PRINCIPI DI CHIMICA ORGANICA

Il corso si propone di fornire allo studente le nozioni basilari di Chimica Organica necessarie per affrontare i successivi studi di tipo chimico-farmaceutico, farmacologico e biochimico. Lo studente dovrà acquisire la conoscenze e la capacità di comprensione delle regole di nomenclatura e dei principali gruppi funzionali presenti nelle molecole organiche, della loro reattività e delle relazioni esistenti tra la struttura e le proprietà chimico-fisiche, della struttura tridimensionale e della reattività delle principali classi di composti organici.

In questo contesto, la Chimica Organica viene illustrata facendo riferimento a diversi aspetti del vivere di tutti i giorni e non come disciplina astratta e lontana dall’esperienza quotidiana. Obbiettivo fondamentale del corso è quello di stimolare lo studente ad applicare le proprie capacità di ragionamento nello studio della materia, limitando lo sforzo mnemonico all’apprendimento di un insieme limitato dei principi alla base della Chimica Organica, strumento indispensabile per lo studio di altre discipline che saranno affrontate durante il corso di studi.

Allo studente saranno forniti gli strumenti che gli permetteranno di applicare la conoscenza delle nozioni acquisite riguardo i principali meccanismi attraverso i quali i composti organici si formano e si trasformano e di comprendere come i fattori elettronici, strutturali e la loro relazione con le proprietà chimico-fisiche delle molecole organiche, sono alla base della reattività delle molecole organiche.

Alla fine del corso allo studente saranno fornite le capacità di applicare le conoscenze acquisite per riconoscere i gruppi funzionali e le principali tipologie di reazioni organiche, usare la nomenclatura, rappresentare le principali molecole organiche, predire la reattività e le proprietà fisico-chimiche in base alla struttura molecolare e di possedere competenze adeguate per ideare e sostenere argomentazioni che gli permettano di risolvere semplici problemi nel proprio campo di studi.

Lezioni frontali (6 CFU)

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza, al fine di rispettare il programma previsto potranno essere introdotte le necessarie variazioni.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto della legge Italiana (170/2010), gli studenti interessati possono chiedere un colloquio con il docente (prima dell’inizio del corso o almeno 30 giorni prima dell’appello di esame) in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, senza modificare gli obbiettivi dell'apprendimento.

È inoltre possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o DSA) del nostro Dipartimento, prof.ssa Teresa Musumeci.

Conoscenza delle nozioni di base della Chimica Generale

Come da regolamento del Corso di Laurea

MODULO 1. Introduzione allo studio della chimica organica

1. Elementi di chimica generale: struttura e legame

Tavola periodica – Struttura dell’atomo – Legami – Strutture di Lewis – Risonanza – Forma delle molecole – Rappresentazione di strutture organiche – Ibridazione – Etano, etene, etino – Lunghezza e forza di legame – Polarità delle molecole.

2. Acidi e basi

Acidi e basi di Brønsted e Lowry – Reazioni di acidi e basi di Brønsted e Lowry – Forza acida e pK_a – Previsione dell'equilibrio nelle reazione acido-base – Fattori che determinano la forza acida – Acidi e basi di Lewis.

3. Introduzione alle molecole organiche ed ai gruppi funzionali

Gruppi Funzionali – Forze intermoleoclari – Proprietà fisiche – Gruppi funzionali e reattività.

4. Alcani

Introduzione alcani – Cicloalcani – Nomenclatura IUPAC e comune di alcani e cicloalcani – Proprietà fisiche – Conformazioni di alcani aciclici – Introduzione ai cicloalcani – Cicloesano – Cicloalcani sostituiti – Ossidazione degli alcani.

MODULO 2. Stereochimica, Reazioni organiche e delocalizzazione elettronica

5. Isomeri: la disposizione degli atomi nello spazio

Isomeri cis-trans – Molecole chirali – Centri stereogenici – Centri stereogenici in molecole cicliche – Rappresentazione dei centri stereogenici con i descrittori R o S – Diastereomeri – Composti meso – Assegnazioni R o S in composti con due o più centri stereogenici – Cicloalcani disostituiti – Proprietà fisiche degli stereoisomeri – Proprietà chimiche degli enantiomeri.

