Farmacia

RAFFAELE SALADINO

L’insegnamento ha lo scopo di fornire una corretta conoscenza dei principi fondamentali della
chimica organica, proponendone i contenuti in due fasi distinte, tra loro strettamente collegate
sotto il profilo logico. Nella prima fase l’attenzione viene focalizzata su classificazione e
nomenclatura adottata nel contesto dei composti organici, sulla simbologia da utilizzare per
rappresentare strutture e reazioni riguardanti tali specie e sulla descrizione delle proprietà
chimico-fisiche, acido-base, nucleofile-elettrofile espresse dai composti trattati. Nella seconda fase
l’insegnamento viene invece incentrato sulla descrizione delle tipologie di reazione che possono
vedere coinvolte le varie classi di composto, razionalizzandone lo studio attraverso la definizione
dei possibili meccanismi in grado di governarle. Nel contesto della metodologia appena descritta
gli obiettivi che si intendono conseguire sono i seguenti:

1) raggiungimento da parte degli studenti di un adeguato grado di conoscenza specializzata (intesa
come capacità di richiamare teorie, regole, nomenclatura ecc.), da gestire con autonomia per
comprendere contenuti inerenti argomenti di chimica organica incontrati nella bibliografia di tipo
primario e secondario (libri di testo e articoli scientifici);

2) sviluppo della capacità di interpretare ed elaborare correttamente schemi di reazione,
sapendone identificare con competenza i meccanismi implicati, e di proporre eventuali vie
alternative alle sintesi incontrate;

3) stabilire interconnessioni tra i diversi argomenti studiati, sapendone identificare gli aspetti che
risulteranno propedeutici allo studio di corsi successivi;

4) aver maturato autonomia nella capacità di scambiare opinioni, idee e informazioni inerenti gli
argomenti di chimica organica studiati nell’ambito del presente insegnamento.

Prova scritta
Prova orale
Modalità di valutazione (ITA):
L’esame consiste di una prova scritta (della durata di 1 ora ), che serve per l’ammissione all'esame orale, seguita dalla prova orale. Una volta sostenuta anche la prova orale, lo studente acquisisce i 10 CFU totali dell’insegnamento, con una votazione finale in trentesimi.
La prima prova di valutazione a cui lo studente in corso può partecipare è erogata alla fine dell'insegnamento. Non sono previste prove intermedie.
La prova scritta verte sullo svolgimento di un compito costituito da 3 domande di diversa natura compresa la descrizione di meccanismi di reazione (fac-simile della prova sono disponibili sulla pagina e-learning). Il voto minimo per accedere alla prova orale è 18/30.
Per accedere alla prova scritta, gli studenti si devono iscrivere sulla piattaforma E-learning. La durata della prova scritta è relativa a una sola sessione, vale a dire gennaio/febbraio, giugno/luglio, settembre, novembre.
La prova orale consiste di 3 domande su tutto il programma (durata media dell’esame: 30 minuti). Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, dimostrando una naturale capacità di collegamento tra di essi. L'esame viene verbalizzato sulla base della procedura prevista dal regolamento

Per accedere alla prova orale, gli studenti si devono iscrivere su INFOSTUD.

Conoscenze preliminari richieste: la tavola periodica e la sua organizzazione; elettronegatività e configurazione elettronica degli elementi; tipi di legame chimico, ibridazione, risonanza; acidi e basi di Broensted e Lewis; gruppi funzionali organici, loro caratteristiche (polarità, acidità, basicità, elettrofilicità, nucleofilicità); classi funzionali organiche, nomenclatura, caratteristiche chimico-fisiche e reattività; principali tipi di reazioni organiche (sostituzioni, addizioni, ecc.) e loro meccanismo; reazioni organiche di interesse sintetico; nozioni di stereochimica (enantiomeri e diastereoisomeri, miscele racemiche, regole di Cahn-Ingold-Prelog)

A- Richiami Di Chimica Di Base.
Configurazione elettronica degli elementi e regola dell’ottetto. Spin elettronico, principio di esclusione di Pauli e principio della massima molteplicità. Legame chimico: ionico e covalente (omopolare, polare e dativo). Legame polarizzato e polarità delle molecole. Forza ed energia di legame. Lunghezza ed angolo di legame. Carica formale e numero di ossidazione di atomi nei composti organici. Le reazioni di ossido-riduzione nella chimica organica. Orbitali atomici e molecolari (orbitali sigma e pigreco-generalizzati). Orbitali ibridi sp, sp2, sp3. Definizione di acido e di base secondo le teorie di Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Forze intra- ed intermolecolari: legame ad idrogeno e di van der Waals. Scissione omolitica ed eterolitica di legami. Eterolisi dei legami al carbonio: formazione di carbocationi e carbanioni. Omolisi dei legami al carbonio: formazione di radicali liberi.

