies. Tioli and thioethers.
Nomenclature and identification of functional groups.

- Ammine.
Nomenclature of amines. Physical and chemical properties. Reactions of amines.

- Aldehydes and ketones.
Generality. Nomenclature. Nucleophilic addition. Reaction with alcohols. Keto-enol tautomerism. Aldolic condensation. Reduction and oxidation reactions.

- Carboxylic acids and acid derivatives.
Nomenclature. Physical properties of carboxylic acids. Acidity. Carbonyl addition reactions. Bicarboxylic acids. Acyl halides. Acid anhydrides. Foreign. Physical and chemical properties of esters.

-Macromolecules and polymerization reactions of particular interest in the dental field

-Stereochimica.
Configuring a stereocentre. Stereoisomers. Enantiomers. Optical activity. Chirality. Meaning of chirality in biological systems.

- Nuclear chemistry with reference to applications in the biomedical field.