6. Comprensione delle reazioni organiche

Le equazioni delle reazioni organiche – Tipologie di reazioni organiche – Rottura e formazione di legami – Energia di dissociazione di legame – Termodinamica – Entalpia ed entropia – Diagrammi di energia – Diagrammi di energia per reazioni con meccanismo a doppio stadio – Cinetica.

7. Alogenuri alchilici e reazioni di sostituzione

Introduzione agli alogenuri alchilici – Nomenclatura – Proprietà fisiche – Legame polare carbonio-alogeno – Caratteristiche generali della sostituzione nucleofila – Gruppo uscente – Nucleofilo – Meccanismi possibili per la sostituzione nucleofila – Meccanismo S_N2 – Meccanismo S_N1 – Stabilità dei carbocationi – Quando è un meccanismo S_N2 o S_N1? – Alogenuri vinilici ed arilici.

8. Alogenuri alchilici e reazioni di eliminazione

Caratteristiche generali dell'eliminazione – Alcheni: i prodotti delle reazioni di eliminazione – Meccanismo dell'eliminazione – Meccanismo E2 – Regola di Zaitsev – Meccanismo E1 – Meccanismo E1 o E2? – Il meccanismo sarà S_N1, S_N2, E1 o E2?

9. Alcoli, eteri ed epossidi

Introduzione – Struttura e legami – Nomenclatura – Proprietà fisiche – Preparazione di alcoli, eteri ed epossidi – Caratteristiche generali: Reazioni di alcoli, eteri ed epossidi – Disidratazione degli alcoli ad alcheni – Conversione degli alcoli ad alogenuri alchilici con HX – Conversione degli alcoli ad alogenuri alchilici SOCl₂ e PBr₃ – Tosilato: un buon gruppo uscente – Reazioni degli eteri con acidi forti – Reazioni degli epossidi.

10. Alcheni

Introduzione – Nomenclatura – Proprietà fisiche – Preparazione degli alcheni – Idroalogenazione: addizione elettrofila di HX – Regola di Markovnikov – Stereochimica dell'addizione elettrofila di HX – Idratazione: Addizione elettrofila di acqua e di alcol – Alogenazione: addizione di alogeni agli alcheni – Stereochimica dell'alogenazione – Formazione di aloidrine – Addizione di borano agli alcheni: idroborazione–ossidazione – Ossimercuriazione-Demercuriazione.

11. Alchini

Introduzione – Nomenclatura – Proprietà fisiche – Preparazione degli alchini – Introduzione alle reazioni degli alchini – Addizione di acidi alogenidrici – Addizione di acqua – Idroborazione –ossidazione – Reazioni degli anioni acetiluro.

12. Ossidazione e riduzione

Introduzione – Agenti riducenti – Riduzione degli alcheni – Riduzione degli alchini – Agenti ossidanti – Epossidazione – Diidrossilazione – Scissione ossidativa degli alcheni e degli alchini – Ossidazione degli alcoli.

13. Reazioni radicaliche

Introduzione – Caratteristiche generali delle reazioni radicaliche – Alogenazione degli alcani – Meccanismo dell'aloghenazione – Differenze tra clorurazione e bromurazione – Alogenazione radicalica al carbonio allilico – Addizione radicalica ai doppi legami – I radicali e l’ozono stratosferico.

14. Coniugazione, risonanza e dieni

Coniugazione – Risonanza e carbocationi allilici – Esempi comuni di risonanza – Ibrido di risonanza – Delocalizzazione degli elettroni, ibridazione e geometria – Dieni coniugati – Lunghezza del legame carbonio-carbonio nell'1,3-butadiene – Addizione elettrofila: addizione 1,2 e 1,4 – Prodotti a controllo cinetico ed a controllo termodinamico – Reazione di Diels–Alder.

MODULO 3. I composti aromatici

15. Benzene e composti aromatici

Fondamenti – Struttura del benzene – Nomenclatura dei derivati del benzene – Particolare stabilità del benzene – Composti aromatici, antiaromatici e non aromatici – Criteri per l'aromaticità: regola di Hückel – Ioni aromatici – Composti eterociclici aromatici – Idrocarburi policiclici aromatici – Composti eterociclici fusi – Esempi di composti aromatici.