B- Struttura molecolare.
B1- Definizione (costituzione e stereochimica). Rappresentazione di molecole organiche mediante strutture di Lewis e Kekulè, sia in versione compatta che linea spigolo. Definizione di risonanza e regole per scrivere corrette strutture di risonanza di molecole organiche. Gruppi funzionali ed eventuali proprietà elettrofile/nucleofile ad essi associate e trasmesse alla molecola di appartenenza.
B2- Stereochimica. Simmetria molecolare: nozioni di base (asse proprio e improprio, piano di simmetria, centro di simmetria). Concetti essenziali riguardanti la stereochimica di molecole organiche. Classificazione: isomeria costituzionale e sterica. Diastereomeri ed enantiomeri. Differenze di natura conformazionale e configurazionale. Stereoisomeria ottica e geometrica. Centri, assi e piani stereogenici. Chiralità molecolare ed elementi che la determinano (centri, assi e piani). Miscele racemiche e scalemiche. Descrittori di configurazione cis/trans, E/Z, R/S. Regole di priorità di Cahn-Ingold-Prelog. Rappresentazione di strutture mediante proiezioni di Fischer (regole per la loro corretta scrittura e manipolazione). Mesoforme. Epimeri. Attività ottica di molecole chirali. Configurazione relativa di centri asimmetrici: descrittori D/L. Cenni sulla risoluzione di enantiomeri.

C- Classi di Composti Organici.
C1- Gli idrocarburi. Alcani e Cicloalcani. Tutti atomi di carbonio ad ibridazione sp3 (carbonio tetraedrico). Nomenclatura, proprietà chimico-fisiche e stabilità delle conformazioni assumibili (tensione angolare, di torsione e sterica). Isomeria cis/trans nei cicloalcani. Approfondimenti sulla struttura del Cicloesano e dei suoi derivati: conformazioni a sedia e a barca, idrogeni e sostituenti nelle posizioni assiali ed equatoriali.
C2- Alcheni, Polieni ed Alchini: Legami multipli: doppio e triplo. Atomi di carbonio ad ibridazione sp2 e sp. Nomenclatura e proprietà chimico-fisiche. Stereochimica collegata alla presenza di doppi legami (isomeria geometrica). Stabilità differenziale di alcheni isomeri (iperconiugazione). Proprietà nucleofile associate agli elettroni pi-greco, effetti di coniugazione tra legami insaturi.
C3- Idrocarburi aromatici. Concetto di aromaticità: regole per il riconoscimento (numero di elettroni di Huckel). La molecola di Benzene. Nomenclatura di derivati del benzene. Aromaticità di alcune importanti molecole eterocicliche (piridina, pirrolo, furano, tiofene, chinolina, indolo, imidazolo, purina, pirimidina). Polieni ciclici a doppi legami coniugati (Annuleni).
C4- Alogenuri alchilici, vinilici e arilici: struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche. Proprietà elettrofile possedute dal carbonio alogeno–sostituito negli alogenuri alchilici.
C5- Alcoli e tioli, fenoli e tiofenoli, eteri e solfuri: struttura, nomenclatura, proprietà fisiche e chimico-fisiche, proprietà acido-base. Carattere nucleofilo dell’eteroatomo. Epossidi come caso particolare di eteri fortemente reattivi (carattere elettrofilo degli atomi di carbonio legati all’ossigeno).
C6- Ammine alifatiche e aromatiche, immine ed enammine: struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche e acido-base. Fattori che ne influenzano l'acidità e la basicità. Proprietà nucleofile dell’azoto.
C7- Composti organometallici. Reattivi di Grignard ed organo litio. Struttura generale, nomenclatura, proprietà fisiche e chimiche. Reazioni tipicamente impiegate per la loro sintesi: a) alogenuri alchilici, vinilici o arilici in messi in presenza di un metallo fortemente elettropositivo; b) reazioni di transmetallazione. Comportamento basico e nucleofilo dell'atomo di carbonio legato con metallo.
C8- Composti carbonilici (e correlati): aldeidi, chetoni, acidi carbossilici, alogenuri acilici, esteri, ammidi, anidridi, nitrili. Struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche e proprietà acido-base di tali specie. Fattori responsabili dell’acidità posseduta dalla funzione carbossilica e dagli idrogeni legati al carbonio in alfa al carbonile (attitudine alla formazione dello ione enolato). Equilibri tautomerici. Carattere elettrofilo del carbonio carbonilico. Proprietà nucleofile dello ione enolato e delle forme enoliche. Nomenclatura dei sali di acidi carbossilici.

