Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire allo studente conoscenze di base che gli permettano di valutare le proprietà e la reattività di molecole organiche, base di partenza per lo studio dei processi biochimici.
Prerequisiti
Per poter seguire proficuamente il corso e superare l'esame, sono fondamentali le
conoscenze acquisite e i concetti maturati nel corso di Chimica Generale. In
particolare sono fondamentali i concetti relativi alla struttura elettronica degli atomi,
al legame chimico, alla termodimanica chimica (con particolare riferimento
all'equilibrio chimico e agli equilibri acido-base), e alla cinetica chimica.
Non è obbligatorio aver superato l'esame di Chimica Generale, ma è fortemente
consigliato aver acquisito la maggior parte dei concetti relativi a tale esame prima di
frequentare il corso di Chimica Organica.
Contenuti dell'insegnamento
Programma
Il legame covalente e la forma delle molecole.
Richiamo sui seguenti argomenti: struttura elettronica degli atomi, legami, forze intermolecolari.
Aspetti cinetici e termodinamici delle reazioni chimiche. Profili di reazione: stati di transizione ed intermedi.
Formula e struttura delle molecole organiche, isomeri strutturali, risonanza.
Composti organici divisi per gruppo funzionale.
Nomenclatura, struttura, proprietà fisiche e reatività di: alcani, cicloalcani, alcheni, dieni, alogenuri alchilici, alcoli, tioli, eteri, tioeteri, ammine, composti aromatici, , fenoli, composti eteroaromatici, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e loro derivati. Struttura e principali reazioni di carboidrati, lipidi, amminoacidi, proteine.
Stereochimica.
Isomeri conformazionali e configurazionali, isomeria cis-trans, chiralità, attività ottica, configurazione assoluta. Significato della chiralità nei sistemi biologici.
Meccanismi di reazione. I principali tipi di reazioni organiche. I più comuni intermedi delle reazioni organiche: carbocationi, carbanioni, radicali al carbonio
Programma esteso
Introduzione
Introduzione alla Chimica Organica; scelta del C come atomo centrale dei composti
organici; strutture elettroniche e di Lewis degli atomi; modello di legame di Lewis;
elettronegatività; strutture di Lewis di molecole e ioni; angoli e distanze di legame e
forma delle molecole secondo la teoria VSEPR; momento dipolare di legami e molecole;
Risonanza. Legame covalente secondo il modello del legame di valenza: Ibridazione
degli orbitali atomici. Introduzione ai gruppi funzionali. Forze intermolecolari
(interazioni dipolo-dipolo, legami di idrogeno, forze di van der Waals); polarizzabilità;
solubilita' e proprietà fisiche dei composti organici; proprietà dei solventi (solventi
apolari, protici e dipolari aprotici); costante dielettrica dei solventi.
Fondamenti di cinetica chimica. Reazioni del 1° e 2° ordine. Molecolarità di una
reazione. Effetto della temperatura sulla velocità di reazione.
Applicazioni della Termodinamica e Cinetica
Calore molare e entropia di reazione. Cinetica delle reazioni: meccanismo di reazione,
stadi di reazione, intermedi di reazione, stati di transizione ed energia di attivazione;
velocità di reazione e costante di velocità specifica; molecolarità; equazione di Eyring.
Catalisi chimica. Reazioni sotto il controllo cinetico o termodinamico. Reazioni
competitive. Postulato di Hammond. Acidi e Basi di Brønsted-Lowry. Acidi e Basi di
Lewis. Nucleofili ed elettrofili.
Analisi della struttura, proprietà e
reattività delle molecole organiche per
gruppi funzionali
Alcani. Nomenclatura. Cicloalcani. Nomenclatura. Conformazione di alcani.
Conformazione di cicloalcani e cicloalcani sostituiti. Proprietà fisiche di alcani e
cicloalcani. Fonti di alcani. Reattività degli alcani. Ossidazione, combustione.
