Nel corso della prima lezione viene suggerito un elenco numeroso di testi recenti rivolti in particolare a studenti dei CdS in Farmacia, sia in italiano che in inglese.
Obiettivi Formativi
Giungere alla conoscenza dei fondamenti della Chimica Organica quali base estremamente necessaria per affrontare i corsi successivi in particolare di Biochimica e Chimica farmaceutica
Prerequisiti
corso richiesto obbligatorio: Chimica Generale e Inorganica
Corso suggerito: Matematica
Metodi Didattici
CFU: 9
Ore totali del corso 225
studio privato:153
Lezioni: 72 ore
Laboratorio: 0
Lezione frontali, con slides e modelli molecolari
Altre Informazioni
Accesso a slides del corso in Powerpoint e esercizi di ricapitolazione. La frequenza alle lezioni è vivamente raccomandata
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale
Programma del corso
Introduzione alla Chimica Organica e aspetti generali.
Che cos’è la chimica organica. Ambito di interesse. Origini della Chimica Organica. Definizione. La vis vitalis e l’esperienza di Wohler. Struttura dell’atomo. La tavola periodica. Livelli energetici e orbitali atomici. Forma degli orbitali. Distribuzione degli elettroni. Energie relative degli orbitali atomici. Legami chimici. Risonanza. Elettronegatività e polarità del legame. Momento dipolare. Calcolo della carica formale. Richiami sull’attribuzione del grado di ossidazione di un elemento. Stati di ibridazione e relativa geometria molecolare. Classificazione dei legami chimici. Legame ionico. Legame covalente omopolare (semplice, doppio e triplo). Legame covalente eteropolare. L’atomo di carbonio. Stato fondamentale. Stato eccitato. Legami chimici del carbonio. Rappresentazione di una struttura organica. Polarità delle molecole. Strutture di Lewis. Cariche formali. Simbologia e definizioni connesse con la scrittura delle reazioni. Possibili meccanismi coinvolti nelle reazioni di composti organici. Reazioni che prevedono un meccanismo polare. Reazioni che prevedono un meccanismo radicalico. Classificazione delle reazioni. Reazioni di sostituzione. Reazioni di addizione. Reazioni di eliminazione. Reazioni di trasposizione.
Acidi e basi. Acidi e basi secondo Arrhenius. Acidi e basi secondo Brønsted-Lowry. Forza acida e pKa. Fattori che influenzano l’acidità e la basicità. Natura del solvente. La dissociazione dell’acqua (Keq, Ka e kw). La definizione e la scala del pH. Calcolo del pH di soluzioni acquose di acidi e basi forti, di acidi e basi deboli. Il fenomeno dell’idrolisi dei sali. Acidi e basi secondo Lewis. Elettrofili e nucleofili.
Rassegna e nomenclatura dei principali gruppi funzionali. Alcani e cicloalcani. Classif. degli idrocarburi. Struttura elettronica degli alcani. Isomeri strutturali. Nomenclatura IUPAC degli alcani. Radicali alchilici. Conformazioni degli alcani. Fonti naturali di alcani. Reattività degli alcani. Ossidazione degli alcani: combustione. Richiami sui concetti di ossidazione e riduzione, ossidanti e riducenti, bilanciamento delle reazioni redox. Cicloalcani e loro stabilità (tensione torsionale, tensione sterica). Conformazioni del cicloesano; modalità di rappresentazione. Legami assiali ed equatoriali. Cicloesani monosostituiti. Cicloesani disostituiti. Analisi conformazionale. Isomeria e stereoisomeria. Isomeri costituzionali e stereoisomeri.
Alcheni. Orbitali. Nomenclatura IUPAC degli alcheni. Isomeria geometrica. Notazione cis/trans (esempi su ciclo alcani). Notazione E/Z. Fonti industriali. Reattività degli alcheni. Meccanismo della reazione di addizione elettrofila. Addizione elettrofila di acqua e di acidi alogenidrici. Alogenazione. Stereochimica dell’alogenazione. Addizione di bromo e cloro. Formazione di aloidrine. La regola empirica di Markovnikov. I carbocationi e la loro stabilità. Giustificazione teorica della regola di Markovnikov. Reazione di idrogenazione. Scissione ossidativa del doppio legame C–C con KMnO4.