D- Le Reazioni coinvolte nella trasformazione e preparazione di composti appartenenti alle varie Classi di Composti Organici.
D1- Classificazione basata sul meccanismo implicato (reazioni radicaliche, polari, pericicliche) e sul numero di specie reagenti e formate (reazioni di addizione, sostituzione, eliminazione e riarrangiamento). Grandezze termodinamiche coinvolte nelle reazioni (Cenni). Diagrammi energetici che descrivono le variazioni di queste grandezze in funzione della coordinata di reazione. Grandezze cinetiche implicate nelle reazioni organiche (Cenni). Reazioni elementari e composte, monomolecolari e bimolecolari. Ordine di reazione. Relazione tra costanti di velocità e costante di equilibrio(cenni).
D2- Reazioni radicaliche. Alogenazione di alcani. Meccanismo radicalico. Regioselettività della sostituzione. Stabilità di radicali alchilici. Principio della reattività-selettività, postulato di Hammond nell’interpretazione della diversa selettività tra reazioni di clorurazione e bromurazione. Addizione radicalica di HBr ad alcheni. Polimerizzazione radicalica. Stereochimica implicata nelle reazioni di sostituzione radicalica.
D3- Reazioni di addizione ad alcheni ed alchini. Addizione elettrofila al doppio legame di acidi alogenidrici (formazione di carbocationi e loro stabilità), di acqua (catalisi acida), di alogeni (formazione dello ione alonio), di alogeni in presenza di acqua (formazione di aloidrine), di sali mercurici ed acqua, e successiva riduzione (ossimercuriazione). Regola di Markovnikov. Reazione di idroborazione-ossidazione. Idrossilazione di alcheni (formazione di dioli vicinali). Formazione di epossidi. Ozonolisi. Reazioni di addizione su dieni. Addizione elettrofila di idracidi, alogeni e acqua al triplo legame. Idroborazione-ossidazione di alchini.
D4- Reazioni di sostituzione nucleofila alifatica. Meccanismi di reazione SN2 e SN1 e loro competizione. Equazione cinetica, profilo energetico ed aspetti stereochimici coinvolti nei due meccanismi. Ammine, alcoli, tioalcoli, solfuri, fosfine come nucleofili nelle reazioni di sostituzione. Sintesi di Gabriel delle ammine primarie, preparazione di sali di fosfonio. Alcoli, eteri, tioalcoli, solfuri, alchil solfonati ed epossidi come substrati a carattere elettrofilo, suscettibili di attacco nucleofilo. Trasformazione di alcoli in alogenuri e solfonati alchilici mediante reazioni SN2. Sintesi di epossidi da aloidrine. Reazioni di apertura degli epossidi per catalisi acida o basica.
D5- Reazioni di eliminazione. Meccanismi E1, E2 ed E1cb. Profili energetici per i diversi meccanismi. Requisiti sterici riguardanti il meccanismo E2. Competizione fra i meccanismi E1 ed E2. Regole di Zaitsev e di Hofmann. Competizione delle reazioni di eliminazione con quelle di sostituzione nucleofila alifatica.
D6- Sostituzioni sull’anello aromatico. Reattività del benzene e dei suoi derivati nei confronti dell’attacco di specie elettrofile e nucleofile. Profili energetici delle reazioni di sostituzione elettrofila e nucleofila aromatica. Intermedio di Wheland e di Meisenheimer rispettivamente nelle sostituzioni elettrofile e nucleofile aromatiche. Effetti induttivi e mesomerici e capacità attivante/disattivante e orientante di gruppi legati all’anello benzenico. Reazioni di alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione e acilazione (Friedel-Crafts) della molecola di benzene. Riduzione di funzioni carboniliche mediante reazione di Clemmensen e Wolff-Kishner. Preparazioni di sali di diazonio (diazotazione di ammine primarie) e reazioni di copulazione. Reazioni di sali di arendiazonio. Reazioni di sostituzione nucleofila aromatica con meccanismo di addizione-eliminazione e di eliminazione-addizione.
D7- Reazioni coinvolgenti la funzione carbonilica come sito elettrofilo. Reazioni di sostituzione nucleofila acilica, scala di reattività dei derivati di acidi carbossilici (alogenuri acilici, anidridi, esteri, acidi carbossilici, ammidi). Reazioni tipiche di alogenuri acilici, anidridi, esteri, acidi carbossilici, ammidi. Trasformazione di acidi carbossilici in alogenuri acilici. Idrolisi di nitrili. Addizione nucleofila su aldeidi e chetoni. Uso di reattivi di Grignard e idruri metallici. Reazioni di addizione nucleofila-eliminazione con nucleofili all’azoto: formazione di immine, enammine, idrazoni e semicarbazoni. Reazioni di addizione nucleofila-eliminazione con nucleofili all’ossigeno o allo zolfo: formazione di idrati di aldeidi e chetoni. Formazione di chetali, acetali, tiochetali e tioacetali. Reazione di aldeidi e chetoni con ilidi del fosforo: reazione di Wittig. Implicazioni stereochimiche nelle addizioni al carbonile. Addizioni nucleofile su composti carbonilici alfa,beta-insaturi. Reazione di Cannizzaro.
D8- Reazioni coinvolgenti la rimozione di idrogeni legati ad atomi di carbonio in alfa al carbonile. Alogenazione di aldeidi e chetoni (meccanismo catalizzato sia da acidi che da basi) e di acidi carbossilici (reazione di Hell-Volhard-Zelinski). Formazione dello ione enolato da composti carbonilici. Addizione di Michael a composti carbonilici alfa,beta-insaturi. Addizione e condensazione aldolica. Anellazione di Robinson. Condensazione di Claisen. Decarbossilazione di acidi 3-ossocarbossilici. Sintesi acetacetica e malonica.
D9- Reazioni pericicliche: la reazione di Diels-Alder e le trasposizioni sigmatropiche (cenni)
D10- Reazioni di riduzione ed ossidazione di gruppi funzionali (panoramica).

