Antonio LAEZZA | CHIMICA ORGANICA

Il corso si propone di fornire le nozioni di base della chimica organica attraverso lo studio della reattività dei gruppi funzionali e dei meccanismi di reazione più comuni. L'obiettivo e’ quello di fornire allo studente le basi della chimica organica, indispensabili per il successivo studio delle sostanze naturali. Le linee-guida del programma e le ore previste sono di seguito riportate.

Al fine di comprendere la Chimica Organica, lo studente dovrebbe solide conoscenze della Chimica Generale.

Fondamenti. Richiami di chimica generale

Classi dei composti organici

Introduzione alle reazioni organiche

Nomenclatura di alcani e cicloalcani

Stereochimica

Addizione agli alcheni ed alchini

Composti aromatici e sostituzione elettrofila aromatica

Alogenuri alchilici, reazioni di sostituzione nucleofila ed eliminazione

Alcoli e fenoli

Eteri e tioli

Ammine

Aldeidi, chetoni e reazioni di addizione nucleofila

Acidi carbossilici, derivati e reazioni di sostituzione nucleofila acilica

Carboidrati

Proteine

Lipidi ed acidi nucleici

I fondamenti (3 ore): La teoria strutturale in chimica organica. La meccanica quantistica e la struttura atomica. Gli orbitali atomici e le configurazioni elettroniche. Proprietà periodiche. I legami chimici e la regola dell’ottetto. I legami ionici, i legami covalenti. Strutture di Lewis, cariche formali e risonanza. Teoria del legame di valenza e degli orbitali molecolari. Geometria molecolare ed ibridazione sp3 (la struttura del metano), sp2 (la struttura dell’etilene) e sp (la struttura dell’acetilene) Geometria molecolare: la struttura dell’ammoniaca, dell’acqua, del trifluoruro di boro, l’idruro di berillio. Le reazioni acido-base: le definizioni di acidi e basi secondo Brønsted-Lowry, le definizioni di acidi e basi secondo Lewis. La forza di acidi e basi: ka e pka. La costante di acidità ka, l’acidità e il pka. Le relazioni tra struttura e acidità: l’influenza dell’ibridazione; gli effetti induttivi. L’acidità degli acidi carbossilici: l’effetto della delocalizzazione, l’effetto induttivo.

La nomenclatura e le conformazioni di alcani e ciclo alcani (3 ore): I legami covalenti carbonio-carbonio. La rappresentazione delle formule di struttura: le formule di struttura a tratti, le formule di struttura condensate, le formule legame – trattino. Introduzione agli alcani e ai ciclo alcani. La struttura degli alcani. La nomenclatura IUPAC degli alcani e dei cicloalcani. Le proprietà fisiche degli alcani e dei cicloalcani. I legami sigma e la rotazione.

Introduzione alle reazioni organiche e loro meccanismi (3 ore): Termodinamica e cinetica delle reazioni. Classificazione delle reazioni organiche. Stati di transizione ed intermedi. Reazioni e meccanismi: omolisi ed eterolisi di legami covalenti. L’eterolisi di legami di carbonio: i carbocationi. Nucleofili, elettrofili e l’uso delle frecce curve per illustrare le reazioni.

La stereochimica (2 ore): L’isomeria: isomeri costituzionali e stereoisomeri. Gli enantiomeri e le molecole chirali. L’importanza biologica della chiralità. I test di chiralità: i piani di simmetria. Configurazione assoluta: il sistema R, S. Le proprietà degli enantiomeri con rappresentazioni a cuneo pieno e vuoto. Proiezioni di Fischer. Configurazione relativa. Le molecole con più centri chirali: i composti meso; la nomenclatura dei composti con più di un centro chirale. Le molecole chirali senza centri chirali. L’attività ottica: la luce polarizzata linearmente; il polarimetro; la rotazione specifica.

