Scienze Ambientali

Concetti generali. Acidità secondo Arrhenius, Brønsted-Lowry e Lewis. Scala di acidità. Fattori che influenzano la forza degli acidi e delle basi di Brønsted-Lowry: ibridazione, polarizzabilità, elettronegatività, effetto induttivo, risonanza, legame idrogeno, solvente. Meccanismi di reazione: reagenti, prodotti, intermedi e complessi attivati, evidenze cinetiche e non-cinetiche (cenni). [2 ore] Alcani e cicloalcani. Nomenclatura, struttura, isomeria strutturale, conformazione di alcani lineari e cicloalcani. Calori di combustione e tensione di anello. Relazioni fra struttura e proprietà fisiche. Proiezioni di Newman. Reazioni degli alcani: combustione e alogenazione radicalica (cenni). [2 ore] Alcheni. Nomenclatura, struttura, stabilità, isomeria geometrica. Nomenclatura E-Z per gli stereoisomeri degli alcheni. Relazioni fra struttura e proprietà fisiche. Reazioni degli alcheni: addizione ionica di acidi alogenidrici (struttura e stabilità dei carbocationi, regola di Markovnikov e postulato di Hammond), di acqua e di alogeni; epossidazione (reazione con peracidi, cenni), idroborazione-ossidazione, idrogenazione catalizzata da metalli di transizione (Pd) e calori di idrogenazione (cenni). [4 ore] Alchini. Nomenclatura, struttura. Reazioni degli alchini: addizione di idrogeno catalizzata dal palladio (cenni), addizione di acidi alogenidrici, addizione di alogeni, addizione di acqua catalizzata da acido solforico e sali di mercurio (cenni), acidità degli alchini terminali (reazioni di addizione e di sostituzione nucleofila). [2 ore] Stereoisomeria. Chiralità. Centri stereogenici. Enantiomeri e diastereoisomeri. Forme meso. Elementi di simmetria: centro di simmetria, asse di simmetria, piano di simmetria. Nomenclatura degli enantiomeri: il sistema R-S (Cahn, Ingold e Prelog). Attività ottica. Racemi. Potere rotatorio specifico. Eccesso enantiomerico. Proiezioni di Fischer. [4 ore] Alogenuri alchilici. Struttura e proprietà fisiche. Nomenclatura. Sostituzione nucleofila alifatica: meccanismi limite SN1 ed SN2. Evidenze cinetiche e non-cinetiche. Stereochimica. Fattori che influenzano la reattività (substrato, nucleofilo, gruppo uscente, solvente). Competizione tra meccanismi SN1 e SN2. Beta-eliminazione. E1: meccanismo, regiochimica (regola di Zaytsev). E2: meccanismo, regiochimica, stereochimica. Reazioni con meccanismo E2 nei sistemi cicloesanici. Competizione tra E1 e E2: effetto della struttura dell’alogenuro alchilico, del solvente, della base. Competizione tra SN e E: competizione tra SN1 e E1, competizione tra SN2 e E2 (effetto del substrato, del nucleofilo/base, del solvente). Meccanismo E1cb (cenni). [4 ore] Alcoli. Nomenclatura, proprietà fisiche. Reazioni degli alcoli: proprietà acido-base. Trasformazione dei gruppi funzionali: reazione con acidi alogenidrici, con cloruro di tionile, con alogenuri del fosforo e cloruro di tosile (cenni). Ossidazione a composti carbonilici e carbossilici (meccanismo generale dell’ossidazione con acido cromico; utilizzo del piridinio clorocromato); disidratazione degli alcoli. Protezione (cenni). [2 ore] Eteri e epossidi. Nomenclatura. Reazioni degli eteri: scissione acido-catalizzata con HX. Epossidi: nomenclatura, apertura degli epossidi (acido-catalizzata e nucleofila). Eteri corona. [1 ora] Aldeidi e chetoni. Nomenclatura. Reazioni di addizione: Reazione con idruri del boro e dell’alluminio, con alchini terminali, con i reattivi organomagnesio, acqua, alcoli (acetali come gruppi protettori). Reazioni di addizione-eliminazione: reazione con ammine primarie e secondarie. Tautomeria cheto-enolica in ambiente acido e in ambiente basico. Fattori che influenzano l’equilibrio cheto-enolico. Condensazione aldolica, condensazione aldolica incrociata. [6 ore] Acidi carbossilici. Nomenclatura, proprietà fisiche. Reazioni degli acidi carbossilici: reazione acido-base, reazione con alcoli, con LiAlH4 (cenni), con SOCl2 (cenni), con PBr3 (cenni). [1 ora] Ammine. Nomenclatura. Chiralità. Inversione piramidale. Basicità delle ammine alifatiche e aromatiche. Carboidrati e amminoacidi, cenni di struttura e proprietà [2 ore] Derivati degli acidi carbossilici. Alogenuri acilici, anidridi, esteri, ammidi, nitrili. Nomenclatura, proprietà fisiche. Reazioni dei derivati degli acidi: con acqua (cloruri degli acidi, anidridi, esteri, ammidi); con alcoli (cloruri degli acidi, anidridi, esteri); con ammoniaca o ammine (cloruri degli acidi, anidridi, esteri), con organomagnesio (esteri), con LiAlH4 (esteri, ammidi: cenni). [2 ore] Composti aromatici. Aromaticità, anti-aromaticità e non-aromaticità. Regola di Hückel. Ioni aromatici. Benzene ed eterocicli aromatici. Nomenclatura. Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica: meccanismo, effetto dei sostituenti (reattività e orientamento): alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts. Sostituzione nucleofila aromatica. Fenoli. [4 ore]

Lo studente deve avere padronanza dei concetti base della chimica, con particolare riferimento a: nomenclatura, reazioni chimiche, stechiometria, struttura molecolare, struttura elettronica, modello del legame di valenza, funzioni di stato in termodinamica. Tali concetti vengono ripresi brevemente quando necessario, ma la loro conoscenza è indispensabile per la fruizione del corso.

W. H. Brown ”Introduzione alla Chimica Organica” Ed. Edises 2023 Per approfondimenti: W. H. Brown ”Chimica Organica” Ed. Edises 2023 J. Mc Murry ”Chimica Organica” Ed. Piccin 2017 T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle ”Chimica Organica” Ed. Zanichelli 2008

La frequenza alle lezioni è facoltativa ma fortemente consigliata

La prova scritta ha lo scopo di valutare le abilità dello studente nella rappresentazione delle molecole (struttura e nomenclatura) e la conoscenza dei principi di reattività delle più comuni classi di composti in chimica organica. La prova orale misura la capacità di esposizione dei concetti del corso e l’individuazione dei collegamenti fra i vari argomenti presentati.

Il corso è tenuto tramite lezioni frontali. L’impiego della lavagna -tradizionale o digitale- consente allo studente di prendere agevolmente appunti. Vengono proiettate solo strutture particolarmente complesse, fotografie e tabelle.