CHIMICA ORGANICA
Academic Year 2023/2024 - Teacher: MARIA ASSUNTA ROSSELLA CHIACCHIOExpected Learning Outcomes
The course of Organic Chemistry aims to provide students with the basic principles of Organic Chemistry. In particular, it is focused on the chemical properties and nomenclature of carbon-containing compounds. The course also deals with the reactivity of the main functional groups present in organic molecules, the main classes of biomolecules and some of the heterocyclic aromatic systems, whose knowledge is necessary to understand also topics developed in other teachings of the Degree Programme. Therefore, the ultimate goal is to provide the tools to understand the role that carbon compounds have in biological and toxicological processes.
Course Structure
The course takes place trough frontal lessons, excercises and also using power point.
Should teaching be carried out in mixed mode or remotely, it may be necessary to introduce changes with respect to previous statements, in line with the programme planned and outlined in the syllabus.
Information for students with disabilities and / or SLD:
To guarantee equal opportunities, according with the laws in force, interested students can ask for a personal interview in order to plan any compensatory and / or dispensatory measures, on the base of the educational objectives and specific needs. It is also possible to contact the referent teacher CInAP (Center for Active and Participatory Integration - Services for Disabilities and / or SLD) of our Department, Prof. Teresa Musumeci.
Required Prerequisites
Detailed Course Content
INTRODUCTION TO ORGANIC CHEMISTRY. Isomerism. Acids and bases.
ALKANES. Nomenclature. Structure. sp3 hybridization. σ- bond. Conformations. Chemical and physical properties. Reactions.
CYCLOALKANES. Nomenclature. Geometric isomerism. Conformations.
ALKENES. Nomenclature. sp2 Hybridization. Structure. π-bond. Configurational isomerism. Physical and chemical properties. Electropilic additions: Markovnikov rule, carbocation stabilization.
DIENES. Nomenclature. Conjugated dienes. Resonance. Addition 1,2 and 1,4.
ALKYNE. Nomenclature. sp hybridization. Chemical and physical properties. Acidity. Electrophilic additions.
AROMATIC HYDROCARBONS. Benzene. Structure, resonance energy, aromaticity. Nomenclature of derivatives. Aromatic electrophilic substitutions: mechanism and effect of substituents on reactivity and orientation. Polycyclic aromatic hydrocarbons.
STEREOCHEMISTRY. Enantiomers and chirality. Diastereoisomers. Resolution of a raceme. Molecular models.
HALID. Nomenclature. Chemical and physical properties. Nucleophilic substitution: stereochemistry. Elimination reaction. Elimination versus substitutions. Aryl halides.
ALCOHOLS. Nomenclature. Structure. Hydrogen bond. Preparations. Acidity, oxidation and dehydration. Glycols.
PHENOL. Nomenclature. Structure. Acidity.
ETHERS. Nomenclature. Structure. Chemical properties. Cyclic ethers. Epoxides.
ALDEHYDES AND KETONES: synthesis and reaction
CARBOXYLIC ACID, NITRILES AND CARBOXYLIC ACID DERIVATES: synthesis and reaction
CARBONYL ALPHA-SUBSTITUTION REACTIONS; CARBONYL CONDENSATION REACTIONS.
AMINES: synthesis and reactions
HETEROCYCLES.
BIOMOLECULES: CARBOHYDRATES; AMINO ACIDS, PEPTIDE AND PROTEINS.
Textbook Information
1) CHIMICA ORGANICA a cura di Bruno Botta, Autori: Appendino. Botta, Cacchi, Chiacchio, Corsaro, … Taddei. Ed. Edi-Ermes (Milano) ISBN 978-88-7051-327-1.
2) W. H. BROWN, C.S FOOTE – Chimica Organica IV edizione – EdiSES S.r.l. - Via nuova S. Rocco, 62/A – P.co Soleado – Napoli.
