00148 - CHIMICA ORGANICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente: - conosce e comprende i principi fondamentali della chimica organica, le principali metodologie di sintesi e i meccanismi attraverso i quali i composti organici si formano e si trasformano (sia in laboratorio che nei sistemi naturali ed ambientali). - è in grado di applicare le conoscenze acquisite sul chimismo delle molecole organiche alla soluzione di problemi sia in ambito strettamente chimico che nel contesto più ampio della scienze della vita (con particolare riferimento a quelle inerenti la chimica farmaceutica, la biochimica e la farmacologia).

Contenuti

1) Legame covalente e geometria molecolare:

Introduzione al corso. Struttura dell'atomo. Configurazione elettronica. Energia di ionizzazione. Affinità elettronica. Elettronegatività. Il legame chimico: ionico e covalente. Momento dipolare di legame. Strutture di Lewis. Il modello VSEPR. Gli orbitali atomici. Cenno alla teoria degli orbitali molecolari. Il legame sigma. Il legame p greco. Orbitali ibridi sp3. 

2) Alcani e cicloalcani

Formula molecolare e ibridazione sp3. Isomeria strutturale. Nomenclatura IUPAC e non sistematica. Analisi conformazionale dell'etano, propano, butano. Cenno alle forze intermolecolari e loro influenza sulle proprietà fisiche dei composti chimici. Proprietà fisiche. Combustione. Analisi della struttura del ciclopropano, ciclobutano, ciclopentano, cicloesano. Conformazione a sedia del cicloesano. Legami assiali ed equatoriali. Analisi conformazionale del cicloesano e suoi derivati mono e disostituiti.

3) Stereoisomeria e chiralità

Centri chirali. Enantiomeri. Regole di priorità. Descrittori di configurazione R,S. La proiezione di Fisher. Attività ottica. Miscele racemiche. Diastereoisomeri. Forme meso. Risoluzione di enantiomeri.

4) Acidi e basi

Acidi e basi di Bronsted-Lowry. La costante di acidità. Acidi e basi organiche. Fattori strutturali che determinano la forza di un acido. Acidi e basi di Lewis. Struttura degli addotti acido-base.

5) Alcheni

Formula molecolare, struttura orbitalica. Isomeria cis/trans. Nomenclatura. Stabilità termodinamica degli alcheni. Calori di idrogenazione. Nomenclatura E/Z. Momento dipolare molecolare e polarità degli alcheni. Rilevanza degli alcheni. Dieni, trieni, polieni. Risonanza. 

6) Le reazioni degli Alcheni

Meccanismo di reazione. Termodinamica delle reazioni. Profilo di reazione a singolo stadio. Stato di transizione. Profilo di reazioni a due stadi. Intermedio di reazione. Cinetica di reazione. Reazioni di primo e secondo ordine. La costante di velocità. L'equazione di Arrhenius. Postulato di Hammond. Nucleofili ed elettrofili. L'addizione elettrofila. Addizione di acidi alogenidrici. Regola di Markovnikov. Carbocationi. Trasposizione di carbocationi. Reazione di idratazione. Addizione di alogeni. Formazione di intermedi ciclici. Addizione anti. Reazioni stereospecifiche. Sistemi coniugati: 1,3 butadiene. Addizione 1,2 e 1,4 di elettrofili. Controllo cinetico e termodinamico di una reazione. Idroborazione-ossidazione: addizione sin, addizione anti-Markovnikov. Riduzione degli alcheni: idrogenazione catalitica in fase eterogenea. Ossidazione degli alcheni: reazione con peracidi, osmio tetrossido e permanganato di potassio, ozonolisi. Cenni alle reazioni di polimerizzazione.

7) Alchini

Alchini: struttura, ibridazione sp, nomenclatura. Addizione elettrofila. Addizione di acidi alogenidrici, alogeni, idratazione e idroborazione-ossidazione. Idrogenazione catalitica e riduzione con metalli. Acidità di alchini terminali.

