Brigida BOCHICCHIO | CHIMICA ORGANICA MOD.B

Italiano

Il corso si propone di completare le nozioni acquisite nel Modulo 1 fornendo le basi per interpretare e prevedere struttura, proprietà fisiche e reattività di composti organici. Il corso si propone di presentare sia gli aspetti sintetici che meccanicistici anche delle principali macromolecole naturali. L'obiettivo è quello di fornire allo studente le basi della chimica organica indispensabili per affrontare lo studio di corsi successivi come, ad esempio, Biochimica, Farmacologia e Chimica Farmaceutica. Le linee-guida del programma sono di seguito riportate.
Conoscenza e capacità di comprensione riguarderanno:
Nomenclatura IUPAC,  gruppi funzionali, reattività, allungamento della catena principale di atomi di carbonio;meccanismi delle principali reazioni in chimica organica con particolare attenzione a quelle che riguardano la formazione di legami C-C nonchè quelle coinvolte in processi biochimici 
Struttura, proprietà chimico-fisiche e reattività delle macromolecole (proteine, carboidrati, acidi nucleici, lipidi)
Capacità di applicare conoscenza e comprensione riguarderanno:
-Classificazione di una molecola in base ai gruppi funzionali presenti, attribuzione del nome IUPAC alla molecola, scrittura della struttura di Lewis e relativa geometria nello spazio; 
-previsione delle caratteristiche chimico-fisiche di un composto in base alla sua struttura molecolare; 
-previsione della sua reattività in base alle sue proprietà chimiche (es. acidità o basicità nucleofilicità o elettrofilicità, ecc.) e descrizione delle possibili metodologie per la sua sintesi; 
-scrittura di strutture chimiche di proteine, carboidrati ed acidi nucleici e previsione della loro reattività; stereochimica. Soluzione di problemi di chimica organica di interesse in ambito biochimico, farmaceutico, farmacologico.

Abilità comunicative: proprietà di linguaggio scientifico.

• Conoscenze di Chimica Generale

Argomento 1: Principi generali delle reazioni in chimica organica. Teoria HOMO-LUMO. Utilizzo Frecce curve in Chimica Organica. Acidità/basicità/Nucleofilicità/Elettrofilicità; 
???????Argomento 2: Fenoli. Acidità. Metodi di preparazione: fusione alcalina, idroperossido di cumene. Reattività. Reazione di Kolbe. Reazione di Reimar-Tiemann. Chinoni.
Argomento 3: Gruppo carbonilico. Struttura e reattività. Addizione nucleofila. Acidità degli idrogeni alfa. Aldeidi e chetoni. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Metodi di preparazione: ossidazione degli alcoli e dei metilbenzeni, formilazione, riduzione dei cloruri acidi. Reazioni: ossidazione, riduzione. Reazioni di addizione di acqua, alcoli (emiacetali ed acetali, gruppo protettore), ammoniaca e derivati (immine ed enammine, ossime, idrazoni, semicarbazoni), acido cianidrico, bisolfito, acetiluri, composti organometallici (reattività e selettività). Geometria delle ossime. Reazione di addizione aldolica. Disidratazione degli aldoli. Condensazione aldolica. Alogenazione dei chetoni. Reazione aloformica.
Argomento 4.  Acidi carbossilici e loro derivati. Acidità. Sali. Metodi di preparazione: ossidazione degli alcoli, degli areni; idrolisi dei nitrili; carbonatazione dei reattivi di Grignard. Sintesi e reattività di cloruri acilici, anidridi, ammidi, esteri e tioesteri. Sostituzione nucleofila acilica. Idrolisi acida e basica degli esteri. Lipidi. Transesterificazione, lattami e lattoni. Ossiacidi. Anidridi cicliche ed immidi. Reazione di alfa-alogenazione. Acidi bicarbossilici.
Argomento 5: Acidità degli idrogeni alfa nei composti carbonilici. Composti beta-dicarbonilici. Condensazione di Claisen Sintesi malonica. Sintesi acetoacetica dei chetoni. Composti carbonilici alfa-beta insaturi. Struttura e proprietà. Addizione elettrofila e nucleofila. 
Argomento 6: Ammine. Basicità. Sali. Metodi di preparazione: riduzione dei composti azotati, ammonolisi degli alogenuri, amminazione riduttiva, sintesi di Gabriel, degradazione di Hofmann. Reazioni con acido nitroso. Sali di diazonio: struttura, stabilità, reazioni di sostituzione dell’azoto, reazioni di copulazione. Uso dei sali di diazonio nelle sintesi organiche. 
Argomento 7: Amminoacidi e proteine. Struttura. Costanti di dissociazione acida e basica. Punto isoelettrico. Configurazione. Metodi di preparazione. Legame peptidico. Aspetti strutturali e sintesi dei peptidi. 
Argomento 8:  Carboidrati. Classificazione. Monosaccaridi. Struttura. Stereochimica. Configurazione relativa (D, L). Forme emiacetaliche del D-glucosio, anomeri, mutarotazione. Ribosio, glucosio, galattosio, fruttosio. Chimica dei monosaccaridi. Disaccaridi: Maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio. Polisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa. 
Argomento 9: Acidi Nucleici. Acidi Nucleici. Nucleosidi come esempio di glicosammine. Basi pirimidiniche e puriniche. Nomenclatura. Tautomeria, protonabilità. Accoppiamenti specifici tra basi puriniche e pirimidiniche. Nucleotidi. Nomenclatura. DNA ed RNA: struttura chimica e proprietà. Stabilità del DNA ed instabilità dell'RNA.