Reazioni di addizione ad alcheni e alchini (4 ore): Struttura elettronica, nomenclatura degli alcheni. Stereochimica cis-trans ed E/Z. La stabilità degli alcheni: il calore di reazione; la scala di stabilità degli alcheni. I cicloalcheni. La preparazione degli alcheni mediante reazioni di eliminazione. Introduzione: le addizioni agli alcheni. L’addizione elettrofila di acidi alogenidrici agli alcheni: il meccanismo e la regola di Markovnikov. L’addizione di acqua agli alcheni: l’idratazione acido-catalizzata. Gli alcoli da alcheni per idroborazione-ossidazione: l’idratazione sin anti- Markovnikov. L’idrogenazione degli alcheni: le addizioni sin e anti. L’addizione elettrofila di bromo e cloro agli alcheni. La stereochimica dell’addizione di alogeni agli alcheni. La formazione di aloidrine. L’ossidazione di alcheni: l’ 1,2 diossidrilazione sin. La scissione ossidativa degli alcheni. La scissione con permanganato di potassio basico bollente. La scissione con ozono. Struttura elettronica e nomenclatura degli alchini. Idratazione di alchini. Addizione di bromo agli alchini. Riduzione ad alcheni e scissione ossidativa.

I composti aromatici (4 ore): La nomenclatura dei derivati del benzene. Le reazioni del benzene. La struttura di Kekulè del benzene. La stabilità del benzene. La struttura del benzene spiegata con la teoria della risonanza. La regola di Huckel. Gli annuleni. I composti aromatici eterociclici. Le reazioni di sostituzione elettrofila aromatica. Il meccanismo generale della sostituzione elettrofila aromatica: gli ioni arenio. Alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione di Friedel-Crafts, acilazione di Friedel-Crafts. Le limitazioni delle reazioni di Friedel-Crafts. L’effetto dei sostituenti su reattività e orientazione: i gruppi attivanti orto-para orientanti, i gruppi disattivanti meta-orientanti, gli alogeno sostituenti: i disattivanti orto-para orientanti. La teoria degli effetti del sostituente sulla sostituzione elettrofila aromatica.

Le reazioni di sostituzione nucleofila e di eliminazione degli alogenuri alchilici (5 ore): Gli alogenuri organici e nomenclatura IUPAC. Le reazioni di sostituzione nucleofila. Reazione SN2: cinetica e meccanismo di reazione. Reazione SN1: cinetica e meccanismo di reazione. I fattori che influenzano la velocità delle reazioni SN1 e SN2: l’influenza della struttura del substrato. L’effetto della concentrazione e della forza del nucleofilo. Gli effetti del solvente nelle reazioni SN2: i solventi polari protici e aprotici; l’effetto del solvente nelle reazioni SN1: il potere ionizzante del solvente; la natura del gruppo uscente. La sintesi organica: le trasformazioni di gruppi funzionali mediante reazioni SN2. Le reazioni di eliminazione di alogenuri alchilici: la deidroalogenazione; le basi usate nella deidroalogenazione; i meccanismi della deidroalogenazione. La reazione E2. La reazione E1. La competizione tra sostituzione ed eliminazione. La deidroalogenazione di alogenuri alchilici: La regola di Zaitsev: la formazione dell’alchene più sostituito è favorita da una base di piccola dimensione. La formazione di alcheni meno sostituiti mediante una base ingombrante. La stereochimica delle reazioni E2: l’ orientamento dei gruppi nello stato di transizione. La disidratazione acido-catalizzata di alcoli. Il meccanismo di disidratazione di alcoli secondari e terziari: la reazione E1. La stabilità dei carbocationi e lo stato di transizione. La stabilità dei carbocationi e le trasposizioni molecolari. Le trasposizioni nel corso della disidratazione di alcoli secondari.

Alcoli e fenoli (4 ore): Struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche degli alcoli. Acidità degli alcoli. Reazioni caratteristiche degli alcoli: trasformazione degli alcoli in alogenuri alchilici, disidratazione degli alcoli ad alcheni, ossidazione di alcoli primari e secondari. Struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche dei fenoli. Acidità. Metodi di preparazione: sali di diazonio. Reattività: Acido-base ed osssido-riduzione. Polifenoli e flavonoidi.

Eteri e tioli (2 ore): Struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche degli eteri. Epossidi. Struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche dei tioli. Ossidazione dei tioli.???????

