CHIMICA ORGANICA I E CHIMICA ORGANICA II

Obiettivi formativi

• CHIMICA ORGANICA I

  Il corso è destinato alla comprensione dei principi su cui si fonda la chimica dei composti del carbonio ed al ruolo che essi svolgono in seno ai processi biologici e tossicologici.

Prerequisiti richiesti

• CHIMICA ORGANICA I

  PROPEDEUTICITÀ:Chimica generale

Contenuti del corso

• CHIMICA ORGANICA I

  PROGRAMMA DEL CORSO DI CHIMICA ORGANICA I

   

  MODULO 1. INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ORGANICA

   

  1.RICHIAMI DI CHIMICA GENERALE

   

  Le Origini della Chimica Organica – Principi della Struttura Atomica: Struttura dell’Atomo, Configurazioni Elettroniche degli Atomi – Formazione del Legame: la Regola dell’Ottetto, Legame Ionico e Covalente – Strutture di Lewis – Legami Multipli – Elettronegatività e Polarità dei Legami – Cariche Formali – Risonanza – Formule Strutturali: Condensate ed a Linee ed Angoli (Struttura a Bastoncini) – Acidi e Basi di Arrhenius, di Brønsted-Lowry, di Lewis – Forza degli Acidi e delle Basi ed Effetti Strutturali sull’Acidità.

   

  2.STRUTTURA E PROPRIETÀ DELLE MOLECOLE ORGANICHE

   

  Proprietà Ondulatorie degli Elettroni – Orbitali Molecolari: Legame Sigma (σ) e Pigreco (π) – Ibridazione e Forme Molecolari: Orbitali Ibridi sp, sp² ed sp³ – Come Rappresentare Molecole Tridimensionali – Regole Generali di Ibridazione e Geometria – Rotazione dei Legami – Isomeria: Costituzionale e Geometrica, Stereoisomeri – Polarità di Legami e Molecole e Momenti Dipolari – Forze Intermolecolari: Dipolo-Dipolo, di Van der Waals, di London, Legame ad Idrogeno – Idrocarburi: Alcani, Alcheni, Alchini ed Aromatici – Composti Organici Contenenti Ossigeno: Alcoli, Eteri, Aldeidi, Chetoni, Acidi Carbossilici e Derivati – Composti Organici Contenenti Azoto: Ammine, Ammidi e Nitrili.

  3.STRUTTURA E CONFORMAZIONE DEGLI ALCANI

   

  Classificazione degli Idrocarburi – Formule Molecolari – Nomenclatura: Nomi Comuni e IUPAC – Proprietà Fisiche: Solubilità, Densità, Punti di Ebollizione e di Fusione – Struttura e Conformazione: Struttura del Metano e Conformazioni dell’Etano e del Propano, Proiezioni di Newman e Strutture a Cavalletto – Conformazioni del Butano: Energia Torsionale e Tensione Sterica –Cicloalcani: Formule Molecolari, Proprietà Fisiche e Nomenclatura – Isomeria Cis-Trans nei Cicloalcani – StabilitàNdei Cicloalcani: Calori di Combustione – Tensione d’Anello: Ciclopropano, Ciclobutano e Ciclopentano – Conformazioni del Cicloesano: a Sedia ed a Barca, Posizioni Assiali ed Equatoriali – Conformazioni dei Cicloesani Sostituiti –Reazioni radicaliche.

   

   

  MODULO 2. REATTIVITÀ E REAZIONI RADICALICHE DEGLI ALCANI, STEREOCHIMICA, REAZIONI DI SOSTITUZIONE NUCLEOFILA E DI ELIMINAZIONE

  4.LO STUDIO DELLE REAZIONI CHIMICHE

   

  Clorurazione del Metano – La Reazione Radicalica a Catena: Iniziazione, Propagazione e Terminazione – Costanti di Equilibrio ed Energia Libera – Entalpia ed Entropia – Cinetica di Reazione – Energia di Attivazione e Relazione tra Cinetica e Temperatura – La Cinetica della Reazione di Alogenazione Radicalica – Il Postulato di Hammond-Leffler – Intermedi Reattivi: Carbocationi, Radicali Liberi, Carbanioni e Carbeni.