Alchini. Struttura elettronica degli alchini. Nomenclatura IUPAC degli alchini. Fonti industriali. Reattività degli alchini. Acidità degli alchini terminali. Addizione di acqua e meccanismo in ambiente acido o basico.
Isomeria e stereoisomeria. Isomeria: isomeri costituzionali e stereoisomeri. Chiralità molecolare. Simmetria e chiralità. Centri stereogenici e centri di chiralità. Raccomandazioni IUPAC. Enantiomeri. Composti ciclici contenenti un centro di chiralità. Nomenclatura degli enantiomeri: regole di Cahn-Ingold-Prelog e notazioni R/S. Convenz. di Fischer. Proiezioni di Fischer. Attività ottica degli enantiomeri. Misura dell’attività ottica: polarimetro. Potere rotatorio specifico. Miscela racemica e purezza ottica. Molecole con due o più centri di chiralità. Molecole chirali con due centri di chiralità. Forme eritro e treo. Proiezioni di Fischer di composti con più centri di chiralità. Molecole achirali con due centri di chiralità: forme meso. Composti ciclici contenenti due centri di chiralità. Separazione di enantiomeri: risoluzione. Risoluzione per trasformazione in diastereoisomeri. Risoluzione per mezzo di enzimi. Elementi di simmetria: centro di inversione e asse di rotazione semplice. Regole per manipolare le proiezioni di Fischer. Equilibri conformazionali in soluzione. Derivati disostituiti del cicloesano.
Tipologie delle reazioni organiche. Rottura omolitica o eterolitica e formazione di legami.
Alogenuri alchilici. Struttura elettronica degli alogenuri alchilici. Nomenclatura IUPAC degli alogenuri alchilici. Reattività degli alogenuri alchilici. Sostituzione nucleofila alifatica. Meccanismi della sostituzione nucleofila alifatica. Fattori che influenzano l’andamento della sostituzione nucleofila monomolecolare. Fattori che influenzano la sostituzione nucleofila bimolecolare. Eliminazione. Composti organometallici: il reattivo di Grignard (composti di alchil/aril magnesio). Preparazione dei composti organomagnesiaci: perché la sintesi dei reattivi di Grignard deve essere effettuata in ambiente anidro e in atmosfera inerte. Reattività dei composti organomagnesiaci. Reazioni con aldeidi e chetoni: meccanismo della reazione.
Reazioni radicaliche: caratteristiche generali. Alogenazione degli alcani. Meccanismo della reazione di alogenazione degli alcani. Alogenazione radicalica al carbonio allilico. Addizione radicalica ai doppi legami. Polimeri e reazioni di polimerizzazione. Esempi (PVC et al.)
Alcoli e tioli. Struttura elettronica degli alcoli. Nomenclatura IUPAC degli alcoli. Definizione di alcool. Preparazione degli alcoli. Reazione dei composti carbonilici con i reattivi di Grignard. Reattività degli alcoli. L’acidità e la basicità degli alcoli. Reazioni acido-base. Reazioni che comportano la rottura del legame carbonio-ossigeno. Reazione degli alcoli con cloruro di tionile. Reazioni di eliminazione: disidratazione degli alcoli. Reazioni che non comportano la rottura del legame carbonio-ossigeno. Trasformazioni degli alcoli in esteri. Ossidazione degli alcoli. Ossid. di alcoli primari ad aldeidi. Ossid. di alcoli primari ad acidi carbossilici e di alcoli secondari a chetoni. Struttura elettronica dei tioli. Nomenclatura IUPAC dei tioli. Alcoli di interesse pratico. Aspetti stereochimici delle reazioni di sostituzione nucleofila sugli alcoli.
Eteri ed epossidi. Struttura elettronica degli eteri. Nomenclatura IUPAC degli eteri. Preparazione degli eteri. Disidratazione intermolecolare di alcoli. Sintesi di eteri simmetrici. Meccanismo della formazione di eteri simmetrici per disidratazione intermolecolare di alcoli. Sintesi di Williamson degli eteri. Nomenclatura IUPAC degli epossidi.
Sistemi coniugati. La coniugazione, risonanza e carbocationi allilici. Esempi di risonanza. La lunghezza del legame carbonio-carbonio nell’1,3-butadiene. Dieni coniugati. Nomenclatura e caratteristiche chimico-fisiche dei dieni coniugati. Reattività dei dieni coniugati. Descrizione del sistema 1,3-butadienico. Addizione elettrofila 1,2 e 1,4. Meccanismo della reazione di addizione degli acidi alogenidrici ai dieni coniugati Reazione di cicloaddizione di Diels-Alder. Meccanismo della reazione di cicloaddizione di Diels-Alder. Stereo- e regiochimica della reazione di Diels-Alder. Dieni isolati e cumulati.
