Scienze dell'Alimentazione e Gastronomia L-26

Lo studio e l’apprendimento dei contenuti del corso di Chimica Inorganica e Organica, in linea con gli obiettivi formativi del corso di laurea, si colloca nell’ambito delle discipline chimiche, fornisce i fondamenti teorici delle scienze chimiche e permette allo studente di familiarizzare con il linguaggio di questa materia. Esso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base della struttura della materia, del legame chimico, degli stati di aggregazione della materia, delle sue proprietà e trasformazioni. Il corso fornisce informazioni circa le leggi che regolano le reazioni, facendo riferimento alle proprietà termodinamiche dei sistemi e alla chimica delle soluzioni acquose (moduli di Chimica Inorganica). Allo stesso tempo, il corso fornisce una conoscenza di base sulla nomenclatura, struttura e reattività dei principali gruppi funzionali presenti in molecole organiche (moduli di Chimica Organica), propedeutici all'acquisizione di una solida ed equilibrata conoscenza di base della composizione molecolare degli alimenti nonché le relazioni che sussistono con le loro proprietà chimico-fisiche. Il Corso introduce lo studente al linguaggio e alla metodologia delle scienze chimiche, fornendo gli strumenti necessari alla comprensione dei successivi insegnamenti correlati alla chimica previsti dall'ordinamento del Corso di Laurea.

Attività didattica erogativa (15 ore):

• 30 lezioni frontali videoregistrate, della durata di circa 30 minuti ciascuna (tenuta in considerazione la necessità di riascolto) sempre disponibili in piattaforma;

Attività didattica interattiva (12 ore):

Esercitazioni interattive da 60 o 120 min, svolte in modalità sincrona secondo il calendario didattico in piattaforma.

Attività di autoapprendimento:

• test di autovalutazione con domande a scelta multipla, alla fine di ogni videolezione;

L'articolazione tra DE e DI, per ciascuna unità didattica, sarà organizzata coerentemente con gli obiettivi formativi specifici dell’insegnamento.

 Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito:

Conoscenza e capacità di comprensione

Nel suo percorso formativo, lo studente deve dimostrare di aver acquisito le conoscenze di base della chimica generale e della chimica organica per essere in grado di conoscere:

1. la nomenclatura IUPAC sia per la Chimica Inorganica che per la Chimica Organica,
2. il concetto di acido, base e sale;
3. la tavola periodica;
4. gli orbitali atomici;
5. le reazioni acido-base;
6. il concetto di una reazione redox;
7. gli stati fisici della materia, la struttura atomica e molecolare;
8. i gruppi funzionali delle molecole organiche (alcani, alcheni, alchini, alcool, esteri, ammidi, ammine, carboidrati, proteine ecc.);
9. le caratteristiche strutturali dei vari gruppi funzionali dei composti organici,
10. le reazioni organiche fondamentali;
11. i composti aromatici;
12. comprendere le proprietà chimiche delle molecole di interesse gastronomico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente dovrà essere in grado di: 

1. denominare correttamente le varie molecole secondo il sistema IUPAC e/o tradizionale,
2. riconoscere le varie tipologie di reazioni chimiche (acido-base, ossido-riduzione, addizione-sostituzione-eliminazione),
3. completare gli schemi di reazione base per i composti studiati,
4. cogliere le interconnessioni tra strutture molecolari e loro reattività chimica;
5. predire alla luce dei gruppi funzionali presenti in una molecola le sue caratteristiche di reattività, solubilità e acidità;
6. ottenere informazioni di base sugli stati fisici della materia, sulla struttura atomica e molecolare.

Abilità di giudizio

Particolare attenzione viene posta allo sviluppo di capacita? di analisi critica dei fattori chiave dei processi chimici alla base delle trasformazioni che hanno luogo nei sistemi di interesse agroalimentare, in particolare riconducendo i fenomeni macroscopici alla struttura ed alla reattività delle funzionalità chimiche tipiche dei contesti agroalimentari.

Abilità di comunicare

1. dimostrare di poter illustrare con chiarezza, esemplificandole in maniera appropriata, le regole, le convenzioni, la terminologia tecnica e le notazioni della chimica generale ed organica;
2. dimostrare di saper comunicare in maniera efficace sia oralmente che in forma scritta;
3. utilizzare il linguaggio scientifico appropriato alla descrizione di una reazione chimica;
4. di aver compreso e saper esporre efficacemente gli scopi, le potenzialità e gli obiettivi propri della disciplina, inseriti anche in contesti tematici interdisciplinari.