Argomento 1: Le reazioni organiche: reattività in termini di interazione HOMO_LUMO. Definizione di Nucleofili. Nucleofili neutri e carichi. Concetto di base di Lewis. Orbitale HOMO dei comuni nucleofili (H2O, legami insaturi degli alcheni, legami sigma degli idruri,metallici). Le reazioni Organiche: Elettrofili, acidi protici e di Lewis. Orbitali LUMO coinvolti nelle reazioni degli elettrofili (protone, carbonile, molecola di bromo). Il dipolo carbonilico: discussione in termini di orbitali molecolari. Significato delle frecce curve in chimica
organica e loro uso: esempi di reazione nucleofilo con elettrofilo (3h).

Argomento 2. Fenoli. Acidità. Metodi di preparazione: meccanismo di  fusione alcalina, idroperossido di cumene. Via sali di diazonio. Richiami alla sostituzione elettrofila aromatica. Meccanismo e Reattività  della Reazione di Kolbe. Reazione di Reimar-Tiemann. Chinoni (5h)

Argomento 3:  Carbonili. Forze elettrostatiche in chimica organica. Addizione di nucleofili carichi al carbonile: esempio di attrazione elettrostatica ione dipolo. Angolo di B?rgi Dunitz (1). Addizione di Nucleofilo neutro al carbonile: reazione di idratazione e meccanismo di reazione. Esempio: dalla cloroacetaldeide all' idrato di cloralio (1). Formazione di emiacetali ed acetali acido catalizzata: il ruolo del catalizzatore acido. Formazione di emiacetali ed emichetali base catalizzata (1). Nucleofili al carbonio: il nitrile. Formazione delle cianidrine. Le cianidrine come utili intermedi sintetici. Acetali e chetali come gruppi protettori in chimica organica.Addizione nucleofila di composti di Grignard e di litio organici ai carbonili:ottenimento di alcoli (1).  Addizione nucleofila di composti di Grignard e di litio organici ai carbonili:ottenimento di alcoli (1). Addizione di ioni idruro ai carbonili: ottenimento di alcoli. Chemioselettività nella riduzione (dei carbonili). Ossidazione dei carbonili. Formazione di tiochetali: concetto di gruppo protettore ed importanza nella chimica farmaceutica (1) (profarmaci). Il glucosio e la formazione
dei suoi emiacetali ciclici: anomero alfa e beta. Formazione di tiocetali. Ottenimento di alcani da chetoni: idrogenolisi di tiochetali, riduzione di Clemmensen e di Wolff-Kishner. Reazione di Cannizzaro. Reazione dei carbonili con ammine primarie e formazione di immine. Amminazione riduttiva delle immine mediande cianoboroidruro di sodio via ione imminio (Clayden) (1). Formazione delle enammine. Instabilità delle immine e delle enammine e stabilità di idrazoni, ossime e fenilidrazoni (1).  Meccanismo della riduzione di Wolff- Kishner. Reazione di Wittig (1). Reazione di Bertagnini: addizione di bisolfito di sodio a carbonili e formazione di addotto solubile in acqua ed importanza come profarmaci: il dapsone ed il suo (1). Ottenimento di aldeidi per ossidazione di alcoli primari e di chetoni da alcoli secondari. Ottenimento di aldeidi per riduzione da cloruri acilici, ammidi e nitrili. Ottenimento di aldeidi da idrolisi di dioli, acetali, emiacetali, immine, enammine (schema riassuntivo). Esercizi su riduzioni di carbonili aromatici: chemioselettività (1). 11h