   

  5.STEREOCHIMICA

   

  Chiralità: Enantiomeria, Atomi di Carbonio Asimmetrici, Centri di Chiralità e Stereocentri, Piani Speculari di Simmetria – Nomenclatura (R) ed (S) degli Atomi di Carbonio Asimmetrici: Convenzione di Cahn-Ingold-Prelog (CIP) – Attività Ottica: Luce Piano-Polarizzata e sua Rotazione, Polarimetria, Rotazione Specifica – Miscele Racemiche – Eccesso Enantiomerico e Purezza Ottica – Composti Chirali senza Atomi Asimmetrici (Atropoisomeri): Enantiomeria Conformazionale, Alleni – Proiezioni di Fischer – Diastereoisomeri – Classi di Isomeri – Stereochimica di Molecole con Due o Più Carboni Asimmetrici: Composti Meso, Eritro, Treo ed Epimeri – Risoluzione degli Enantiomeri.

   

   

  6.ALOGENURI ALCHILICI: SOSTITUZIONE NUCLEOFILA ED ELIMINAZIONE

   

  Nomenclatura – Impieghi Comuni: Solventi, Reagenti, Anestetici, Refrigeranti e Schiumogeni (Freon) – Struttura – Proprietà Fisiche: Punti di Ebollizione e Densità – Preparazione: da Alcani, Alcheni, Alchini, Alcoli ed Altri Alogenuri – Reazioni degli Alogenuri Alchilici: Sostituzione ed Eliminazione – Sostituzioni Nucleofile di Secondo Ordine: le Reazioni SN2 – Fattori che Influenzano le Reazioni SN2: Forza del Nucleofilo e Nucleofilicità, Ingombro Sterico del Nucleofilo ed Effetto Solvente – Reattività dei Substrati nelle Reazioni SN2: Influenza del Gruppo Uscente ed Ingombro Sterico del Substrato – Reazioni Stereospecifiche e Stereoselettive – Aspetti Stereochimici della Reazione SN2: Inversione della Configurazione (Inversione di Walden) – Sostituzione Nucleofila di Primo Ordine: La Reazione SN1: Influenza dei Sostituenti, del Gruppo Uscente e del Solvente – Aspetti Stereochimici della Reazione SN1 – Trasposizioni nelle Reazioni SN1 – Confronto tra la Reazione SN1 e la Reazione SN2: Influenza del Nucleofilo, del Substrato e del Solvente, Cinetica di Reazione, Stereochimica e Trasposizioni – Eliminazione del Primo Ordine: La Reazione E1: Meccanismo, Cinetica e Competizione con la SN1 – Trasposizioni in una Reazione E1 – Reazioni dei Carbocationi – Regioselettività della Reazione di Eliminazione: La Regola di Zaitsev – Eliminazione di Secondo Ordine: La Reazione E2 – Aspetti Stereochimici della Reazione E2 – Confronto tra i Meccanismi delle Eliminazioni E1 ed E2: Influenza della Base, del Solvente e del Substrato, Cinetica, Orientazione, Stereochimica e Trasposizioni

   

   

  MODULO 3. SINTESI E REAZIONI DI ALCHENI, ALCHINI, ALCOLI, ETERI, EPOSSIDI, SOLFURI E DIENI

  7.STRUTTURA E SINTESI DEGLI ALCHENI

   

  Descrizione degli Orbitali del Doppio Legame – Nomenclatura – Isomeri Cis-Trans ed E/Z – Stabilità: Calori di Idrogenazione, Influenza della Sostituzione e Differenza Energetica tra gli Isomeri Cis-Trans – Proprietà Fisiche – Sintesi per Eliminazione da Alogenuri Alchilici: Deidroalogenazione Mediante Meccanismo E2, Regioselettività (Prodotto di Zaitsev o di Hofmann) e Stereospecificità, Deidroalogenazione Mediante Meccanismo E1 – Sintesi per Disidratazione di Alcoli.

   

   

  8.REAZIONI DEGLI ALCHENI

   

  Reattività del Doppio Legame Carbonio-Carbonio – Addizione Elettrofila – Addizione di Acidi Alogenidrici (Regola di Markovnikov) – Addizione Radicalica di HBr (Anti-Markovnikov) – Addizione di Acqua Catalizzata da Acidi – Idratazione Mediante Ossimercuriazione-Demercuriazione ed Idroborazione-Ossidazione – Addizione di Alogeni: Meccanismo e Stereochimica – Formazione di Aloidrine – Idrogenazione Catalitica – Epossidazione con Perossiacidi (Reazione di Prilezhaev) – Apertura degli Epossidi Acido-Catalizzata – Di-Ossidrilazione Sin – Scissione Ossidativa(Ozonolisi).