Composti aromatici e reattività. Aromaticità: concetto e criteri Il Benzene: struttura, stabilità termodinamica. L’energia di risonanza. Nomenclatura dei derivati del benzene. Il benzene secondo la teoria della risonanza. Risonanza: concetto, formule limite e rapporto rispetto a equilibrio chimico. Contributo delle formule limite alla descrizione dell’ibrido. Composti aromatici, proprietà chimico-fisiche. Composti aromatici monociclici, biciclici e policiclici. I criteri dell’aromaticità: la regola di Huckel. Esempi di sistemi aromatici carbo- ed etero-policiclici. Reattività dei composti aromatici. Reazione di sostituzione elettrofila aromatica. Meccanismo della reazione di sostituzione elettrofila aromatica. Le cinque reazioni importanti: Nitrazione, Solfonazione. Alchilazione di Friedel-Crafts, Acilazione di Friedel-Crafts e l’Alogenazione. Sostit. elettrofila aromatica dei benzeni monosostituiti. Effetto elettronico dei sostituenti (sostituenti EWG e EDG): considerazioni su una seconda sostituzione elettrofila: attivanti, disattivanti e eccezioni. Effetti di orientazione nei benzeni monosostituiti.
Fenoli. Acidità dei fenoli Preparazione dei fenoli. Ossidaz. del cumene. Reattività dei fenoli. Reazioni di sostituzione sull’anello aromatico. Reazioni di ossidazione (chinoni).
Sistemi eterocicli aromatici. Classificazione degli eterocicli aromatici. Eteroaromaticità. Sistemi elettronricchi: eterocicli pentatomici contenenti un solo eteroatomo (furano, tiofene, pirrolo). eterocicli pentatomici benzocondensati contenenti un solo eteroatomo (benzopirrolo o indolo). Sistemi elettronpoveri: eterocicli esatomici con un solo eteroatomo (piridina).Sistemi eterociclici e loro nomenclatura a seconda delle dimensioni del ciclo e del numero di eteroatomi presenti. Sistemi eterociclici condensati
Aldeidi e chetoni. Struttura elettronica di aldeidi e chetoni. Nomenclatura IUPAC di aldeidi e chetoni. Preparazione di aldeidi e chetoni. Preparazione di aldeidi e chetoni da acidi carbossilici e derivati. Preparazione da acidi carbossilici. Preparazione da cloruri degli acidi carbossilici. Preparazione da esteri. Preparazione da ammidi. Reattività di aldeidi e chetoni. Reazione di addizione nucleofila al doppio legame carbonilico. Catalisi acida e basica nelle reazioni di addizione nucleofila al doppio legame carbonilico. Confronto di reattività tra aldeidi e chetoni. Stereochimica della reazione di addizione nucleofila al doppio legame carbonilico. Reazioni di addizione nucleofila. Nucleofili al carbonio. Addizione di acido cianidrico. Addiz. di composti organometallici. Addiz. di alchini terminali. Addiz. di carbanioni: nucleofili all’ossigeno: addiz. di acqua. Addiz. di alcoli: emiacetali ed emiacetali ciclici. Nucleofili allo zolfo. Addiz. di tioli. Nucleofili all’azoto. Addiz. di ammoniaca e ammine primarie. Addiz. di derivati dell’ammoniaca. Reazioni di ossidazione. Reazioni di riduzione. Riduzione ad alcoli.
Le Ammine. Ammine alifatiche Nomenclatura IUPAC delle ammine. Ammine primarie. Ammine secondarie Ammine terziarie. Sali di ammonio quaternari. Gruppo amminico come sostituente. Arilammine (anilina). Struttura elettronica dell’azoto. Ammoniaca Reazione tra ammoniaca e acidi. Reazioni dell’ammoniaca Proprietà delle ammine. Basicità e nucleofilia. Preparazione delle ammine. Alchilazione diretta. Ammine via reazioni di riduzione. Riduzione di nitrili. Riduzione di ammidi. Reazione con acido nitroso: i sali di diazonio: Reazione delle ammine primarie con acido nitroso. Reazione delle ammine secondarie con acido nitroso. Reazione delle ammine terziarie alifatiche con acido nitroso. Reazione delle ammine aromatiche con acido nitroso.