Argomento 4: Acidi carbossilici. Analogie e differenze con i carbonili. Nomenclatura. Acidità degli acidi carbossilici e formazione di sali
(paragone con gli alcoli): reazione con il bicarbonato di sodio (1). Acidi alifatici ed aromatici: acidità. Effetto di risonanza ed effetto induttivo
sull'acidità: acido acetico, trifluoroacetico e benzoico (1). Effetto dei gruppi elettronattrattori sull'acidità: nitrogruppo e nitrili. Nomenclatura dei nitrili. Acidi dicarbossilici e Nomenclatura. Derivati degli acidi carbossilici di interesse (1) biologico: alfa-amminoacidi; alfa-idrossi acidi (acido lattico); acidi dicarbossilici (acido citrico). Reazione dell'acido citrico con il bicarbonato di sodio. Struttura e proprietà fisiche degli acidi. Reattività. Riduzione ad alcoli. Reazioni all'H idrossilico: carbossilato come nucleofilo: formazione di esteri metilici con diazometano. Preparazione degli acidi carbossilici: ossidativi: idrolisi dei nitrili (1).  Meccanismo generale della Sostituzione Nucleofila Acilica e reattività dei derivati degli acidi (alogenuri, anidridi, tioesteri, esteri, ammidi). Trasformazioni consentite e non consentite. Saponi, Grassi, Cere; Lipidi. Tioesteri: reattività e reazioni di interesse biologico (1).  Lattoni, anidridi cicliche: formazione. Nomenclatura (1).  Lattami: struttura della penicillina G. Decarbossilazione dei betachetoacidi. I nitrili: idrolisi ad ammidi, riduzione ad ammine, riduzione ad aldeidi. Esempio: sintesi di benzilammina a partire da
benzilcloruro (1).  Tautomeria cheto-enolica: acido e base catalizzata. Formazione di enoli ed enolati di composti 1,3 dicarbonilici, chetoni,
esteri, nitrili (1). Reazioni di alfa-alogenazione di chetoni, reazione dell'aloformio, reazione di Hell-Volhardt-Zelinsky. Alchilazione diretta di enolati da chetoni, esteri, nitrili (1).  Formazione di uno ione enolato: ruolo della base. Alchilazione diretta di chetoni simmetrici (1) . Alchilazione diretta di chetoni asimmetrici: controllo cinetico e termodinamico (1). Riduzione di acidi carbossilici con borano: meccanismo.12h.

Argomento 5: Acidità degli idrogeni alfa nei composti carbonilici. Sintesi malonica, sintesi acetacetica (1). Reazione di addizione aldolica e condensazione aldolica, aldolica incrociata (1). Acilazione di ioni enolato: sintesi di composti 1,3 dicarbonilici da ioni enolato ed  alogenuri acilici (1). Condensazione di Claisen: sintesi di 1,3 betachetoesteri. Condensazione di Claisen incrociata; Ciclizzazione di Dieckmann (1). Condensazione di Knoevenagel;Reazione di Mannich (1). I composti carbonilici alfa-beta insaturi: reattività. Addizione di Michael. Sintesi di barbiturici (1). Anellazione di Robinson. Composti carbonilici alfa-beta insaturi. Struttura e proprietà. Addizione elettrofila e nucleofila ai comopsti carbonilici alfa-beta insaturi. 7h???????

