Obiettivi formativi
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- conoscere le regole IUPAC della nomenclatura degli eterocicli aromatici ed essere in grado di applicarle;
- conoscere le strutture dei principali eterocicli aromatici, semplici e condensati;
- conoscere le procedure di sintesi degli eterocicli illustrati durante il corso;
- conoscere la reattività degli eterocicli illustrati durante il corso e, per ciascuna classe di composti, aver compreso le selettività di attacco nelle diverse reazioni;
- sapere analizzare il comportamento chimico di un dato eterociclo in presenza di opportuni reagenti;
- conoscere il comportamento acido-base e gli eventuali equilibri tautomerici degli eterocicli illustrati durante il corso, e sapere ordinare in scale di reattività o di basicità/acidità i diversi composti;
- sapere applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di semplici esercizi di sintesi e retrosintesi.
Prerequisiti
E' necessario avere acquisito conoscenze della chimica organica (è obbligatorio avere sostenuto l'esame di Chimica Organica I per CTF o Chimica Organica per Farmacia).
Contenuti dell'insegnamento
Il corso si focalizza sugli eterocicli aromatici, in particolare su sistemi penta- ed esa-atomici monociclici e biciclici, affrontandone i seguenti aspetti: nomenclatura, fonti naturali, struttura, proprietà chimico-fisiche, forme tautomeriche, principali vie di sintesi, reattività. Particolare attenzione viene dedicata a composti di interesse farmaceutico.
Programma esteso
Definizione e classificazione dei composti eterociclici. Aromaticità. Nomenclatura IUPAC dei composti eteroaromatici mono- e policiclici.
Pirrolo. Composti naturali e farmaci contenenti pirrolo. Struttura del pirrolo e comparazione con la struttura della piridina. Tipi di azoto contenuti negli eterocicli aromatici azotati (pirrolo- o piridina-simili) e loro implicazioni nella relazione struttura-reattività.
Sintesi dei pirroli di Paal-Knorr, sintesi di Knorr, sintesi di Hantzsch. Acidità del pirrolo. Reattività del pirrolo: nitrazione, solfonazione, formilazione, reazione di Mannich, metallazione.
Varianti benzo-pirroliche ovvero Indoli. Presenza in natura e nei farmaci. Sintesi di Fischer, di Reissert. Reattività. Sostituzioni elettrofile, alchilazione, reazioni con carbonili alfa,beta-insaturi.
Furani e tiofeni. Preparazione: sintesi di Paal-Knorr, sintesi di Feist-Benary, sintesi di Hinsberg. Reattività: nitrazione, bromurazione, metallazione, acilazione, reazione di Mannich, Diels-Alder.
Ioni pirilio, pironi, cumarine, cromoni, antocianine: strutture generali e presenza in natura e nei farmaci. Cenni ai metodi di sintesi delle cumarine.
Piridina. Composti naturali e farmaci contenenti piridina. Proprietà, basicità. Reazioni con elettrofili. Reazioni con nucleofili. Reazioni di scambio metallo-alogeno. Metallazione. Piridoni. Piridina N-ossido. Sintesi delle piridine (Hantzsch, Robinson, Guareschi-Thorpe).
Chinoline e isochinoline. Composti naturali e farmaci contenenti questi eterocicli. Principali sintesi dei cicli (Combes, Conrad-Limpach, Skraup, Friedlander; Pomeranz-Fritsch, Bischler-Napieralski, Pictet-Spengler). Reazioni con elettrofili. Reazioni con nucleofili. Sostituzione di alogeno.
Imidazoli, ossazoli e tiazoli. Composti naturali e farmaci contenenti questi eterocicli. Struttura, basicità e acidità. Sintesi dei cicli. Tautomeria degli imidazoli. Reattività. Nitrazione, solfonazione, bromurazione, alchilazione, acilazione, reazioni con basi, metallazione, SNAr. Cenni sui metodi di sintesi.