16. Reattività dei composti aromatici

Sostituzione elettrofila aromatica – Meccanismo generale – Alogenazione – Nitrazione e solfonazione – Alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts – Alchilazione del benzene mediante acilazione-riduzione – Confronto tra alchilazione ed acilazione – Nomenclatura dei benzeni disostituiti e polisostituiti – Effetto dei sostituenti sulla reattività: sostituenti attivanti e disattivanti – Effetto dei sostituenti multipli sull’orientamento – Sostituzione Nucleofila Aromatica – Sostituzioni aromatiche mediante reattivi organometallici – Reazioni in catena laterale dei derivati del benzene – Fenolo e reazioni.

MODULO 4. Composti carbonilici ed ammine

17. Aldeidi e chetoni

Introduzione – Nomenclatura – Preparazione di aldeidi e chetoni – Reattività generali dei composti carbonilici – Reazioni di aldeidi e chetoni: reazioni di addizione nucleofila, considerazioni generali – Addizione nucleofila di ione idruro (reazioni di riduzione) – Generalità sulle riduzioni e sulle ossidazioni – Reazioni di ossidazione – Reazioni con i nucleofili al carbonio: reazioni con reagenti organometallici, addizione di ioni cianuro – Reazioni con i nucleofili all’azoto: addizione di ammine 1^a e 2^a – Reazioni con i nucleofili all’ossigeno: addizione di acqua (idratazione), addizione di alcoli (formazione di acetali, emiacetali ciclici, introduzione ai carboidrati) – Reazione di Wittig – Composti carbonilici α,β-insaturi.

18. Composti carbossilici: acidi carbossilici e derivati

Struttura e legame – Nomenclatura – Preparazione degli acidi carbossilici – Reazioni degli acidi carbossilici: caratteristiche generali – Acidi carbossilici: acidi forti di Brønsted e Lowry – Effetti induttivi negli acidi carbossilici alifatici, acidi benzoici sostituiti ed acidi solfonici – Amminoacidi – Derivati degli acidi carbossilici – Struttura e legame dei derivati degli acidi carbossilici – Nomenclatura dei derivati degli acidi carbossilici – Riduzione di acidi carbossilici e loro derivati – Nucleofili nella sostituzione nucleofila acilica – Reazioni dei reagenti organometallici con i derivati degli acidi carbossilici – Reazioni degli alogenuri acilici – Reazioni delle anidridi – Reazioni degli acidi carbossilici – Reazioni degli esteri – Idrolisi dei lipidi – Reazioni delle ammidi – Nitrili.

19. Composti carbonilici e carbossilici: reazioni di condensazione in α

Introduzione – Enoli – Enolati – Racemizzazione al carbonio in α – Alogenazione al carbonio in α – Alchilazione diretta di enolati – Sintesi con l'estere malonico – Sintesi con l'estere acetacetico – Reazione aldolica – Reazioni aldoliche incrociate – Reazione di Claisen – Reazione di Michael.

20. Ammine

Introduzione – Struttura e legami – Nomenclatura – Preparazione delle ammine – Ammine che reagiscono come-basi – Basicità relativa delle ammine e di altri composti – Ammine che reagiscono come nucleofili – Eliminazione di Hofmann e di Cope – Reazioni con acido nitroso: diazotazione, N-nitrosammine – Reazioni di sostituzione dei sali di arildiazonio: sostituzione del gruppo diazonio con idrossido, cloruro, bromuro, ioduro e cianuro (reazioni di Sandmeyer), fluoruro (reazione di Schiemann) e con idrogeno – Reazioni di accoppiamento dei sali di arildiazonio.

MODULO 5. Composti bioorganici

21. Lipidi

Introduzione – Cere – Triacilgliceroli – Fosfolipidi – Vitamine liposolubili – Eicosanoidi – Terpeni – Steroidi.

22. Carboidrati

Introduzione – Monosaccaridi – La famiglia dei ᴅ-aldosi – La famiglia dei ᴅ-chetosi – Forme cicliche dei monosaccaridi –Glicosidi – Reazioni dei gruppi OH dei monosaccaridi – Reazioni del gruppo carbonilico: ossidazione e riduzione – Allungamento della catena: la sintesi di Kiliani-Fischer – Accorciamento della catena: la degradazione di Wohl – Il glucosio è il più stabile fra gli aldoesosi –– Zuccheri riducenti e non riducenti – Disaccaridi – Polisaccaridi – Alcuni prodotti naturali derivati dai carboidrati – I carboidrati sulla superficie cellulare – Dolcificanti sintetici.