Capacità di apprendimento

Il corso fornisce allo studente gli strumenti per:

1. comprendere un seminario o un lavoro scientifico che affronti argomenti attinenti a quelli del programma del corso;
2. comprendere le proprietà chimiche delle molecole o dei meccanismi di reazione illustrati in insegnamenti affini

 Prima parte (Chimica Generale ed Inorganica)

UNITA’ DIDATTICA 1 (CFU 2)

Struttura atomica e teoria atomica. La materia, atomi e molecole. Struttura dell'atomo, protoni, neutroni, elettroni, numero atomico, numero di massa. Elementi e composti. Teoria atomica della materia, modello di Thomson, Rutherford e Modello quantistico di Bohr dell'atomo di idrogeno.

Orbitali atomici. Orbitali atomici, distribuzione degli elettroni. Proprietà periodiche: energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, raggio atomico. Ioni.

Il Legame chimico. Il legame chimico. Strutture di Lewis di molecole neutre e ioniche, cariche formali, formule di risonanza. Proprietà dei legami covalenti. Legami covalenti polarizzati e polarità. Legami ionici.

Teoria elementare del legame chimico- Strutture e geometrie molecolari. Teoria dell'orbitale molecolare e del legame di valenza. Orbitali ibridi.

UNITA’ DIDATTICA 2 (CFU 0,5)

Le unità di misura e la mole. Massa e peso, calore e temperatura, lunghezza, volume e densità. Il concetto di mole ed utilizzo nei calcoli stechiometrici. Peso atomico, peso molecolare. Formula minima e molecolare.

Le Reazioni chimiche. Bilanciamento stechiometrico delle masse. Reagente limitante, resa di reazione.

Le Reazioni di ossidoriduzione. Numero di ossidazione. Reazioni di ossidoriduzione. Determinazione dei coefficienti stechiometrici delle reazioni redox. Stechiometria di reazioni.

Le principali classi di composti. Idruri, idracidi, ossidi basici, anidridi, idrossidi, ossiacidi, Sali.

UNITA’ DIDATTICA 3 (CFU 1)

Le Soluzioni. Metodi per misurare la concentrazione delle soluzioni: percentuale, molarità, molalità. Solvatazione, composti solubili ed insolubili. Soluzioni e miscele a più componenti: legge di Raoult. Proprietà colligative: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico, osmosi.

Equilibrio chimico. Costanti di equilibrio, perturbazione dell'equilibrio, legge di Le Chatelier. Equlibri acido-base.

Acidi e Basi. Definizione di acidità e basicità secondo Arrenhius e secondo Bronsted-Lowry. Prodotto ionico dell'acqua, il pH. Forza degli acidi e delle basi, acidi e basi forti. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti.

Acidi e Basi Deboli. Stima del pH di soluzioni di acidi e basi deboli. Calcolo di Ka e del Kb. Idrolisi basica e acida dei sali, soluzioni tampone.

Le soluzioni tampone.

Equilibri eterogenei in soluzione acquosa. Prodotto di solubilità. Relazione tra prodotto di solubilità e solubilità.

 UNITA’ DIDATTICA 4 (CFU 0.5)

Stati della materia. Stato gassoso, Legge di Boyle, Legge di Charles, Equazione di stato dei gas ideali. Stato Liquido, interazioni intermolecolari, tensione di vapore, punto di ebollizione, viscosità. Stato solido, solidi cristallini ed amorfi. Cambiamenti di fase e diagrammi di stato.

UNITA’ DIDATTICA 5 (CFU 2)

Termodinamica. Le forme di energia. Prima legge della termodinamica, entalpia, calore di reazione. Entropia, seconda legge della termodinamica. Energia libera di Gibbs.

Cinetica chimica. Velocità di reazione, legge cinetica. Effetto della temperatura, della concentrazione, teoria degli urti. Equazione di Arrenhius. Catalizzatori.

Elettrochimica. Celle elettrochimiche. Bilanciamento di reazioni redox.

Seconda Parte (Chimica Organica)

UNITA’ DIDATTICA 6 (CFU 2)

Il carbonio. Il carbonio (breve storia della chimica organica), Configurazione elettronica del carbonio. Ibridizzazione (formazione del legame, ibridizzazione sp, sp2, sp3, geometria molecolare) del carbonio nei composti organici. Classificazione delle reazioni organiche.

  Alcani. Struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche, conformazioni. Cicloalcani. Reattività del legame C-H: combustione, auto-ossidazione, alogenazione. Radicali al carbonio. Numero di ossidazione di composti organici. Alogenoalcani.

