Brigida BOCHICCHIO | CHIMICA ORGANICA MOD.A

Italiano

Il corso si propone di fornire le nozioni di base della chimica organica/Modulo A attraverso lo studio dei meccanismi di reazione più comuni

L'obiettivo e’ quello di fornire allo studente le basi della chimica organica, indispensabili per il successivo studio dei processi biochimici e dei meccanismi d’azione dei farmaci. Le linee-guida del programma e le ore previste sono di seguito riportate.

Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente deve dimostrare di conoscere:

 il linguaggio della chimica organica attraverso simboli, formule, strutture ed equazioni

le regole della nomenclatura IUPAC delle molecole organiche - i concetti di base dell'isomeria, dell'analisi conformazionale e della stereoisomeria - la reattività dei gruppi funzionali più importanti presenti nelle molecole organiche

i meccanismi ed i principali aspetti stereochimici coinvolti nelle reazioni di sostituzione, addizione ed eliminazione in substrati alifatici ed aromatici.

come analizzare semplici sintesi multistep di molecole con struttura assegnata, o le trasformazioni più comuni che avvengono nei processi bioorganici o biochimici

A questo scopo nel corso delle lezioni si citano ad esempio specifiche reazioni biochimiche e sostanze farmacologicamente attive i cui meccanismi di reazione ed azione rientrino nel prgramma di Modulo A

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

lo studente deve essere capace di

assegnare il nome a molecole organiche, che può incontrare in altre discipline chimiche o affini, utilizzando la nomenclatura IUPAC o comune

rappresentare la struttura 3D di una molecola, riconoscere i possibili stereoisomeri ed assegnare la configurazione R/S ed E/Z;

progettare semplici sintesi multistep di molecole con struttura assegnata, o le trasformazioni più comuni che avvengono nei processi bioorganici o biochimici

Abilità comunicative

lo studente deve essere in grado di svolgere correttamente esercizi scritti e di comunicare le conoscenze acquisite con un linguaggio scientifico corretto ed appropriato

E’ necessario avere acquisito ed assimilato, e quindi saper appliccare, alcune conoscenze di base del corso di Chimica Generale ed Inorganica, come :

1. la configurazione elettronica degli atomi della prima riga del sistema periodico;

2. i concetti di elettronegatività e di potenziale di ionizzazione;

3. il concetto di formazione del legame chimico, di orbitale molecolare e della regola dell’ottetto;

4. il concetto di costante di equilibrio, di costante di acidità (pKa) e di pH;

5. il concetto di coppia acido-base secondo Lowry e Broensted e secondo Lewis.

Struttura e Legame

Struttura atomica, gli orbitali, le configurazioni elettroniche. Elementi del II periodo della Tavola Periodica e regola dell’ottetto. Strutture di Lewis e Kekulè di composti contenenti fosforo, azoto, zolfo: PH3, NH3, H2S. Acidi di Lewis: i composti del boro e dell’alluminio. Basi di Lewis.Alcani, nomenclatura, proprietà, isomeri di struttura e analisi conformazionale di alcani lineari, ramificati e ciclici. Alogenoalcani e meccanismo della alogenazione radicalica: bromurazione e clorurazione in substrati lineari e ramificati.Ibridizzazione sp3 del carbonio e geometria tetraedrica (utilizzo dei modelli). Introduzione dei principali gruppi funzionali attraverso l’utilizzo delle strutture di Lewis e di Kekulé: acetaldeide (carbonile); alchilammine (ammina); metanolo (alcoli) ;acetonitrile e cianuro di sodio (ciano gruppo). Il legame chimico: teoria di valenza e teoria dell’orbitale molecolare (molecola di H2). Ibridizzazione sp2, sp del carbonio e geometrie (utilizzo dei modelli). Ibridizzazione sp3 dell’azoto, ossigeno e zolfo. Teoria LCAO (etene). Momento dipolare ed elettronegatività. Il Debye. La risonanza (ore 8)

Legami covalenti polari: acidi e basi

Forme di risonanza: regole per scriverle. Esempi: carbonili, immine. Acidi e Basi: Bronsted-Lowry e Lewis. Forza degli acidi e delle basi: previsione della posizione dell’equilibrio usando pKa. Gli acidi di Lewis e la convenzione delle frecce ricurve: interazione Homo-LUMO. Acidi di Lewis e Basi di Lewis: tabella. Acidi organici. Struttura chimica e previsione della forza di un acido/base: utilizzo delle forme di risonanza per le basi coniugate di alcoli, acidi carbossilici, chetoni (acidi), ammine ed ammidi (basi) (ore 6)