3) CHIMICA ORGANICA CHIMICA ORGANICA- P.Y Bruice - 3°Ed.2017 - EdiSES, ISBN 9788879599351
Course Planning
| Subjects | Text References | |
|---|---|---|
| 1 | NOMENCLATURA e GRUPPI FUNZIONALI. | 1,2,3, |
| 2 | ELEMENTI di STEREOCHIMICA. Isomeria costituzionale e stereoisomeria. Diastereomeri ed enantiomeri. Differenze di natura conformazionale (Proiezioni di Newman) e configurazionale. Stereoisomeria ottica e geometrica. Centri, assi e piani stereogenici. Chiralità molecolare ed elementi che la determinano (centri, assi e piani). Miscele racemiche. Descrittori di configurazione cis/trans, E/Z, R/S. | 1,2,3, |
| 3 | Regole di priorità di Cahn-Ingold-Prelog. Rappresentazione di strutture mediante proiezioni di Fischer (regole per la loro corretta scrittura e manipolazione). Mesoforme. Centri pseudoasimmetrici (descrittori di configurazione r/s). Epimeri. Attività ottica, eccesso enantiomerico, purezza ottica. Configurazione relativa di centri asimmetrici: descrittori D/L, eritro/treo, sin/anti, eso/endo. Cenni sulla risoluzione di enantiomeri. | 1,2,3, |
| 4 | LE REAZIONI DELLA CHIMICA ORGANICA. Grandezze termodinamiche e grandezze cinetiche implicate nelle reazioni organiche: costanti di velocità ed energie di attivazione. Ordine di reazione. Scissione omolitica ed eterolitica dei legami | 1,2,3, |
| 5 | Reazioni di Addizione, sostituzione, eliminazione, Reazioni pericicliche e reazioni di riarrangiamento: definizioni. Possibili meccanismi implicati: reazioni radicaliche, reazioni polari elettrofilo-nucleofilo, reazioni pericicliche. Reazioni elementari e composte, monomolecolari e bimolecolari. | 1,2,3, |
| 6 | IDROCARBURI ALIFATICI. Alcani e Cicloalcani: analisi conformazionale e tensione d’anello (calore di combustione) Stereoisomeria dei cicloalcani (decalina) Sintesi di alcani e cicloalcani: idrogenazione degli alcheni, riduzione degli alogenuri alchilici, sintesi di Corey-House. | 1,2,3, |
| 7 | Reazioni Radicaliche: Alogenazione di alcani. Meccanismo radicalico: stadio di attivazione (scissione omolitica di un legame dell’iniziatore), di propagazione e di terminazione della reazione. Regioselettività della sostituzione. Stabilità di radicali alchilici. Principio della reattività-selettività, postulato di Hammond, interpretazione della diversa selettività tra reazioni di clorurazione e bromurazione. | 1,2,3, |
| 8 | Alcheni: Sintesi: deidroalogenazione di alogenuri alchilici, deidratazione degli alcoli, dealogenazione dei dibromuri vicinali, reazione di Wittig . | 1,2,3, |
| 9 | Reazioni di Addizione: Addizione di acidi alogenidrici, acido solforico, acqua, bromo, cloro: meccanismi di reazione e stereochimica. Reazioni stereospecifiche e stereo selettive. Formazione di aloidrine. Ozonolisi. Reazioni di ossidazione e riduzione (calore di idrogenazione). Stabilità degli alcheni. Addizione radicalica di acido bromidrico. Radicale allilico e catione allilico: descrizione, stabilità e risonanza. Clorurazione e bromurazione allilica | 1,2,3, |
| 10 | Alchini: Acidità e sostituzione degli idrogeni acetilenici degli alchini terminali. Sintesi degli alchini: deidroalogenazione di dialogenuri alchilici: Reazione di acetiluri con alogenuri alchilici.Reazioni: Idrogenazione (addizioni sin ed anti); addizione di alogeni, di acidi alogenidrici e di acqua (tautomeria cheto-enolica). | 1,2,3, |
| 11 | ALOGENURI ALCHILICI. Reazioni: Sostituzione Nucleofila: SN1, SN2 Reazione di eliminazione: E1, E2, E1cb. Competizione fra la reazione di sostituzione ed eliminazione. Geometria a stabilità dei carbocationi e carbanioni. Alogenuri allilici e benzilici nelle reazioni di sostituzione nucleofila | 1,2,3, |
| 12 | DIENI e POLIENI. conformazioni e stabilità. Addizione 1,2 e 1,4 (controllo cinetico e termodinamico). | 1,2,3, |