Alogenazione. Scissione omolita. Radicali.
Chiralità. Molecole chirali e achirali. Stereocentro, definizione. Stereoisomeri.
Designazione R/S. Proiezioni di Fischer. Enantiomeri. Molecole con più centri chirali:
diastereoisomeri e composti meso. Proprietà degli stereoisomeri. Attività ottica. Miscele
racemiche e risoluzione. Eccesso enantiomerico e diastereoisomerico. Chiralità nel
mondo biologico. Enantiomeri nel mondo biologico e farmaci. Origine dell’omogeneità
chirale in natura.
Alcheni e alchini. Struttura e nomenclatura. Isomeria geometrica (cis/trans e E/Z).
Cicloalcheni. Terpeni. Reazioni degli alcheni. Addizioni elettrofile al doppio legame e
cenni sulle reazioni di polimerizzazione. Addizione di acidi alogenidrici. Stabilità dei
carbocationi. Idratazione di alcheni. Addizione di cloro e bromo ad alcheni: ione
bromonio. Reazioni regioselettive e regiospecifiche. Formazione di glicoli. Riduzione di
alcheni: calore di idrogenazione e stabilità degli alcheni. Stereochimica nell’addizione ad
alcheni. Struttura e acidità di alchini. Reattività di alchini. Addizione di H2, X2, HX e
idratazione. Dieni isolati coniugati e cumulati. Calori di idrogenazione. Polimerizzazione
di alcheni e dieni.
Alogenuri alchilici: Struttura e nomenclatura. Sostituzione nucleofila alifatica. Nucleofili
e basi, elettrofili e acidi. Meccanismi SN2 ed SN1: differenze cinetiche, meccanicistiche e
stereochimiche. Stereoselettività e stereospecificità delle reazioni. Fattori che influenzano
la velocità delle SN2 ed SN1: struttura del nucleofilo, di RX, del gruppo uscente e effetto
solvente. Esempi di SN2 ed SN1. b-Eliminazione o deidroalogenazione. Regola dei
Saitzev, meccanismo E2 ed E1. Confronto E2 ed E1. Stereochimica delle E2. Biosintesi
dei terpeni.
Alcoli, eteri e tioli: struttura, nomenclatura e proprietà fisiche. Acidità degli alcoli in base
agli effetti induttivi dei sostituenti. Acidità di metanolo, etanolo, isopronalo e t-butanolo.
Reazione con metalli attivi, conversione in alogenuri alchilici. Meccanismo della
formazione di cloruri alchilici a partire da alcoli e cloruro di tionile. Reazioni di
disidratazione con catalisi acida. Ossidazione di alcoli 1° e 2°. Formazione degli eteri via
reazione di Williamson. Epossidi e loro reattività in catalisi
acida e basica. Reazione dei tioli: acido-base e ossidazione.
Benzeni e suoi derivati. Energia di risonanza e aromaticità. Composti eterociclici
aromatici e basi azotate degli ac nucleici. Nomenclatura. Benzeni mono e polisostituiti.
Fenoli: acidità e reazioni acido-base. Introduzione alla Sostituzione Elettrofila Aromatica.
Acidità di fenoli sostituiti. Separazione alcoli/fenoli.
Ammine. Classificazione delle ammine. pKb e pKa delle ammine. Equazione di
Henderson-Hasselbach. Relazione struttura-basicità nelle ammine alifatiche, aromatiche
ed eterocicliche aromatiche. Reazioni con gli acidi. Stereochimica all’azoto di ammine e
sali di ammonio quaternari.
Chetoni e aldeidi. Caratteristiche strutturali del gruppo carbonilico. Nomenclatura.
