Programma dettagliato del Corso di Chimica Organica (9 CFU) (Canale 2)

Introduzione alla Chimica Organica: struttura elettronica degli atomi; modello di legame di Lewis; elettronegatività; momento dipolare di legami e molecole. Legame covalente secondo il modello del legame di valenza: ibridazione degli orbitali atomici. Risonanza. Interazioni intermolecolari (interazioni dipolo-dipolo, legame idrogeno, forze di van der Waals); polarizzabilità; solubilita’ e proprietà fisiche dei composti organici. Proprietà acido-base: acidità e basicità secondo Brønsted-Lowry (Ka e pKa) e secondo Lewis.

Alcani. Isomeri di struttura. Modelli molecolari. Formule prospettiche e proiettive. Gruppi alchilici. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Conformazione di alcani (rappresentazioni di Newman e a cavalletto)

Cicloalcani. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Isomeria cis-trans. Tensione d’anello. Conformazione di cicloalcani e cicloalcani sostituiti.

Reattività di alcani e cicloalcani. Combustione. Alogenazione. Scissione omolitica. Radicali. Stabilità dei radicali. Reattività/regioselettività.

Chiralità. Molecole chirali e achirali. Stereocentro, definizione. Stereoisomeri. Notazioni R/S e D/L. Proiezioni di Fischer. Enantiomeri. Molecole con più stereocentri: diastereoisomeri e composti meso. Proprietà degli stereoisomeri. Attività ottica (rotazione osservata e rotazione specifica). Risoluzione di miscele racemiche.

Alcheni. Struttura e nomenclatura. Isomeria geometrica (cis/trans e E/Z). Reazioni degli alcheni. Addizioni elettrofile al doppio legame: addizione di acidi alogenidrici. Stabilità dei carbocationi e trasposizioni. Idratazione di alcheni: acido catalizzata, ossimercuriazione, idroborazione. Addizione acido-catalizzata di alcol ad alcheni; addizione di cloro e bromo ad alcheni: ione alonio. Formazione di aloidrine. Ossidazione degli alcheni: formazione di glicol, epossidazione, ozonolisi. Riduzione di alcheni: calore di idrogenazione e stabilità degli alcheni. Regioselettività e stereoselettività nelle addizioni ad alcheni. Polieni coniugati.

Alchini. Struttura e nomenclatura. Reattività di alchini. Addizione di H2, X2, HX e idratazione. Acidità di alchini. Alchilazione di anioni acetiluro.

Alogenuri alchilici. Struttura e nomenclatura. Preparazione: alogenazione degli alcani, addizione di X2 e HX agli alcheni, bromurazione allilica, formazione da alcoli. Reattivi di Grignard. Sostituzione nucleofila alifatica. Meccanismi SN2 ed SN1: stereochimica ed evidenze cinetiche. Fattori che influenzano la velocità dei processi SN2 ed SN1: struttura del nucleofilo, di RX, del gruppo uscente ed effetto del solvente. Esempi di processi SN2 ed SN1. Reazioni di beta-eliminazione. Regola di Saitzev, meccanismo E2 ed E1. Confronto E2 ed E1. Stereochimica delle E2.

Alcoli, fenoli, tioli. Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche. Reazioni acido-base. Preparazione degli alcoli da alcheni e da composti carbonilici. Reazioni degli alcoli: conversione in alogenuri alchilici e in tosilati. Reazioni degli alcoli: disidratazione acido-catalizzata. Ossidazione di alcoli primari e secondari. Ossidazione dei fenoli. Accoppiamento ossidativo di tioli.

Eteri. Nomenclatura e proprietà fisiche. Preparazione degli eteri: disidratazione degli alcoli e sintesi di Williamson. Reazioni degli eteri: scissione con acidi. Epossidi e loro reattività in processi acido- o base-catalizzati.