E- Composti polifunzionali naturali di rilevanza biologica.
E1- Carboidrati: classificazione e struttura di monosaccaridi, oligosaccaridi (cenni) e polisaccaridi (cenni). Sottoclassificazione di monosaccaridi in aldosi e chetosi. Caratterizzazione della loro stereochimica attraverso l'uso di descrittori di configurazione assoluta (R / S) e relativa (D / L) (relazione con la struttura della gliceraldeide D e L). Epimerizzazione del cabonio–alfa di aldosi per lo stabilirsi di equilibri tautomerici in soluzioni acquose basiche. Tipiche reazioni di ossidazione degli aldosi (formazione di acidi aldonici, aldarici e uronici, reazione con Br2, HNO3, reattivi di Tollens e Fehlings, acido periodico) e riduzione di monosaccaridi (formazione di alditoli). Reazioni con fenilidrazina (formazione di fenilidrazoni ed osazoni). Forme cicliche emiacetaliche furanosiche e piranosiche, formazione di anomeri alfa e beta, mutarotazione. Rappresentazione di forme emiacetaliche tramite proiezioni di Haworth. Formazione di O- e N-glicosidi.
E2- Amminoacidi: Struttura, nomenclatura, proprietà fisiche, proprietà acido-base. Forma zwitterionica. Alfa amminoacidi naturali, chiralità e uso di descrittori di configurazione assoluta (R/S) e relativa (D/L). Punto isoelettrico. Esempi di sintesi di alfa-amminoacidi: amminazione di alfa-alogeno acidi; amminazione riduttiva di alfa-chetoacidi; sintesi di Strecker. Peptidi e proteine (cenni). Caratteristiche del legame peptidico. Convenzione nella scrittura di catene polipeptidiche.
E3- Trigliceridi: struttura; reazione di saponificazione.