Alcheni. Struttura, nomenclatura e proprietà. Isomeria. Idrogenazione del doppio legame. Meccanismo di addizione elettrofila al doppio legame: addizione di acidi alogenidrici, acqua, alogeni. Polimerizzazione, polimeri sintetici e naturali. Dieni, effetti di coniugazione.

Alchini.

Steroisomeria. Configurazione relativa ed assoluta. Enantiomeri e disatereoisomeri.

 UNITA’ DIDATTICA 7 (CFU 1)

Alcoli. Struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche, reattività. I concetti di nucleofilo ed elettrofilo. Reazioni di sostituzione nucleofila, meccanismi Sn2 e Sn1. Carbocationi. Reazioni di eliminazione, meccanismi E2 e E1. Eteri.

Eteri ed epossidi. Nomenclatura, proprietà. Preparazione: reazione di Williamson. Preparazione degli epossidi: disidratazione di aloidrine e ossidazione di alcheni. Reazioni degli epossidi con nucleofili.

Alogenuri alchilici. Nomenclatura. Proprietà chimico-fisiche. Composti alogenati. Reazioni di Sostituzione Nucleofila SN1 e SN2; meccanismo e conseguenze stereochimiche.

UNITA’ DIDATTICA 8 (CFU 2)

Aldeidi e chetoni. Struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche. Meccanismo di addizione nucleofila. Addizione di acqua. Addizione di alcoli: formazione di emiacetali ed acetali. Addizione di ammine: formazione di immine. Ossidazine delle aldeidi, saggi di riconoscimento. Tautomeria cheto-enolica e condensazione aldolica.

Acidi carbossilici. Nomenclatura. Proprietà fisiche e acidità: confronto tra aromatici e alifatici. Salificazione. Metodi di preparazione: ossidativi, per carbossilazione, per idrolisi di derivati. Reazioni di riduzione. Reazioni di sostituzione: dell'idrogeno idrossilico e del gruppo idrossilico. Decarbossilazione dei beta-chetoacidi.

 Derivati degli acidi carbossilici. Nomenclatura. Esteri: sapori e aromi. Ammidi: Acidità e basicità. Sostituzione Nucleofila Acilica: - idrolisi: differenze di reattività; - alogenuri acilici: preparazione di esteri, ammidi e anidridi. - anidridi: preparazione di esteri e ammidi. - esteri: transesterificazione. Reazioni degli esteri con composti organometallici. Riduzione di esteri, ammidi e nitrili con idruri metallici e con borano. Cenni sulle reazioni degli anioni enolato attivati.

UNITA’ DIDATTICA 9 (CFU 0.5)

Ammine. Struttura, nomenclatura, proprietà acido-base.

Composti aromatici. Aromaticità e regole di Huckel. Eteroaromatici. Fenoli e ammine aromatiche.

UNITA’ DIDATTICA 10 (CFU 0.5)

Peptidi e proteine. Struttura, proprietà e classificazione. Proteine negli alimenti.

Carboidrati. Struttura dei monosaccaridi, conformazioni in soluzione, mutarotazione. Glucosio, fruttosio, galattosio. Glicosidi. Ossidazione degli zuccheri, zuccheri riducenti. Riduzione degli zuccheri. Reazioni con le ammine, la reazione di Maillard. Disaccaridi: maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio. Idrolisi dei disaccaridi, zucchero invertito. Polisaccaridi: amilosio, amilopectina, amido, glicogeno, cellulosa.

 TESTO DI RIFERIMENTO PER I MODULI DI CHIMICA GENERALE ED INORGANICA

Masterton, Hurley: Chimica, Principi e reazioni. Editore Piccin Padova

Nivaldo J. Tro: Chimica, un approccio molecolare. Editore Edises.

TESTO DI RIFERIMENTO PER I MODULI DI CHIMICA ORGANICA

Brown, Poon: Introduzione alla Chimica Organica. Editore EDISES Napoli

L’esame è volto a valutare le conoscenze acquisite nell’ambito del corso tra cui: conoscenza e comprensione delle basi teoriche della chimica inorganica e organica; struttura e proprietà molecolari; reattività; conoscenza della nomenclatura chimica, con particolare riferimento a quella IUPAC; capacità di individuare i diversi gruppi funzionali di una molecola e apprezzarne la diversa reattività. L’esame può includere esercizi stechiometrici, pertanto prevede calcolatrice, tavola periodica, carta e penna come materiali di supporto ammessi. L'esame consiste in una prova scritta, costituita da 31 domande a risposta multipla. Le domande 1-30 valgono 1 punto ciascuna. La 31esima domanda è presa in considerazione solo qualora le altre siano corrette e consente il raggiungimento del voto di 30 e lode.

Non vi sono prerequisiti nè propedeuticità di rilievo.