23. Amminoacidi e proteine

Amminoacidi – Configurazione degli amminoacidi – Proprietà acido-basiche degli amminoacidi – Il punto isoelettrico – Separazione degli amminoacidi – Metodi di sintesi degli amminoacidi – Risoluzione di una miscela racemica di amminoacidi – Legami peptidici e legami disolfuro – Alcuni peptidi interessanti – Strategie di sintesi peptidica – Sintesi peptidica automatizzata – Introduzione alla struttura delle proteine – Come determinare la struttura primaria di un polipeptide o di una proteina – Struttura secondaria delle proteine – Struttura terziaria delle proteine – Struttura quaternaria delle proteine – Denaturazione delle proteine.

24. Acidi nucleici

Nucleosidi e nucleotidi – Gli acidi nucleici sono costituiti da subunità nucleotidiche – La struttura secondaria del DNA: la doppia elica – Perché nel DNA non ha il gruppo 2-OH – Biosintesi del DNA: la replicazione – DNA ed ereditarietà – La biosintesi dell’RNA: la trascrizione – Gli RNA impiegati per la biosintesi delle proteine – La biosintesi delle proteine: la traduzione – Perché il DNA contiene la timina anziché uracile – Farmaci antivirali – Determinazione della sequenza di basi del DNA – L’ingegneria genetica.

1. Fondamenti di Chimica Organica – J. C. Smith – 3^a Ed. 2018 – McGraw-Hill, ISBN 978-88-386-9443-1
2. Fondamenti di Chimica Organica – L. G. Wade – 1ª Ed. 2015 – Piccin, ISBN 978-88-299-2300-7
3. Chimica Organica – P. Y. Bruice – 2^a Ed. 2017 – EdiSES, ISBN 978-88-795-9935-1 (contiene un kit di modellini molecolari)
4. Esercizi risolti di Chimica Organica – N. E. Schore e K. P. C. Vollhardt – 4^a Ed. 2016 – Zanichelli, ISBN 9788808436900

Il livello di acquisizione degli obiettivi formativi verrà verificato attraverso un esame finale costituito da una prova scritta ed una prova orale. Alla prova orale si accede totalizzando nella prova scritta un minimo di 18 punti su 30.

La prenotazione all'esame è obbligatoria ed è attiva fino a quattro giorni prima della data riportata nel calendario degli esami.

La prova scritta, della durata di 90 minuti, consiste di 30 quesiti a risposta multipla (5 possibili risposte di cui una sola esatta), reperiti dalla piattaforma online Exam Manager, che copriranno l’intero programma svolto. A ciascuna risposta esatta verrà attribuito un punto mentre per ciascuna risposta sbagliata sarà detratto un quarto di punto (−0,25); le risposte non date varranno zero punti. La prova scritta si riterrà superata con una votazione minima di 18/30.

Durante lo svolgimento dell’esame non è consentito consultare libri, appunti o dispositivi elettronici di alcun tipo.

La prova orale consiste in una discussione, della durata di circa 30 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunti dallo studente riguardo i contenuti teorici e metodologici indicati nel programma; si svolgerà almeno due giorni dopo la prova scritta. La data del colloquio orale verrà comunicata nel sito del Dipartimento alla pagina del docente, sezione “news”. La prova orale consentirà, inoltre, di verificare la capacità di comunicazione dell’allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell’esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorico.

Il voto finale sarà stabilito tenendo conto dei punteggi conseguiti in entrambe le prove. È importante sottolineare che la prova orale non va intesa come finalizzata all’innalzamento del voto conseguito nello scritto ma, nel caso abbia esito negativo, il voto potrà abbassarsi fino anche a determinare la bocciatura.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Assegnare, al seguente composto, il nome IUPAC incluso di stereochimica ed indicare il numero dei possibili stereoisomeri.

Mettere in ordine di acidità crescente i seguenti composti.

Indicare tra le seguenti specie il nucleofilo più forte in un solvente polare protico.

Proporre un meccanismo per la seguente trasformazione.

Scrivere il prodotto e il meccanismo della seguente reazione.

Completare le seguenti reazioni.

Descrivere l’allungamento della catena di un monosaccaride.