66992 - CHIMICA ORGANICA (A-L)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le nozioni necessarie alla comprensione ed utilizzo dei principali composti organici a livello di classificazione, struttura e proprietà. Lo studente acquisisce inoltre i concetti principali utili all'interpretazione della reattività dei composti organici. Infine, attraverso semplici esperimenti di preparazione e isolamento di composti organici, lo studente completa e concretizza la propria conoscenza della chimica organica di base, utile anche alla conoscenza dei composti biologici.

Contenuti

1. Struttura e proprietà delle molecole organiche - La struttura elettronica dell'atomo. Orbitali atomici. Orbitali molecolari e legame covalente. Orbitali ibridi: formazione di molecole complesse. Polarità ed elettronegatività. Nucleofili ed elettrofili.

2. Gruppi funzionali e nomenclatura IUPAC – Il concetto di gruppo funzionale in chimica organica. Caratteristiche strutturali dei gruppi funzionali più comuni: alcani, alcheni, alchini, alogenuri, alcoli, tioli, eteri, ammine, idrocarburi aromatici, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati (alogenuri acilici, anidridi, esteri, ammidi). Il sistema IUPAC di denominazione dei composti organici.

3. Alcani e cicloalcani– Idrocarburi saturi, formula bruta. Struttura e isomeria strutturale. Nomenclatura. Proprietà chimiche e fisiche. Conformazioni sfalsate ed eclissate degli alcani. Proiezioni di Newman. Cicloalcani: struttura e nomenclatura. Cicloesano: conformazioni e mobilità. Stereoisomeria cis-trans nei cicloalcani disostituiti.

4. Stereochimica- Stereoisomeria (enantiomeri e diastereoisomeri). Sterocentri e chiralità delle molecole. Configurazione e descrittori R/S. Proiezioni di Fisher. Molecole con due stereocentri, composti meso. Proprietà degli stereoisomeri. Miscele racemiche. Significato della chiralità nel mondo biologico.

5. Alcheni e alchini– Idrocarburi insaturi. Struttura e nomenclatura. Doppio legame e rotazione impedita, isomeria cis-trans e stabilità relativa degli isomeri. Proprietà fisiche e chimiche. Generalità sulle reazioni organiche: formazione di legami, meccanismi di reazione, diagrammi di energia potenziale e coordinata di reazione; reazioni eso- ed endotermiche; stato di transizione, intermedi, energia di attivazione. Addizioni elettrofile agli alcheni; meccanismo generale, regola di Markovnikov, carbocationi, specie elettrofile. Addizione di acidi alogenidrici. Idratazione acido catalizzata. Addizione di alogeni. Aspetti stereochimici delle addizioni. Idrogenazione catalitica: sin-addizione. Addizione di ossigeno (ossirani). Dieni coniugati. Risonanza: regole e strutture di risonanza.

6. Alchini: struttura e nomenclatura. Acidi e basi secondo Brönsted. Reazioni di addizione elettrofila. Addizione di acidi alogenidrici. Idratazione acido catalizzata. Tautomeria cheto-enolica. Acidità degli alchini terminali. Fattori che influenzano l’acidità dei composti organici. Reazione dell’anione acetiluro.

7. Alogenuri alchilici– Struttura e proprietà. Nomenclatura. Preparazione: alogenazione radicalica degli alcani. Meccanismo di reazione radicalica: reazione a catena (inizio, propagazione e terminazione). Geometria dei radicali e stabilità relativa. Reazioni di sostituzione nucleofila. Nucleofili e sostituzione nucleofila degli alogenuri alchilici. Meccanismo SN2 e SN1. Carbocationi, forma e stabilità relativa. Fattori che favoriscono le reazioni di SN2 e di SN1 degli alogenuri alchilici. Reazioni di β-eliminazione: la deidroalogenazione degli alogenuri alchilici. Regioselettività (regola di Zaitsev). Meccanismi E1 e E2. Competizione tra sostituzione ed eliminazione.