Chimica Organica. Autori vari. Edi.Ermes

Modalità di svolgimento (ITA): Il corso (10 CFU) viene erogato tramite lezioni frontali integrate da esercitazioni. Le esercitazioni, erogate durante tutta la durata del corso, riguardano tutti gli argomenti trattati durante le lezioni teoriche e preparano gli studenti alla prova scritta. Sono previste varie sessioni riepilogative nelle quali vengono illustrati diversi esercizi rappresentativi di quelli somministrati alle prove di esame.

La frequenza ai corsi non è obbligatoria, tuttavia si consiglia caldamente di frequentare le lezioni per una migliore comprensione degli argomenti trattati.

L’esame consiste di una prova scritta (della durata di 2 ore), che serve per l’ammissione all'esame orale, seguita dalla prova orale. Una volta sostenuta anche la prova orale, lo studente acquisisce i 10 CFU totali dell’insegnamento, con una votazione finale in trentesimi.
La prima prova di valutazione a cui lo studente in corso può partecipare è erogata alla fine dell'insegnamento. Non sono previste prove intermedie.
La prova scritta verte sullo svolgimento di un compito costituito da 4 domande di diversa natura compresa la descrizione di meccanismi di reazione (fac-simile della prova sono disponibili sulla pagina e-learning). Il voto minimo per accedere alla prova orale è 18/30.
Per accedere alla prova scritta, gli studenti si devono iscrivere sulla piattaforma E-learning. La durata della prova scritta è relativa a una sola sessione, vale a dire gennaio/febbraio, giugno/luglio, settembre, novembre.
La prova orale consiste di 3 domande su tutto il programma (durata media dell’esame: 30 minuti). Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, dimostrando una naturale capacità di collegamento tra di essi. L'esame viene verbalizzato sulla base della procedura prevista dal regolamento

Per accedere alla prova orale, gli studenti si devono iscrivere su INFOSTUD.

Descrivere la reazione di addizione di acidi alogenidrici agli alcheni, riportando il meccanismo di reazione.
Descrivere la reazione di condensazione aldolica di aldeidi o chetoni , riportando il meccanismo di reazione.
Descrivere l'ordine di stabilità dei differenti carbocationi, giustificando la risposta data.
Cosa si intende per aromaticità? Quali sono i criteri per stabilire se una molecola è aromatica?
Domande prova scritta:
Attribuire il nome IUPAC, completo dei descrittori stereochimici, alla seguente molecola.
Scrivere negli appositi riquadri i prodotti ottenuti dalla seguente reazione tra l’acetone e la metilammina.
Scrivere il meccanismo della reazione di addizione elettrofila di acido cloridrico al 3-metilpent-1-ene e commentarlo.

• Richiami Di
  Chimica Di Base. (6 ore) Capitolo 1-2


• Struttura
  molecolare. Rappresentazione di molecole organiche e stereochimica (8 ore)  "Chimica Organica" a cura di B.
  Botta Edi-Ermes, Milano, 2016. Capitolo 4


• Classi di
  Composti Organici. Struttura, nomenclatura, proprietà fisiche, proprietà
  acido-base. (18 ore) Capitolo 3, 5-17


• Le Reazioni
  coinvolte nella trasformazione e preparazione di composti appartenenti alle
  varie Classi di Composti Organici. (24 ore) "Chimica Organica" a cura
  di B. Botta Edi-Ermes, Milano, 2016. Capitolo 3, 5-17


• Composti
  polifunzionali naturali di rilevanza biologica. Carboidrati, Amminoacidi,
  Trigliceridi (8 ore) "Chimica Organica" a cura di B. Botta Edi-Ermes,
  Milano, 2016. Capitolo 19-20, 22


• Riepilogo ed
  esercitazioni (24 ore)