Argomento 6: Ammine.  Esempi di ammine di interesse biologico:anfetamine, acetilcolina. Lo ione nitrosonio:formazione e reattività. Nitrosazione di ammine: ammine primarie alifatiche, ammine secondarie alifatiche e N-nitrosammine (1). Sali di arendiazonio (1). Reazioni di copulazione dei sali di arendiazonio: sintesi di coloranti azoici (1).  Metodi di ottenimento delle Ammine: alchilazione delle ammine. Sintesi di alfa-amminoacidi da alfa alogeno-acidi: sintesi di glicina ed alanina. Sintesi di Gabriel (1). Riduzione di nitrili, azidi, ammidi e nitrocomposti, amminazione riduttiva di immine ed ossime (1). Degradazione di Hoffman: sintesi di ammine primarie (1h). 7h

Argomento 7: Alfa-amminoacidi, peptidi e proteine. Caratteristiche chimiche e fisiche di alfa-amminoacidi (1). Punto isolelettrico: definizione. Determinazione del punto isoelettrico di alanina ed acido aspartico. Meccanismo di reazione della ninidrina. Esperienza della
ninidrina ed impronte digitali (1). Alfa-amminoacidi: classificazione. Formule di Fischer di L- e D-alfa-amminoacidi. Sintesi di alfa-amminoacidi racemi via ftalimmide potassica e bromo-dietilmalonato e via sintesi di Strecker (1). Gruppi protettori all'azoto e al carbonio. Protezione e deprotezione selettiva (1). Formazione del legame peptidico con dicicloesilcarbodiimmide (DCCI).
Sintesi peptidica in fase solida (Merrifield) (1h). Degradazione di Edman e di Sanger (1h). Struttura I, II, III, IV di proteine.
Angoli diedri, Mappa di Ramachandran (1). ?-elica, elica310, elica ?, ?-turn. Proteine fibrose e globulari (1).  Esercizi su determinazione di configurazione relativa di carboni chirali. 6h

Argomento 8:Carboidrati. Nomenclatura, struttura e proprietà fisiche. Classificazione e proprietà. Proiezioni di Fischer: Analogie
con alfa amminoacidi (1). Strutture dei monosaccaridi:stereochimica e configurazione. Esercizi in Aula su carboidrati: nomenclatura IUPAC, stereoisomeria. Sintesi di Kiliani-Fischer. La serie D-dei pentosi e degli aldosi (1). Il D-glucosio e la mutarotazione. Formula di Haworth e di Fisher del D-Glucopiranosio alfa e beta. Reazioni dei monosaccaridi: formazione di glicosidi. Strutture cicliche. Forme furanosiche e piranosiche (1). Saggi di Tollens e Benedict. Zuccheri riducenti e non riducenti. Passaggio da formula di Haworth a conformazione a sedia del cicloesano di D-glucosio. Disaccaridi riducenti e non: legami glisosidici alfa e beta (1). Instabilità dei carboidrati in ambiente basico. Reazioni dei monosaccaridi: formazione di eteri, esteri (lattoni) ed acetali. Idrolisi selettive. Reazioni di
ossidazione: formazione di acidi aldarici, aldonici. Scissione ossidativa con acido periodico. Reazioni di riduzione: formazione di
alditoli. Degradazione di Ruff (1). Amminozuccheri e glicosammine (1).6h

Argomento 9: Acidi Nucleici. Nucleosidi come esempio di glicosammine. Basi pirimidiniche e puriniche. Nomenclatura. Tautomeria, protonabilità (1). Accoppiamenti specifici tra basi puriniche e pirimidiniche. Nucleotidi. Nomenclatura (1). 
DNA ed RNA: struttura chimica e proprietà. Stabilità del DNA ed instabilità dell'RNA (1). 3h

METODI DIDATTICI

• Il corso prevede almeno 48 ore totali di lezioni frontali sugli argomenti indicati nella sezione CONTENUTI DEL CORSO. 