Benzene e derivati. Nomenclatura. Energia di risonanza e aromaticità. Benzeni mono- e polisostituiti. Composti aromatici policiclici ed eterociclici. Sostituzione elettrofila aromatica: alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione e acilazione di Friedel-Crafts. Effetto dei sostituenti (attivazione/disattivazione ed orientamento nella sostituzione elettrofila aromatica di benzeni sostituiti). Ossidazione di alchilbenzeni.

Chetoni e aldeidi. Nomenclatura. Caratteristiche strutturali del gruppo carbonilico. Preparazione di aldeidi e chetoni. Addizione nucleofila al carbonio carbonilico: addizione di HCN, di alcoli, di ammine, di reattivi di Grignard. Ossidazione e riduzione di aldeidi e chetoni.

Acidi carbossilici. Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Acidità ed effetto dei sostituenti. Preparazione di acidi carbossilici. Riduzione di acidi carbossilici

Nitrili. Nomenclatura. Idrolisi dei nitrili.

Derivati degli acidi carbossilici. Struttura e nomenclatura. Conversione degli acidi carbossilici in cloruri acilici, anidridi, esteri, ammidi e alcoli. Lattoni, lattami e esteri dell’acido fosforico. Sostituzione nucleofila acilica. Reazioni di alogenuri acilici, anidridi, esteri e ammidi.
Anioni enolato. Tautomeria cheto-enolica. Racemizzazione in alfa al carbonile. Alogenazione in posizione alfa. Acidità degli idrogeni in alfa ad un carbonile. Formazione di enolati. Alchilazione di enolati. Sintesi malonica. Sintesi acetacetica. Condensazione aldolica: aldoliche simmetriche, incrociate e intramolecolari. Condensazione di Claisen e di Dieckmann.

Ammine. Classificazione delle ammine. Nomenclatura. Basicità delle ammine. Relazione struttura-basicità nelle ammine alifatiche, aromatiche ed eterocicliche aromatiche. Preparazione delle ammine. Reazioni delle ammine. Formazioni di sali di diazonio e loro trasformazioni. Piridina e pirrolo.

Carboidrati. Classificazione. D- ed L-monosaccaridi: proiezioni di Fischer. Struttura ciclica emiacetalica: formule di Haworth e conformazioni a sedia. Epimeri e anomeri. Mutarotazione. D-Glucosio, D fruttosio, D-ribosio, D-mannosio, D-galattosio. Reazioni dei monosaccaridi: formazione di glucosidi, riduzione ed ossidazione. Disaccaridi: maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio. Polisaccaridi: amido, glicogeno e cellulosa.

Amminoacidi. Classificazione. alfa-Amminoacidi naturali. Proprietà acido-base. Punto isoelettrico. Sintesi di amminoacidi. Polipeptidi e proteine: struttura primaria, secondaria (alfa-elica e struttura beta a foglietto ripiegato), terziaria e quaternaria. Sintesi chimica di polipeptidi: gruppi protettori e attivanti. Cenni sulla sintesi in fase solida. Enzimi.

Lipidi. Classificazione. Trigliceridi: acidi grassi saturi e insaturi. Oli e grassi. Saponi e detergenti. Struttura di fosfolipidi, prostaglandine, terpeni e steroidi.

Acidi nucleici. Basi azotate puriniche e pirimidiniche, nucleosidi, nucleotidi, DNA, RNA (cenni).

J. McMurry
CHIMICA ORGANICA
Piccin, IX edizione (2017)

W. H. Brown, B. L. Iverson, E. V. Anslyn, C. S. Foote
CHIMICA ORGANICA
EdiSES, VI edizione (2019)
(e-book compreso nel prezzo della copia cartacea;
disponibilità: 18 mesi dalla attivazione)

P. Y. Bruice
CHIMICA ORGANICA
EdiSES, III edizione (2017)
(e-book compreso nel prezzo della copia cartacea;
disponibilità: 18 mesi dalla attivazione)

B. Botta
CHIMICA ORGANICA
edi-ermes, II edizione (2016)