Ammine (4 ore): Struttura, nomenclatura e proprietà chimico fisiche di ammine alifatiche ed aromatiche. Basicità. Sali di ammonio. Metodi di preparazione: Riduzione dei composti azotati, amminazione riduttiva e sintesi di Gabriel. Sali di diazonio: struttura, stabilità, reazioni di sostituzione dell’azoto, reazioni di copulazione. Uso dei sali di diazonio nelle sintesi organiche.

Aldeidi e chetoni (6 ore): Gruppo carbonilico. Aldeidi e chetoni: Nomenclatura, proprietà fisiche e reattività. Metodi di preparazione: ossidazione degli alcoli e riduzione dei cloruri acidi. Tautomeria cheto-enolica. Reazioni: ossidazione, riduzione. Reazioni di addizione di acqua, alcoli (emiacetali ed acetali, gruppo protettore), ammoniaca e derivati (immine ed enammine, ossime, idrazoni).

Acidi carbossilici e derivati (6 ore): Struttura, nomenclatura e proprietà degli acidi carbossilici. Scala di acidità e Sali. Metodi di preparazione: ossidazione degli alcoli, degli areni, idrolisi dei derivati degli acidi carbossilici. Sintesi e reattività di cloruri acilici, anidridi, ammidi, esteri e tioesteri. Sostituzione nucleofila acilica. Idrolisi acida e basica degli esteri. Transesterificazione, lattami e lattoni. Anidridi cicliche. Acidi bicarbossilici.

Proteine (2 ore): Struttura degli amminoacidi ed amminoacidi proteinogenici. Punto isoelettrico. Configurazione. Oligopeptidi, polipeptidi e proteine. Legame peptidico. Aspetti strutturali.

Carboidrati (5 ore): Classificazione. Monosaccaridi: struttura a catena aperta e ciclica. Stereochimica, Configurazione relativa (D, L). Forme emiacetaliche del D-glucosio, anomeri e mutarotazione. Disaccaridi: Maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio. Polisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa.

Lipidi ed acidi nucleici (2 ore): Trigliceridi. Saponi e detergenti. Basi azotate, nucleosidi e nucleotidi. DNA e RNA

Il corso prevede 40 ore di lezioni frontali sugli argomenti indicati nella sezione CONTENUTI DEL CORSO e 16 ore di attività di esercitazione. ???????

Esame scritto con 5 esercizi da svolgere in 2 ore e prova orale facoltativa. Lo scritto è superato con votazione minima pari a 18/30 oppure se si riporta il giudizio SUPERATO. Prevede esercizi riguardanti gli argomenti indicati nella sezione CONTENUTI DEL CORSO. ???????

Tre esoneri, riguardanti gli argomenti indicati nella sezione CONTENUTI DEL CORSO, saranno previsti per gli studenti che seguono almeno il 50% delle lezioni del corso. Anche in tal caso le prove verteranno su una prova scritta con 5 esercizi da svolgere in 2 ore. Ogni prova è superata con votazione minima pari a 18/30.

Per gli studenti che intenderanno sostenere gli esoneri, una votazione di 18/30 come media sulle tre prove comporterà il superamento dell'esame. 

John McMurry, Chimica Organica – Un approccio biologico , Zanichelli

Jonathan Clayden, Fondamenti di Chimica Organica, Zanichelli

Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore, Chimica Organica, Zanichelli

Janice Gorzynski Smith, Fondamenti di Chimica Organica, Mc-Graw Hill

Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore, Esercizi risolti di Chimica Organica, Zanichelli 

Maria V. D'Auria, Orazio Taglialatela Scafati, Angela Zampella, Guida ragionata allo svolgimento di esercizi di chimica organica, Loghia

Gianluigi Broggini, Camilla Loro, Giovanni Palmisano, Chimica Organica???????, Zanichelli

Le slide del docente sono disponibili su cartella condivisa su piattaforma e-learning il cui link e relative credenziali di accesso saranno fornite agli studenti durante il corso.

Si riceve previo appuntamento il martedì dalle 15:00 alle 17:00

19/05/2023, 23/06/2023, 14/07/2023, 15/09/2023, 20/10/2023, 17/11/2023, 15/12/2023. 

No

La commissione d'esame è composta dal Dott. Antonio Laezza, dalla Prof. Brigida Bochicchio e dalla Prof. Antonietta Pepe.