   

   

  9.ALCHINI

   

  Nomenclatura – Proprietà Fisiche – Struttura Elettronica – Acidità e Formazione di Ioni Acetiluro – Sintesi a Partire da Acetiluri: Alchilazione ed Addizione ai Gruppi Carbonilici – Sintesi Mediante Reazioni di Eliminazione – Reazioni di Addizione: Idrogenazione Catalitica ad Alcani ed Alcheni Cis, Riduzione con Metallo-Ammoniaca ad Alcheni Trans, Addizione di Acidi Alogenidrici, Idratazione (Tautomeria Cheto-Enolica Acido-Catalizzata e Base-Catalizzata).

   

  10.ALCOLI

   

  Struttura e Classificazione – Nomenclatura di Alcoli e Fenoli – Proprietà Fisiche: Punti di Ebollizione e Solubilità – Acidità degli Alcoli e dei Fenoli: Effetti sull’Acidità e Formazione di Alcossidi – Riepilogo delle Sintesi già esaminate: Sostituzione Nucleofila, Idratazione Acido-Catalizzata di Alcheni, Ossimercuriazione-Demercuriazione, Idroborazione-Ossidazione, Di-Ossidrilazione Sin ed Anti di Alcheni, Addizione di Acetiluri a Composti Carbonilici – Reattivi Organometallici nella Sintesi degli Alcoli: Reattivi di Grignard e di Organolitio – Addizione di Reattivi Organometallici a Composti Carbonilici: Aldeidi, Chetoni, Alogenuri Acilici ed Esteri – Addizione di Reattivi Organometallici ad Epossidi – Riduzione del Gruppo Carbonilico: Mediante Sodio Boroidruro e Litio Alluminioidruro, Idrogenazione Catalitica di Aldeidi e Chetoni – Tioli (Mercaptani) – Reazioni e Stati di Ossidazione – Ossidazione con Acido Cromico (Ossidazione di Jones) e Piridinio Clorocromato (PCC, Ossidazione di Corey) –– Alcol come Nucleofili ed Elettrofili: Formazione dei Tosilati e Reazioni SN2 degli Esteri Tosilici – Reazioni con gli Acidi Alogenidrici e Reattivo di Lucas – Reazioni con Alogenuri del Fosforo – Reazioni con il Cloruro di Tionile – Reazioni di Disidratazione: Formazione di Alcheni ed Eteri – Reazioni Tipiche dei Dioli: La Trasposizione Pinacolica e la Scissione con Acido Periodico –Reazioni degli Alcossidi: La Sintesi degli Eteri di Williamson.

   

  11.ETERI, EPOSSIDI E SOLFURI

   

  Proprietà Fisiche degli Eteri: Struttura e Polarità, Punti di Ebollizione e Legami ad Idrogeno, Utilizzo come Solventi – Nomenclatura degli Eteri – La Sintesi degli Eteri di Williamson – Sintesi degli Eteri per Alcossimercurazione-Demercurazione – Scissione degli Eteri con HBr ed HI – Tioeteri (Solfuri) – Sintesi degli Epossidi: con Perossiacidi , Ciclizzazione delle Aloidrine in Ambiente Basico – Apertura Acido-Catalizzata degli Epossidi: in Acqua, in Soluzione Alcolica, con Acidi Alogenidrici – Apertura Base-Catalizzata degli Epossidi – Orientazione dell’Apertura d’Anello degli Epossidi – Reazioni degli Epossidi con Reattivi di Grignard e di Organolitio.

   

   

  12.LA CHIMICA DEI DIENI

   

  Stabilità – Orbitali Molecolari di un Sistema Coniugato – Cationi Allilici – Addizioni 1,2 ed 1,4 ai Dieni Coniugati– Controllo Cinetico e Termodinamico nell’Addizione di HBr all’1,3-butadiene – Radicali Allilici e Bromurazione Radicalica Allilica – La Reazione Periciclica di Diels-Alder: Requisiti Stereochimici e Reagenti Asimmetrici.