8) Alogenoalcani, alogenazione e reazioni radicaliche

Nomenclatura, proprietà fisiche. Intermedi radicalici. Stabilità dei radicali alchilici. La reazione di alogenazione radicalica degli alcani. Formazione di regioisomeri. Reattività e selettività nelle reazioni di clorurazione e bromurazione degli alcani. Alogenazione allilica. Il radicale allilico. Addizione di HBr agli alcheni in presenza di perossidi.

9) Sostituzione nucleofila e beta-eliminazione

Meccanismo SN2. Stato di transizione. Struttura dell'alogenoalcano, del gruppo uscente, del nucleofilo. Basicità e nucleofilicità. Stereochimica della SN2. Solventi protici e aprotici, polari e apolari. Buoni, medi e cattivi nucleofili. Meccanismo SN1. Stereochimica della SN1. Effetto del solvente sui meccanismi SN2 e SN1. Meccanismo E2. Regola di Zaitsev. Regola di Hofmann. Stereochimica anti. Meccanismo E1. Riassunto dei fattori che influenzano la sostituzione nucleofila e l'eliminazione.

10) Alcoli e Tioli

Alcoli: struttura, nomenclatura e proprietà fisiche. Acidità . Reazione con metalli. Conversione in alogeno alcani. Disidratazione. Ossidazione. Tioli: struttura ed acidità, nomenclatura, proprietà fisiche. Sintesi e reattività nelle SN2. Reazioni di ossidazione.

11) Eteri, epossidi e solfuri

Eteri: struttura, proprietà fisiche e nomenclatura. Preparazione degli eteri: sintesi di Williamson; condensazione di alcoli; addizione di alcoli ad alcheni acido-catalizzata. Scissione degli eteri. Ossidazione. Epossidi: nomenclatura e sintesi. Reazioni di apertura degli epossidi. Eteri corona. Tioeteri o solfuri: preparazione mediante sintesi di Williamson.

12) Aldeidi e chetoni

Struttura, nomenclatura e metodi di preparazione. Composti organometallici: organometalli di Litio e Magnesio. La reazione di addizione nucleofila acilica: Addizione dei reattivi di Grignard, alchinuri, HCN. Addizione di acqua e di alcoli. Formazione di acetali e loro idrolisi. Emiacetali ciclici. Addizione di nucleofili azotati, formazione di immine ed enammine. Riduzione ad alcoli e ad alcani. Ossidazione di aldeidi. Tautomeria cheto-enolica. Acidità di idrogeni in alfa. Enolati: alfa-alchilazione; autocondensazione aldolica, condensazione aldolica incrociata. 

13) Acidi carbossilici.

Struttura, nomenclatura e metodi di preparazione, proprietà fisiche. Acidità. Riduzione. Sostituzione nucleofila acilica: formazione di cloruri acilici, anidridi, esteri, ammidi. Lattoni e lattami.

14) Derivati funzionali degli acidi carbossilici

Nomenclatura di tutti i derivati degli acidi carbossilici e dei nitrili. Strutture di risonanza e stabilità. La sostituzione nucleofila acilica. Idrolisi di cloruri degli acidi e anidridi. Conversione di cloruri degli acidi in anidridi, esteri ed ammidi. Reazione con reattivi di Grignard. Conversione di anidridi in esteri ed ammidi. Idrolisi acida e basica di esteri. Transesterificazione. Condensazione di Claisen. Idrolisi acida e basica delle ammidi. Formazione e idrolisi dei nitrili. Riduzione. 

15) Il benzene e il concetto di aromaticità.

Benzene: criteri per l'aromaticità , regola di Huckel. Idrocarburi policiclici aromatici. Eterocicli aromatici: pirrolo, furano, tiofene. Piridina ed imidazolo.