Acidi carbossilici e loro derivati. Struttura elettronica degli acidi carbossilici. Nomenclatura IUPAC degli acidi carbossilici. Acidità degli acidi carbossilici. Effetti induttivi negli acidi carbossilici alifatici. Acidi bicarbossilici. Acidi grassi saturi e insaturi. Acidi 3 e 6. Preparazione degli acidi carbossilici: metodi ossidativi e idrolitici. Reattività degli acidi carbossilici. Struttura elettronica e nomenclatura IUPAC dei cloruri acilici. Preparazione e reattività dei cloruri acilici. Le anidridi. Struttura elettronica e nomenclatura IUPAC degli esteri. Preparazione e reattività degli esteri. Esterificazione di Fischer. Idrolisi basica di un estere. Lipidi: i “grassi” (trigliceridi, glicerofosfolipidi). Reazione di saponificazione. I saponi. Olii e cere. Grassi idrogenati. Preparazione di un estere dal cloruro acilico. I lattoni. I tioesteri. Struttura elettronica e nomenclatura IUPAC delle ammidi. Proprietà chimico-fisiche delle ammidi. Preparazione e reattività delle ammidi. Idrolisi delle ammidi. Preparazione e reattività dei nitrili. Reazioni di riduzione degli acidi carbossilici e derivati. Riduzione degli esteri ad alcoli primari. Riduzione delle ammidi ad ammine. Acidi solfonici.
Enoli, anioni enolato. Acidità degli idrogeni in al gruppo carbonilico. Aldeidi e chetoni insaturi. Reattività degli anioni enolato. Reazioni di alchilazione.
Carboidrati. Definizione, cenni storici. Classificazione dei carboidrati. Monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi. Aldosi. Chetosi Convenzione di Fischer. Serie sterica e relativa nomenclatura IUPAC. Costruzione mediante sintesi di Kiliani-Fischer a partire da D-gliceraldeide della serie dei D-aldosi. Acronimi. La famiglia dei D-chetosi. La mutarotazione e lo scarso potere riducente del glucosio. Forme anomeriche. Strutture cicliche dei monosaccaridi. Formula di Haworth. Strutture furanosidiche e piranosidiche. Configurazione anomerica e . Definizione degli anomeri. Gli epimeri. Struttura conformazionale. Ossidazione dei carboidrati: test di Tollens, reattivo di Fehling; tipologie di zuccheri acidi. Riduzione dei carboidrati: zuccheri alcool. Amminozuccheri. Deossicomposti. Glicosidi: legame glicosidico e diglicosidico. Disaccaridi: nomenclatura e proprietà. Saccarosio e dolcificanti. Lattosio, maltosio e cellobiosio. Polisaccaridi: amido, cellulosa, chitina, pectina, cellulosa, glicogeno.
Le basi azotate presenti nel DNA e nell’RNA. Nucleosidi e nucleotidi. Esempi
Amminoacidi, peptidi e proteine. Amminoacidi. Definizione e classi. Struttura degli amminoacidi proteinogenici. Amminoacidi naturali non proteinogenici. Polarità e classificazione degli amminoacidi. Proprietà acido-basiche degli amminoacidi. Il punto isolettrico, definizione, valori. Elettroforesi. Peptidi. Legame peptidico: formazione e proprietà. Convenzioni. Peptidi di interesse biologico. Struttura delle proteine. Determinazione della struttura primaria di peptidi e proteine (es insulina umana). Determinazione della composizione amminoacidica. Identificazione dell’amminoacido N-terminale Identificazione dell’amminoacido C–terminale. Struttura secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine (es albumina, emoglobina). Le proteine come enzimi. Proprietà, definizioni: apoenzima, oloenzima. I principali cofattori.
Alfa-sostituzioni e condensazioni dei composti carbonilici. La tautomeria cheto-enolica- Alfa alogenazione di chetoni e acidi carbossilici- La condensazione aldolica- Condensazioni aldoliche incrociate- La condensazione di Claisen-Reazioni dei composti beta-dicarbonilici- La reazione di Michael-
Terpeni, (vedi programma completo su www.stefanochimichi.it)