   

  MODULO 4. I COMPOSTI AROMATICI

   

   

  13.COMPOSTI AROMATICI

   

  La Scoperta del Benzene – La Struttura e le Proprietà del Benzene – Gli Orbitali Molecolari del Benzene – Gli Orbitali Molecolari del Ciclobutadiene – Composti Aromatici, Antiaromatici e Non-Aromatici – La Regola di Hückel – Ioni Aromatici – Composti Eterociclici Aromatici – Idrocarburi Policiclici Aromatici – Nomenclatura dei Derivati del Benzene – Proprietà Fisiche di Benzene e Derivati.

   

  14.REATTIVITÀ DEI COMPOSTI AROMATICI

   

  Sostituzione Elettrofila Aromatica – Alogenazione, Nitrazione e Solfonazione del Benzene – Nitrazione del Toluene: L’effetto dei Sostituenti Alchilici – Sostituenti Attivanti Orto,Para-Orientanti – Sostituenti Disattivanti Meta-Orientanti – Alogeni: Disattivanti Orto,Para-Orientanti – Effetto di Sostituenti Multipli sulla Sostituzione Elettrofila Aromatica – Alchilazione di Friedel-Crafts – Acilazione di Friedel-Crafts – Formilazione di Gatterman-Koch – Riduzione di Clemmensen e di Wolff-Kishner– Sostituzione Nucleofila Aromatica: Meccanismo Via Addizione-Eliminazione e Meccanismo Via Benzino (Eliminazione-Addizione) –– Reazioni in Catena Laterale dei Derivati del Benzene: Ossidazione con Permanganato, Alogenazione in Catena Laterale, Sostituzione Nucleofila in Posizione Benzilica – Sintesi dei Fenoli: Processo Dow, Fusione alcalina ed Ossidazione del Cumene – Reazioni dei Fenoli: Ossidazioni a Chinoni, Sostituzione Elettrofila Aromatica, Reazione di Kolbe-Schmitt.

   

   

   

• CHIMICA ORGANICA II

  PROGRAMMA DEL CORSO DI CHIMICA ORGANICA II

   

   

   

  MODULO 5. SINTESI E REAZIONI DI ALDEIDI, CHETONI, AMMINE, ACIDI CARBOSSILICI E DERIVATI

  15.ALDEIDI E CHETONI

   

  Composti Carbonilici – Struttura del Gruppo Carbonilico – Nomenclatura – Proprietà Fisiche – Riepilogo dei Metodi di Sintesi: Ossidazione degli Alcoli e degli Alcheni, Acilazione di Friedel-Crafts, Idratazione degli Alchini Catalizzata da Acido e Sali di Mercurio, Idroborazione-Ossidazione degli Alchini – Formilazione di Gatterman-Koch – Sintesi da Nitrili, Cloruri Acilici (Riduzione di Rosenmund) ed Esteri – Reazioni: Introduzione all’Addizione Nucleofila – La Reazione di Wittig – Idratazione – Formazione delle Cianidrine – Formazione delle Immine e delle Enammine – Condensazione con Idrossilammina ed Idrazine – Formazione di Acetali e Chetali – Ossidazione delle Aldeidi – Ossidazione di Bayer-Villiger dei Chetoni – Riduzione di Aldeidi e Chetoni: con Idruri, per Idrogenazione Catalitica, per Deossigenazione Mediante Riduzione di Clemmensen e di Wolff-Kishner.

  16.ACIDI CARBOSSILICI

   

  Nomenclatura – Struttura e Proprietà Fisiche: Punti di Ebollizione e di Fusione, Solubilità – Acidità – Sali – Sintesi: Ossidazione di Alcoli Primari ed Aldeidi con Acido Cromico, Ossidazione di Alcheni e Alchini con Permanganato a Caldo o Scissione Ossidativa con Ozono (Ozonolisi), Ossidazione delle Catene Laterali di Alchilbenzeni con Permanganato a Caldo, Carbonatazione dei Reattivi di Grignard e Reazione di Kolbe-Schmitt, Formazione ed Idrolisi dei Nitrili – Reazioni degli Acidi Carbossilici e Derivati: Sostituzione Nucleofila Acilica – Condensazione con Alcol: Esterificazione di Fischer – Esterificazione con Diazometano – Condensazioni con Ammine: Sintesi Diretta di Ammidi – Riduzione: ad Alcoli con Litio Alluminio Idruro e ad Aldeidi con Litio tri-tert-Butossialluminio Idruro o di-Isobutilalluminio Idruro (DIBALH) – Sintesi ed Utilizzo dei Cloruri Acilici.