16) Reazioni del benzene e dei suoi derivati

Sostituzione elettrofila aromatica: SEAr: alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed acilazione di Friedel Crafts. Benzeni disostituiti: formazione di isomeri orto, meta e para. Effetto elettronico del sostituente. Effetti induttivo e mesomerico. Effetti orientanti del sostituente. Catione, radicale e anione benzilico. Alogenazione radicalica benzilica. Ossidazione benzilica di alchilbenzeni. Fenoli: acidità, effetto dei sostituenti. Chinoni.

17) Ammine

Nomenclatura. Basicità delle ammine aromatiche ed alifatiche. Basicità della piridina, del pirrolo e dell'imidazolo. Fattori che influenzano la basicità delle ammine. Metodi di preparazione: alchilazione di ammoniaca ed ammine; da azidi e da ammidi; amminazione riduttiva; riduzione di nitroderivati aromatici ed alifatici. Metilazione esauriente di ammine primarie ed eliminazione di Hoffmann. Reazioni di ammine primarie aromatiche con acido nitroso. Formazione di sali di arendiazonio e loro reazioni caratteristiche.

18) Carboidrati

Monosaccaridi, aldosi e chetosi. Configurazione: la notazione D ed L. Configurazione degli aldosi e chetosi. Epimeri. Reazioni redox di monosaccaridi. Formazione di emiacetali. La struttura ciclica, anomeri alfa e beta. Mutarotazione. Glicosidi. Zuccheri riducenti e non riducenti. Disaccaridi: maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio.

19) Lipidi

Trigliceridi, Fosfolipidi, Sfingolipidi, Terpeni, Steroidi.

20) Amminoacidi

Configurazione e proprietà acido-base. Punto isoelettrico. Peptidi. Il legame peptidico e la struttura primaria delle proteine. Il legame disolfuro. La struttura secondaria delle proteine: alfa-elica e foglietti beta. Sintesi di peptidi: protezione del gruppo amminico e attivazione del gruppo carbossilico.

21) Nucleosidi, Nucleotidi ed Acidi Nucleici

Basi azotate puriniche e pirimidiniche; nucleosidi, nucleotidi, acici nucleici: DNA e RNA .

 

Testi/Bibliografia

- K. P. C. Vollhardt, N. E. Schore, Chimica Organica; 4a Ed., Zanichelli (2016)

- W. H. Brown, C. S. Foote, B.L. Iverson, E. V. Anslyn, Chimica Organica – 5a Ed., EdiSES, 2015

- P. Yurkanis Bruice, Chimica Organica, EdiSES, 2005

- J. Gorzynski Smith, Chimica Organica, McGraw-Hill, 2007

- B.L. Iverson, S. Iverson, Guida alla soluzione dei problemi da Chimica Organica di Brown, Foote, B Iverson, Anslyn, 4a Ed., EdiSES, 2016.

- T. W. G. Solomons, C. B. Fryhle, R. G. Johnson, La chimica organica attraverso gli esercizi
Seconda edizione

Metodi didattici

Il corso consiste in lezioni frontali.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame che accerti le conoscenze richieste mediante una prova scritta della durata di 90 minuti ed una prova orale sul programma svolto.

La prova scritta consiste in un test di 10 domande in parte a risposta aperta ed in parte a risposta multipla. I quesiti tenderanno ad accertare la conoscenza teorica, la capacità di riconoscere i gruppi funzionali presenti in una molecola organica con la relativa reattività e la capacità di scegliere i reagenti e riconoscere i prodotti di una reazione di sintesi. Ogni quesito a risposta multipla vale 2.5/30, ogni domanda aperta vale 3.5/30. Il punteggio minimo richiesto per superare la prova scritta e che permette di accedere alla prova orale è di 18/30.
La prova orale sarà incentrata sull'identificazione dei prodotti e sull'esposizione dei meccanismi delle principali reazioni organiche. La durata della prova è mediamente di 20-25 minuti. Il voto finale rappresenta una media delle prestazioni delle due prove.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni vengono svolte mediante videoproiettore.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elisabetta Mezzina