Alcani e cicloalcani

Proprietà fisiche e struttura molecolare: forze ione-ione, dipolo-dipolo, legami idrogeno, forze di van der Waals. Solubilità, previsioni di solubilità in acqua, sommario delle forze attrattive. Analisi conformazionale del butano. Cicloalcani: tensione angolare e torsionale nel ciclopropano, ciclobutano, ciclopentano. Cicloesani Sostituiti (Ore 3)

Le strutture organiche

I gruppi funzionali classificati in base al grado di ossidazione del carbonio (Clayden): alcoli, eteri, acetali, carbonili, nitrili, immine, derivati acilici. Tioesteri e fosfati: relazione struttura funzione (2 ore)

 
Stereochimica

Le conformazioni del cicloesano. I cicloesani sostituiti: metilcicloesano. L’importanza dei composti ciclici in biochimica: struttura della morfina.Isomeria cis e trans nei cicloesani disostituiti. La forma a sedia del D-glucosio: emiacetale. Stereochimica: molecole chirali. Esempi: acido lattico. Rappresentazione degli enantiomeri, formule proiettive di Fischer in molecole con un e con più centri chirali. Nomenclatura degli enantiomeri: il sistema (R)-(S). Proprietà degli enantiomeri: attività ottica. La luce polarizzata. Potere rotatorio specifico. Origine dell’attività ottica. Composti con più centri chirali. Esempio: aldotetrosio. Composti meso: 2,3-butandiolo. Stereosisomeria dei composti ciclici: 1,2-ciclopentandiolo (ore 3)

Alcheni e Dieni Coniugati

Alcheni: struttura e sintesi. Stabilità dei carbocationi e stato di transizione. Idroalogenazione di alcheni: meccanismi, regola di Markovnikov, regola di anti-Markovnikov. Idratazione catalizzata dagli acidi in ambiente acquoso (Markovnokov) ed in etere (anti-Markovnikov). Stereospecifità. Addizione di alogeni agli alcheni. Addizione di ipoalogenuri di cloro e bromo agli alcheni con formazione di aloidrine. Ossidazione di alcheni con permanganato; con tetrossido di osmio. Preparazione degli alcoli per ossimercuriazione-demercuriazione. Alcoli dagli alcheni: idroborazione-ossidazione. Esempi di processi biochimici (idrogenazione di grassi insaturi, reazione di trasformazione del malato in fumarato; ossidazione del FAD e prostaglandine). Ottenimento di alcheni per disidratazione: beta –eliminazione. Ottenimento di alcheni per dealogenazione. Ossirani dagli alcheni. Scissione ossidativa di alcheni: sintesi di composti carbonilici. Gruppo vinilico, gruppo allilico. Addizioni acido catalizzate 1,2 ed 1,4 all’ 1,3-butadiene. Stabilità dell’1,3-butadiene: teoria LCAO e teoria della risonanza.Stabilità del catione e del radicale allilico: teoria LCAO e teoria della risonanza. Spettro UV del beta-carotene (5 ore)

Alchini

Addizione di acqua acido catalizzata: tautomeria cheto-enolica. Addizioni elettrofile agli alchini: acidi alogenidrici, alogeni. Riduzione ad alcani (2 ore)

Aromaticità

Stabilità e struttura. Regola di Huckel. Eterociclici aromatici: struttura e nomenclatura tradizionale. Reattività del benzene: SEA. Alogenazione del benzene: meccanismo. Nitrazione del benzene: meccanismo. Solfonazione del benzene: meccanismo, reversibilità della reazione. Alchilazione di Friedel-Crafts e reazioni di trasposizione; Acilazione di Friedel-Crafts. Effetto dei sostituenti dell’anello benzenico nelle reazioni di sostituzione elettrofila aromatica: discussione in termini di stabilizzazione dell’intermedio di Wheland. Gruppi attivanti e disattivanti: diagramma di reazione. Gruppi attivanti deboli e forti: effetto induttivo ed effetto mesomerico. Effetto del sostituente dell’anello benzenico verso la sostituzione elettrofila aromatica: alogeni (effetto induttivo e mesomerico); riepilogo e tabella riassuntiva. Effetto di orientazione dei sostituenti nella sostituzione elettrofila aromatica: orto-para orientanti, meta-orientanti. Stabilità dei cationi e dei radicali benzilici: teoria LCAO e teoria della risonanza. Gli alogenuri alchilici e le reazioni di sostituzione nucleofila (8 ore)

