Obiettivi



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.

Canali

A - L

BRUNO BOTTA BRUNO BOTTA   Scheda docente

Programma

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.

Testi adottati

Chimica Organica. Autori vari. Edi.Ermes

Prerequisiti

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)

Modalità di svolgimento

Il corso consiste di lezioni frontali (trasmesse anche a distanza) con ausilio di presentazione powerpoint e lavagna interattiva. L’esame consiste di una prova scritta e una prova orale. La prova scritta consiste in un quiz a risposta multipla somministrato via e-learning. La prova orale consiste di 3 domande su tutto il programma (durata media dell’esame: 30 minuti).

Modalità di valutazione

La valutazione dello scritto a risposta multipla viene effettuata in automatico da e-learning, assegnando un punto per ogni risposta corretta. Il voto dello scritto viene espresso in 30esimi. La prova orale terrà conto dell'abilità dello studente nel rispondere correttamente ed elaborare gli argomenti trattati in sede di esame. Il voto finale verrà assegnato sulla base di entrambe le prove.

Data inizio prenotazione Data fine prenotazione Data appello
13/01/2022 22/01/2022 25/01/2022
23/01/2022 04/02/2022 08/02/2022
08/02/2022 18/02/2022 21/02/2022
14/03/2022 14/03/2022 15/03/2022
13/06/2022 13/06/2022 14/06/2022
11/07/2022 11/07/2022 12/07/2022
05/09/2022 05/09/2022 06/09/2022
07/11/2022 07/11/2022 08/11/2022

M - Z

MARCO PIERINI MARCO PIERINI   Scheda docente

Programma

Da un punto di vista temporale, il programma può essere suddiviso in due fasi: la prima di queste, comprendente gli argomenti elencati nelle sezioni da A a C8, si svolge nel primo mese e mezzo di lezione; la seconda (argomenti elencati nelle sezioni da D a E3) fino alla fine di tutte le lezioni.
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.

Testi adottati

Chimica Organica. Autori vari. Edi.Ermes

Prerequisiti

Come prerequisito, lo studente deve possedere nozioni e competenze acquisite con la frequenza del corso di Chimica Generale, ed in particolare, un'adeguata conoscenza: a) delle proprietà reattive possedute dagli elementi (deducibili dalla configurazione elettronica esterna ottenuta secondo la posizione che occupano nella tavola periodica); b) l'eventuale raggiungimento degli stati di ibridazione sp3, sp2 e sp, con le relative geometrie 3D, da parte degli atomi coinvolti in stadi reattivi; c) delle teorie acido-base formulate da Bronsted-Lowry e Lewis; d) delle regole da utilizzare nella redazione di reazioni di salificazione e redox.

Modalità di svolgimento

Le lezioni vengono svolte associando sempre a contenuti di carattere teorico esercitazioni attinenti sia agli argomenti appena trattati che a quelli presi in considerazione in lezioni precedenti. Durante ogni lezione gli studenti vengono invitati a risolvere esercizi che possono riguardare: a) la nomenclatura di molecole organiche; b) l'attribuzione del carattere nucleofilo/elettrofilo e del carattere acido/base di variegate strutture facenti parte di molecole organiche; c) la scrittura di forme risonanti, con conseguente analisi delle proprietà che da queste possono essere dedotte per le molecole analizzate; d) la scrittura di reazioni appartenenti alle varie tipologie approfondite nelle lezioni svolte, con particolare attenzione rivolta alla conoscenza/descrizione del meccanismo con cui queste si compiono.

Modalità di valutazione

In riferimento alla modalità di valutazione adottata, come primo stadio lo studente è invitato a svolgere e superare con votazione non inferiore a 15/30, una prova scritta, consistente in 4 domande a risposta aperta. Con queste domande viene valutato il livello di conoscenza posseduto nei riguardi della nomenclatura e della stereochimica da attribuire alle varie tipologie di molecole organiche trattate nel corso delle lezioni teoriche e delle esercitazioni svolte, e alla capacità di scrittura di reazioni in cui queste possono essere coinvolte. Con la prova scritta superata, lo studente può accedere alla prova orale, nel corso della quale verranno poste domande riguardanti gli errori riscontrati nella prova scritta, e altre riguardanti aspetti non contemplati dagli argomenti oggetto della prova scritta. Nel corso del 1° semestre sono calendarizzate due prove scritte (una a gennaio e una a febbraio) e tre prove orali (una a gennaio e due a febbraio). Nel 2° semestre sono calendarizzate tre prove scritte (una a giugno, una a luglio e una a settembre) e tre prove orali (una a giugno, una a luglio e una a settembre).
Nell'ambito di ogni semestre, il superamento di una delle previste prove scritte consente di partecipare a una qualsiasi delle previste prove orali. Unica eccezione è rappresentata dalla prova orale di settembre a cui lo studente può accedere solo avendo superato la prova scritta prevista nello stesso mese. La votazione finale viene attribuita partendo da quella conseguita nella migliore delle prove scritte svolte, modulata dal risultato conseguito nella prova orale, anch'essa risultata non meno che sufficiente.

Data inizio prenotazione Data fine prenotazione Data appello
16/01/2022 25/01/2022 27/01/2022
06/02/2022 14/02/2022 16/02/2022
13/02/2022 22/02/2022 24/02/2022
12/03/2022 22/03/2022 24/03/2022
12/06/2022 21/06/2022 23/06/2022
10/07/2022 19/07/2022 21/07/2022
17/09/2022 26/09/2022 28/09/2022
12/10/2022 21/10/2022 23/10/2022
Scheda insegnamento
  • Anno accademico: 2021/2022
  • Curriculum: Curriculum unico
  • Anno: Secondo anno
  • Semestre: Primo semestre
  • SSD: CHIM/06
  • CFU: 10
Caratteristiche
  • Attività formative di base
  • Ambito disciplinare: Discipline Chimiche
  • Ore esercitazioni: 24
  • Ore Aula: 64
  • CFU: 10.00
  • SSD: CHIM/06