8. Alcoli, tioli, eteri ed epossidi– Alcoli: struttura, nomenclatura, proprietà fisiche e chimiche. Confronto alcoli/tioli. Reazioni degli alcoli. Disidratazione acido catalizzata degli alcoli: formazione regioselettiva di alcheni (meccanismi E1 e E2). Stato di ossidazione di un composto organico: reazioni di ossidazione e riduzione. Ossidazione degli alcoli. Eteri: struttura e nomenclatura. Epossidi: struttura, tensione d'anello e nomenclatura. Reattività degli epossidi.

9. Composti aromatici. Il benzene: energia di risonanza e stabilizzazione. Criteri di aromaticità. Regola di Hückel. Esempi di composti aromatici e non. Composti eterociclici aromatici. L’effetto dell’aromaticità sul valore di pKa di alcuni composti. Acidità del fenolo. Reazioni del benzene. Sostituzione elettrofila aromatica: meccanismo generale. Acidi e basi secondo Lewis. Alogenazione. Nitrazione. Solfonazione. Acilazione e alchilazione di Friedel-Crafts. Benzeni sostituiti: nomenclatura. Effetto dei sostituenti sulla sostituzione elettrofila del benzene: velocità di reazione e orientazione.

10. Aldeidi e chetoni– Struttura e Nomenclatura. Reattività del gruppo carbonilico. Addizione nucleofila acilica. Composti organometallici. Reattivi di Grignard. Addizione di ione acetiluro, ione cianuro, ammine primarie (formazione di immine), alcoli (formazione di acetali). Riduzione e ossidazione del gruppo carbonilico.

11. Acidi carbossilici– Struttura e Nomenclatura. Proprietà fisiche: dimeri, p.e., solubilità, regioni idrofobe/idrofile. Acidità, effetti induttivi e di risonanza; reazioni con basi forti, solubilità dei sali.

12. Derivati degli acidi carbossilici– Struttura e nomenclatura di alogenuri acilici, anidridi, esteri, ammidi. Reazione generale di sostituzione nucleofila acilica, confronto con l'addizione nucleofila, reattività dei diversi derivati: idrolisi degli esteri.

13. Reazioni al carbonio in alfa al carbonile- Acidità del carbonio alfa. Reattività degli enolati. Condensazione aldolica. Decarbossilazione degli acidi 3-ossocarbossilici. Sintesi malonica.

14. Carboidrati- Struttura generale e classificazione. Rappresentazione mediante proiezione di Fischer e di Haworth. Definizione serie D e serie L. Struttura ciclica e formazione di emiacetali: mutarotazione del glucosio, conformazione dei monosaccaridi. Reazioni dei monosaccaridi: formazione di acetali, riduzione, ossidazione (definizione di zuccheri riducenti). I disaccaridi: cellobiosio, maltosio, lattosio, saccarosio. I polisaccaridi: cellulosa e amido.

15. Ammine– Nomenclatura, classificazione, struttura e proprietà. Basicità delle ammine alifatiche e aromatiche. Alcaloidi. Struttura chimica di basi azotate, nucleosidi e nucleotidi.

16. Amminoacidi- Struttura generale. Amminoacidi basici e amminoacidi acidi. Struttura dipolare e punto isoelettrico. Peptidi. Legame peptidico. Proteine.

Testi/Bibliografia

Chimica Organica - McMurry; Nona Edizione;  Piccin

Chimica Organica - Brown et al;  Sesta Edizione Edises

Chimica Organica - Bruice et al; Terza Edizione Edises

Chimica Organica - Solomons&Fryhle Terza Edizione; Zanichelli

Metodi didattici

Corso frontale con diapositive proiettati a lezione e commentati con ausilio di schermi interattivi o lavagna

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta della durata di 2 ore, costituita da 15 domande a risposta multipla volte ad accertare la conoscenza dei principi generali della chimica organica, e 3 domande a risposta aperta incentrate su reattività, comportamento e meccanismi di reazione delle specie organiche trattate.

Strumenti a supporto della didattica

Verranno fornite copie delle slides del corso e della letteratura in formato pdf.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Walter Cabri

Consulta il sito web di Paola Franchi