Reazioni del gruppo carbonilico. Addizione con nucleofili all’ossigeno: emiacetali e
acetali. Addizione con nucleofili all’azoto: le immine o basi di Schiff. Tautomeria chetoenolica
e racemizzazione del carbonio in a al carbonile. Ossidazione e riduzione di
aldeidi e chetoni. Anioni enolato. Acidità degli H in a ad un carbonile. Formazione di enolati. Chetoni e aldeidi enolizzabili e non. Formazione di enoli per catalisi acida. Condensazione aldolica: meccanismi di catalisi acida e basica. Aldoliche simmetriche e incrociate.
Acidi carbossilici: struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Acidità ed effetto dei
sostituenti in acidi acetici e benzoici. Separazione alcoli/fenoli/ac.benzoico. Riduzione di
acidi carbossilici. Esterificazione di Fischer. Conversione in cloruri acilici.
Decarbossilazione di b-chetoacidi e ac malonici.
Derivati degli acidi carbossilici: cloruri acilici, anidridi, esteri e ammidi. Struttura e
nomenclatura. Lattoni, lattami e esteri dell’ac. fosforico. Sostituzione nucleofila acilica:
similitudini e differenze con reattività del carbonile di aldeidi e chetoni. Scala di reattività
dei derivati degli acidi in base alle caratteristiche del gruppo uscente e all’elettrofilia del
reagente. Idrolisi, reazioni con alcoli, con ammoniaca ed ammine. Riduzione degli esteri
e delle ammidi.
Composti bioorganici
Carboidrati: classificazione. D- ed L-monosaccaridi: rappresentazioni di Fischer.
Amminozuccheri. Struttura ciclica emiacetalica: proiezioni di Haworth e conformazioni a
sedia. Epimeri e anomeri. Mutarotazione. Reazioni dei monosaccaridi: formazione dei
glucosidi, riduzione ad alditoli, ossidazione ad ac. aldonico, saggio del glucosio. Acido
ascorbico. Disaccaridi: Maltosio, Lattosio, Saccarosio. Le sostanze dei gruppi sanguigni.
Polisaccaridi: amido, glicogeno e cellulosa.
Ammino acidi. Classificazione. a-Ammino acidi naturali. Proprietà acido-base. Punto
isoelettrico. Polipeptidi e proteine: strutture primaria, secondaria (a-elica e b foglietto
ripiegato), terziaria e quaternaria. Sintesi chimica di polipeptidi: gruppi protettori e
attivanti. Sintesi di fase solida. Biosintesi delle proteine
Lipidi:classificazione. Trigliceridi: acidi grassi saturi e insaturi. Oli e grassi. Saponi e
detergenti. Fosfolipidi: doppio strato lipidico e modello a mosaico delle membrane
cellulari. Vitamine liposolubili. Steroidi: colesterolo, ormoni steroidei, acidi biliari. Cenni
sulla biosintesi del colesterolo. Prostaglandine.
Acidi nucleici. Basi azotate, nucleosidi, nucleotidi. DNA: struttura primaria e secondaria.
RNA.
Bibliografia
Autore/i: Bettelheim - Brown - Campbell - Farrell | Editore: Edises
ISBN: 9788879595421 | Volume: Unico
Edizione: 2011 | Finitura: Brossura
Pagine: 912
Per la consultazione
· N. L. Allinger, M. P. Cava, D. C. De Jongh, C. R. Johnson, N. A. Lebel, C. L.
Stevens, Chimica Organica, 2^ Edizione, Zanichelli, Bologna.
· W. H. Brown, C. S. Foote: Chimica Organica, 2^ Edizione, EdiSES, Napoli.
· J. McMurry, Chimica Organica, 1^ Edizione, Zanichelli, Bologna.
Metodi didattici
Lezioni orali ed esercitazioni in classe
Modalità verifica apprendimento
Esame scritto ed orale.
Altre informazioni
Parallelamente alle ore di lezione teoriche (7 hours per weer for 6 weeks), verranno condotte esercitazioni in aula
volte all’illustrazione di esempi e allo svolgimento di esercizi che facilitino la
comprensione della materia.