Esame scritto ed orale (Unico esame relativo ai Moduli A e B). Il voto viene espresso in trentesimi.

Per gli studenti del II anno il docente si riserva la facoltà di istituire tre prove scritte intercorso. La I prova è  prevista all'inizio del corso Modulo B, ossia al termine del Modulo A,  sugli argomenti trattati nel Modulo A che, di norma, sono i seguenti: alcani, cicloalcani, alcheni, alchini, alcoli, aromatici, ed eterociclici.  La seconda e la terza prova sono previste durante il corso relativo al Modulo B su argomenti trattati nel Modulo B. Il superamento di ciascuna delle tre prove con votazione minima pari a 18/30 esonera dalla prova scritta finale e viene conservato fino all’A.A. successivo. Il voto finale è formato dal contributo delle prove intermedie e dell’orale con domande su tutto il programma volto a verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi del corso.

Prove scritte: 10 esercizi da svolgere in 2 ore oppure 5  esercizi da svolgere in 1 ora. Ogni esercizio vale fino a 3 o 6 punti, rispettivamente. 

Per gli studenti non del II anno o in debito di prova o che preferiscono una prova scritta unica lo scritto è costituito da 10 esercizi (4 che vertono su Modulo A e 6 su Modulo B) da svolgere in 2 ore oppure 5  esercizi (2 su Modulo A e 3 su Modulo B) da svolgere in 1 ora. Ogni esercizio vale fino a 3 o 6 punti, rispettivamente. Lo scritto è ritenuto sufficiente se viene acquisito almeno un punteggio pari a 18/30. Tipologia degli esercizi presenti di norma nella prova scritta: scala di acidità/basicità/nucleofilia/reattività relative; reattività di gruppi funzionali; preparazione di gruppi funzionali/sintesi guidata/reazione di condensazione carbonilica; meccanismi di reazione; struttura e proprietà di amminoacidi, caratterizzazione di proteine, sintesi di peptidi; reazioni/sintesi/stereochimica dei carboidrati; struttura di acidi nucleici e proprietà chimiche di nucleosidi e nucleotidi.

Prova orale: l’ammissione alla prova orale è vincolata al superamento della prova scritta con una votazione di almeno 18/30. Il colloquio verte sugli argomenti trattati durante i Moduli A e B. La prova orale si tiene di norma entro 15gg dallo svolgimento della prova scritta.

• Solomons – Fryhle. Chimica Organica III edizione Italiana condotta sulla nona americana,  Zanichelli
• Solomons – Fryhle – Johnson. La chimica organica attraverso gli esercizi II edizione italiana,  Zanichelli
• McMurry- Chimica Organica-Un Approccio Biologico-Zanichelli
• Smith, Chimica Organica, Ed. Mc Graw Hill C.
• Vollhardt, Chimica Organica, Ed. Zanichelli
• Schore, Vollhardt-Esercizi risolti di Chimica Organica, Zanichelli
• Clayden, Organic Chemistry, Ed. Oxford University Press
  
• Appunti del docente, schede di approfondimento su composti organici di interesse biochimico, farmaceutico e farmacologico sono disponibili su cartella condivisa su piattaforma e-learning il cui link e relative credenziali di accesso saranno fornite agli studenti durante il corso.

All’inizio del corso, dopo aver descritto obiettivi, programma e metodi di verifica, il docente mette a disposizione degli studenti il materiale didattico (cartelle condivise, sito web, etc). Contestualmente, si raccoglie l’elenco degli studenti che intendono iscriversi al corso, corredato di nome, cognome, matricola ed email. Si riceve previo appuntamento il mercoledì ed il giovedì dalle 15:00 alle 16:00..

10/02/2021; 1/03/2021; 7/06/2021; 5/07/2021; 6/09/2021; 27/09/2021; 4/10/2021; 6/12/2021

L'apprendimento dei concetti teorici è svolto in parallelo con esercitazioni in aula.??????? ???????La frequenza assidua é vivamente consigliata.