Gli alogenuri alchilici. Le reazioni di sostituzione ed eliminazione

Meccanismo SN1 e SN2. Stereochimica SN1 e SN2. Diagramma energetico delle reazioni di sostituzione nucleofila (SN) via meccanismo SN1 e SN2. Caratteristiche di SN2 ed SN1: effetto del substrato, del solvente, del gruppo uscente, e del nucleofilo in SN1, effetto del nucleofilo in SN2. Reazioni di eliminazione bimolecolare in condizione di base forte (E2): regola di Zaitsev. Stereochimica delle reazioni di eliminazione E2 (antiperiplanare). Reazioni di eliminazione monomolecolare E1. L’influenza del substrato nell’andamento delle reazioni SN1/E1 ed SN2/E2. Previsione dell’andamento delle reazioni: esempi. Le reazioni SN2 ed E2 nella sintesi: preparazione di eteri via SN2 (Sintesi di Williamson). Sostituzione Nucleofila Aromatica (SNA). Reazioni degli alogenuri alchilici: preparazione dei reattivi di Grignard (8 ore)

Alcoli e fenoli

Alcoli: classificazione, proprietà chimico-fisiche. Metodi di preparazione degli alogenuri alchilici dagli alcoli. Reazioni degli alcoli: reazioni ioniche (condizioni acide) reazioni di alogenazione degli alcoli catalizzate da ZnCl2 (Saggio di Lucas). Ottenimento di alcoli per ossidazione di aldeidi, chetoni, esteri. Ottenimento di alcoli terziari mediante addizione dei reattivi di Grignard agli esteri. Acidità dei fenoli. Reazioni acido-base dei fenoli (3 ore)

Il corso è organizzato nel seguente modo:

48 ore di lezioni frontali in aula svolte con l'uso classico della lavagna e la proiezione di diapositive in caso di tabelle ed illustrazioni di orbitali reperibile dai testi di riferimento e disponibili anche in biblioteca.

Un' unica prova scritta comune ai due Moduli A e B. Prova scritta: 5  esercizi da svolgere in 2 ore. Ogni esercizio vale massimo 6 punti. Il superamento della prova con almeno 18/30 da' diritto a sostenere la prova orale che verte su tutto il programma (Modulo A e B) e volta a verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi. La prova orale si tiene entro 15 giorni dallo svolgimento della prova scritta. Il voto finale è formato dal contributo della prova scritta ed orale.

Per gli studenti iscritti al II anno il docente si riserva la facoltà di istituire due prove scritte intercorso. La I prova è  prevista al termine del Modulo A e verte sugli argomenti trattati nel Modulo A.   La seconda prova è prevista al termine del Modulo B su argomenti trattati nel Modulo B. Il superamento di ciascuna delle due 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 che verte su tutto il programma dei Moduli A e B ed è volto a verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi del corso.

Prova scritta:  5  esercizi da svolgere in 2 ore. Ogni esercizio vale fino a 6 punti. 

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.

Libri di testo

J. Mc Murry, Chimica Organica, Ed. Piccin

T. W. G. Solomons, Chimica Organica, Ed. Zanichelli

C. Vollhardt, Chimica Organica, Ed. Zanichelli

N.L. Allinger, Chimica Organica, Ed. Zanichelli

J. Clayden, Organic Chemistry, Ed. Oxford University Press

Eserciziari

Solomons, Fryle, Johnson. La Chimica Organica attraverso gli esercizi, Ed. Zanichelli

Schore, Vollhardt.  Esercizi risolti di chimica organica, Ed. Zanichelli

All'inizio del corso, dopo aver descritto gli obiettivi, il programma ed i metodi di verifica, il docente indica agli studenti il materiale didattico disponibile in biblioteca. Contestualmente il docente invita gli studenti ad iscriversi al corso anche sulla piattaforma CLASSROOM (codice CLASSROOM: 7mi5xgu) per ricevere informazioni e materiale relativo all'insegnamento. Si ricorda che anche se non obbligatoria, è fortemente consigliata la frequenza.

I docenti ricevono gli studenti previa richiesta di appuntamento via email.

23/2/2024; 22/3/2024; 03/06/2024; 05/07/2024; 13/09/2024; 25/10/2024; 02/12/2024

Sono possibili seminari di esperti su specifici argomenti del corso.

La frequenza del corso è fortemente incoraggiata