Pirazoli, isossazoli, isotiazoli. Farmaci contenenti questi eterocicli. Principali procedure sintetiche per la formazione dei cicli. Acidità. Reattività, SEAr, metallazione. Anelli a 5 termini contenenti da 3 a 5 eteroatomi. Struttura, tautomeria, cenni di sintesi. Proprietà, bioisosteria: cenni.
Nomenclatura d'uso e IUPAC degli eteropolicicli aromatici (e non aromatici) condensati.
Cenni sulle diazine (pirazine, pirimidine, piridazine). Cenni di sintesi e reattività. Pirimidine e Purine: struttura e tautomeria. Basi azotate di RNA e DNA: struttura e tautomeria.
Bibliografia
Bibliografia essenziale e consultazione:
1) F. BROGGINI, G. ZECCHI, Chimica dei composti eterociclici, Ed. Zanichelli, 2017
2) J. CLAYDEN, N. GREEVES, S. WARREN, “Chimica Organica”,
PICCIN Ed., Edizione Italiana sulla seconda in lingua inglese, 2023, Capitoli 29 e 30.
3) D. SICA, F. ZOLLO, Chimica dei composti eterociclici farmacologicamente attivi, Ed. PICCIN, 2008.
4) J.A. JOULE, K. MILLS, Heterocylic Chemistry, 5th Edition, Wiley-Blackwell Edition.
5) T. GILCHRIST, Heterocyclic Chemistry, Ed. Longman, 1997.
6) D. T. DAVIES, Aromatic Heterocyclic Chemistry, OUP Ed., Oxford Chemistry Primers, 1992.
Materiale Didattico Integrativo (caricato su Elly):
-slide preparate dalla docente (file PDF);
-esercizi su ogni argomento e loro risoluzione (file PDF)
Metodi didattici
Il corso viene articolato in lezioni frontali secondo una modalità in presenza. In particolare, la docente svolge la lezione in aula con l'ausilio di materiale informatico (slides PowerPoint) e tavola grafica collegata al PC.
Le slide della lezione vengono via via caricate sul portale Elly del corso.
Accanto alle lezioni teoriche, sono previste lezioni esercitative (svolgimento di esercizi della docente in aula con il coinvolgimento degli studenti) per fare in modo che lo studente sviluppi capacità di analisi e competenze riguardanti la retro-sintesi, sintesi e reattività di strutture eterocicliche.
Al termine di ogni argomento, la docente fornisce opportuni esercizi (caricati sul portale Elly) che gli studenti possono risolvere in autonomia per valutare il proprio grado di conoscenza e di elaborazione delle informazioni. In un successivo momento, la docente provvede a fornire le soluzioni degli esercizi per favorire gli studenti nella autovalutazione del proprio lavoro.
Modalità verifica apprendimento
L'accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal corso avviene mediante una prova di idoneità scritta.
La prova scritta ha l'obiettivo di accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. La prova scritta ha, di norma, la durata di 90 minuti ed è costituita da 9-10 esercizi a domanda aperta sulla nomenclatura, proprietà, reattività, sintesi degli eterocicli affrontati a lezione. Ciascun esercizio ha un punteggio numerico esplicitato per favorire la valutazione/autovalutazione. Lo studente acquisisce l’idoneità se raggiunge o supera il punteggio minimo di 18/30.
La prova di idoneità si svolge in presenza.
Non è consentito l’utilizzo di testi e fonti durante la prova d'esame (a parte alcune mappe riassuntive concordate con la docente durante il corso); eventuali strumenti compensativi per gli studenti con DSA / BES saranno concordati con la docente almeno una settimana prima dello svolgimento della prova, in accordo con le norme del Centro CAI di Ateneo.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Gli argomenti di questo corso trattano della struttura, proprietà chimico-fisiche e ottenimento di composti eterocicli di base, che sono presenti in modo pressoché ubiquitario nei farmaci-small molecules utilizzati correntemente in tutto il globo. In questo senso le conoscenze e competenze acquisite sono connesse con l'obiettivo 3-Salute e benessere.