   

  17.DERIVATI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI

   

  Struttura e Nomenclatura: Esteri, Ammidi, Nitrili, Alogenuri Acilici, Anidridi, Lattoni, Lattami e Lattidi – Punti di Ebollizione e Punti di Fusione – Interconversione per Sostituzione Nucleofila Acilica: Meccanismo di Addizione-Eliminazione, Reattività dei Derivati – Interconversione fra Derivati: Trasformazione di un Cloruro Acilico in Anidride, Estere ed Ammide (Reazione di Schotten-Baumann), Trasformazione di un Estere in Ammide (Ammoniolisi di un Estere), Transesterificazione – Idrolisi di Alogenuri Acilici, Anidridi, Esteri, Ammidi e Nitrili – Riduzione: ad Alcol, ad Aldeide, ad Ammina – Reazioni con Reagenti Organometallici – Reazione di un Estere con due Equivalenti di un Reattivo di Grignard.

   

   

  18.ALFA SOSTITUZIONI E CONDENSAZIONI DEI COMPOSTI CARBONILICI

   

  Alfa Sostituzione – Addizione di un Enolato ad Aldeidi e Chetoni – Sostituzione di un Enolato su un Estere – Enoli e Ioni Enolato: Tautomeria Cheto-Enolica Base-Catalizzata ed Acido-Catalizzata, Formazione e Stabilità degli Ioni Enolato – Alchilazione degli Ioni Enolato – Formazione e Alchilazione delle Enammine: La Reazione di Stork – Alfa Alogenazione di Chetoni ed Acidi Carbossilici: Base-Promossa ed Acido-Catalizzata, Reazione Aloformica, Reazione di Hell-Volhard-Zelinski – Addizione Aldolica di Aldeidi e Chetoni: Base-Catalizzata ed Acido-Catalizzata – Disidratazione degli Aldoli (Condensazione) – Addizioni e Condensazioni Aldoliche Incrociate – Pianificazione di una Sintesi Mediante Condensazione Aldolica – La Condensazione di Claisen – La condensazione di Dieckmann –Condensazione di Claisen Incrociata – Acidità e Reazioni dei Composti β-Dicarbonilici – La Sintesi Malonica – La Sintesi Acetoacetica – Addizioni Coniugate: La Reazione di Michael – L’Anellazione di Robinson – La reazione di Mannich – La Reazione di Reformatsky.

   

  19.AMMINE

   

  Nomenclatura – Struttura – Proprietà Fisiche – Basicità – Effetti sulla Basicità: Sostituenti, Risonanza ed Ibridazione – Sali di Ammonio – Sostituzione Aromatica di Arilammine e Piridina – Alchilazione con Alogenuri Alchilici – Acilazione Mediante Cloruri Acilici – Ammine come Gruppi Uscenti: L’Eliminazione di Hofmann – Ossidazione: L’Eliminazione di Cope – Reazioni con Acido Nitroso: Diazotazione ed N-Nitrosammine – Reazioni dei Sali di Arendiazonio: Sostituzione del Gruppo Diazonio con Idrossido (Idrolisi), Cloruro, Bromuro, Ioduro e Cianuro (Reazioni di Sandmeyer), con Fluoruro (Reazione di Schiemann) e con Idrogeno – Reazioni di Diazocopulazione – Sintesi Mediante Amminazione Riduttiva – Sintesi Attraverso Acilazione-Riduzione – Sintesi delle Ammine Primarie: Alchilazione Diretta, Sintesi di Gabriel, Riduzione di Azidi, Nitrili e Nitro Composti.