| 13 | BENZENE e DERIVATI. Struttura e stabilità del benzene. Aromaticità. Regola di Hückel: annuleni e ioni aromatici. Composti aromatici, antiaromatici e non aromatici. Composti policiclici aromatici: naftalene, antracene, fenantrene, Sostituzioni elettrofile aromatiche. Reazioni e meccanismi di: alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts. Effetto dei sostituenti su reattività ed orientamento. Alchil benzeni: Radicali e cationi benzilici. alogenazione in catena laterale | 1,2,3, |
| 14 | ALCOLI. Proprietà acido-base. Sintesi: idratazione degli alcheni, ossimercuriazione-demercuriazione, idroborazione-ossidazione (meccanismi e stereochimica), sintesi dai Grignard, idrolisi di alcuni derivati degli acidi, riduzione dei composti carbonilici, esteri ed acidi. Reazione con: acidi alogenidrici, cloruro di tionile, cloruro di metansolfonile, cloruro di tosile, cloruro di trimetilsilile, tribromuro di fosforo, disidratazione, sintesi degli esteri, reazioni di ossidazione | 1,2,3, |
| 15 | ETERI. Scissione degli eteri. Sintesi degli eteri: deidratazione intra- ed intermolecolare degli alcoli, alchilazione degli alcoli, sintesi di Williamson. | 1,2,3, |
| 16 | EPOSSIDI. Sintesi: Ossidazione del doppio legame con perossoderivati elettrofilici e nucleofilici.Reazioni apertura dell’anello in catalisi acida e basica. Reazioni con composti organometallici, con litio alluminio idruro, con diborano, con acidi di Lewis. | 1,2,3, |
| 17 | DIOLI. Sintesi: Idrolisi di epossidi, Ossidazione di alcheni: con tetrossido di osmio, con KMnO4. Reazioni: Trasposizione pinacolica. Ossidazione degradativa con periodato. | 1,2,3, |
| 18 | ALOGUNURI ARILICI. Reazioni: Sostituzioni nucleofile: addizione-eliminazione, eliminazione-addizione. | 1,2,3, |
| 19 | ALDEIDI E CHETONI Composti Carbonilici – Struttura del Gruppo Carbonilico – Nomenclatura – Proprietà Fisiche – 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 – Sintesi da Nitrili, Cloruri Acilici (Riduzione di Rosenmund) ed Esteri | 1,2,3, |
| 20 | FENOLI. Cenni. Proprietà acido-base; Sintesi: Sintesi dal cumene; Processo Dow; fusione alcalina; idrolisi dei sali di arildiazonio.Sostituzioni elettrofile aromatiche: Reimer-Tieman; Kolbe; Nitrosazione; copulazione. Ossidazioni a Chinoni. | 1,2,3, |
| 21 | 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 WolffKishner | 1,2,3, |
| 22 | 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 | 1,2,3, |
| 23 | 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. | 1,2,3, |
| 24 | 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 | 1,2,3 |
| 25 | Interconversione fra Derivati: Trasformazione di un Cloruro Acilico in Anidride, Estere ed Ammide (Reazione di SchottenBaumann), 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. | 1,2,3 |
| 26 | ALFA SOSTITUZIONI E CONDENSAZIONI DEI COMPOSTI CARBONILICI – 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 | 1,2,3 |
| 27 | 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 | 1,2,3 |
| 28 | 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. | 1,2,3 |
| 29 | 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 | 1,2,3 |
| 30 | 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. | 1,2,3 |
| 31 | CARBOIDRATI 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 | 1,2,3 |
| 32 | Riduzione dei Monosaccaridi ad Alditoli – Ossidazione dei Monosaccaridi ad Acidi Aldonici ed Aldarici – Sintesi di Kiliani-Fischner -Degradazione di Wohl – Degradazione con Acido Periodico – 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 | 1,2,3 |
| 33 | 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 | 1,2,3 |
| 34 | 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. | 1,2,3 |
| 35 | ETEROCICLI: 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, SN Aromatica e Reazione di Chichibabin, Sali di N-Alchilpiridinio | 1 |
Learning Assessment
Learning Assessment Procedures
Written and/or oral exam