  MODULO 6. BIOMOLECOLE

  21. CARBOIDRATI ED ACIDI NUCLEICI

  Classificazione dei Carboidrati: Monosaccaridi, Disaccaridi e Polisaccaridi – Monosaccaridi: Classificazione e Configurazione D ed L – Diastereoisomeri Eritro e Treo – Epimeri ed Epimerizzazione – Strutture Cicliche dei Monosaccaridi: Formazione di un Emiacetale Ciclico e Proiezioni di Haworth – Anomeri dei Monosaccaridi: la Mutarotazione – Riduzione dei Monosaccaridi ad Alditoli – Ossidazione dei Monosaccaridi ad Acidi Aldonici ed Aldarici – Sintesi di Kiliani-Fischer modificata (Serianni-Barker) – Degradazione di Wohl – Degradazione con Acido Periodico (Reazione di Malaprade) – Zuccheri Riducenti e Test di Tollens – Zuccheri Non Riducenti: Formazione di Glicosidi, Eteri, Esteri ed Acetali Ciclici – I Disaccaridi: Cellobiosio, Maltosio, Lattosio,Saccarosio – I Polisaccaridi: Cellulosa, Amilosio, Amilopectina e Glicogeno – Gli Acidi Nucleici – Ribonucleosidi e Ribonucleotidi – Le Strutture dell’RNA e del DNA.

  21. AMMINOACIDI E PEPTIDI

  Amminoacidi, Peptidi e Proteine – Struttura e Stereochimica degli α-Amminoacidi: Amminoacidi Standard, Essenziali, Rari ed Inusuali – Proprietà Acido-Base degli Amminoacidi – Punti Isoelettrici ed Elettroforesi – Sintesi: Amminazione Diretta, Amminazione Riduttiva, Sintesi di Gabriel e di Strecker – Struttura e Nomenclatura di Peptidi e Proteine – Classificazione delle Proteine – Livelli di Organizzazione Strutturale delle Proteine: Struttura Primaria, Secondaria, Terziaria e Quaternaria – Determinazione della Struttura Primaria di una Proteina: Idrolisi e Separazione per Cromatografia a Scambio Cationico, Degradazione di Edman – Sintesi di Peptidi e Proteine: Protezione del Residuo N-Terminale ed Attivazione di quello C-Terminale – Sintesi dei polipeptidi di Merrefield.

  MODULO 7. ETEROCICLI

  22.LA CHIMICA DEGLI ETEROCICLI AROMATICI

   

  Nomenclatura e Struttura e Sintesi degli Eterocicli Aromatici – Basicità ed Acidità dei Composti Eterociclici Azotati – La Chimica del Furano, del Pirrolo e del Tiofene: Sostituzione Elettrofila Aromatica, Reazioni di Addizione del Furano, Reazioni in Catena Laterale – La Chimica della Piridina: Sostituzione Elettrofila Aromatica sulla Piridina e sulla Piridina-N-Ossido, Sostituzione Nucleofila Aromatica e Reazione di Chichibabin, Sali di N-Alchilpiridinio e loro Reazioni, Reazioni in Catena Laterale sui Derivati Piridinici.

Testi di riferimento

• CHIMICA ORGANICA I
  • Chimica Organica – P. Y. Bruice – 2a Ed. EdiSES (include un kit di modelli molecolari).
  • Chimica Organica – a cura di B. Botta, AA. VV. – 2a Ed. Edi-Ermes.
  • Guida Ragionata allo Svolgimento di Esercizi di Chimica Organica – M. V. D’Auria, O. Taglialatela Scafati, A. Zampella – 3a Ed. Loghìa.
• CHIMICA ORGANICA II

  Fondamenti di Chimica Organica – L. G. Wade, Jr. – Piccin.

  • Chimica Organica – P. Y. Bruice – 2a Ed. EdiSES (include un kit di modelli molecolari).
  • Chimica Organica – a cura di B. Botta, AA. VV. – 2a Ed. Edi-Ermes.
  • Manuale Virtuale di Chimica Organica: http://organicavirtuale.altervista.org/VirtualText/intro1.html Guida Ragionata allo Svolgimento

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• CHIMICA ORGANICA II

  L'esame si comporrà di una prova scritta e di una prova orale. Il superamento della prova scritta sarà raggiunto totalizzando un punteggio minimo pari a 18 punti. Il superamento della prova scritta è condizione necessaria ma non sufficiente alla promozione. Il voto finale sortirà dalla media tra il punteggio ottenuto nella prova scritta ed il voto conseguito nella prova orale.