CHIMICA GENERALE INORGANICA E ORGANICA 3

Modulo CHIMICA ORGANICA

Obbiettivo fondamentale è quello di stimolare lo studente ad applicare le proprie capacità di ragionamento nello studio della materia, limitando lo sforzo mnemonico all’apprendimento di un insieme limitato dei principi alla base della Chimica Organica.

Introduzione - Nozioni di base di chimica generale

Configurazione elettronica degli elementi e Regola dell’ottetto. Natura del legame chimico. Orbitali atomici, ibridazione e geometria molecolare, orbitali molecolari. Formule strutturali e condensate. Forze intermolecolari: interazioni dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, legame ad idrogeno e forze di van der Waals. Cenni di cinetica chimica. Concetto di acido e base secondo le teorie di Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Effetti induttivi e coniugativi (risonanza).

Gruppi funzionali, Classi di composti organici e nomenclatura 

Descrizione dei gruppi funzionali. Classi di composti organici. Nomenclatura e caratteristiche chimico-fisiche.

Elementi di stereochimica

Introduzione al concetto di isomeria; configurazione assoluta e regole di priorità di Cahn-Ingold-Prelog; descrittori di configurazione cis/trans, E/Z, R/S; attività ottica; stereoisomeri: enantiomeri e diastereoisomeri; simmetria e chiralità; proiezioni di Fischer; isomeri conformazionali (proiezioni di Newman) e stereoisomeri.

Le reazioni della Chimica Organica

Terminologia e classificazione. Nucleofili ed elettrofili. Aspetti cinetici e termodinamioci. La rappresentazione delle frecce curve. Reazioni Radicaliche. Addizione Elettrofile. Sostituzioni Nucleofile (SN1, SN2; SNAr; SNAc). Eliminazioni E1 e E2. Sostituzioni Elettrofile Aromatiche ed effetto dei sostituenti. Addizioni nucleofile a legami multipli. Reazioni Pericicliche.

Alcani e Cicloalcani. Struttura degli alcani; isomeria strutturale degli alcani; nomenclatura IUPAC e tradizionale; classificazione degli atomi di carbonio e idrogeno. Cicloalcani: struttura e nomenclatura. Conformazioni degli alcani e cicloalcani; proprietà fisiche. Reazioni degli alcani: ossidazione, alogenazione (clorurazione e bromurazione - regioselettività). Sintesi: idrogenazione degli alcheni.

Alogenuri alchilici. Carattere elettrofilo del carbonio legato all’alogeno nei derivati alchilici. Reazioni di Sostituzione Nucleofila ed Eliminazione: meccanismi di reazione, stereochimica e fattori che influenzano la velocità delle reazioni SN2 ed SN1, E2 ed E1. Competizione tra sostituzione ed eliminazione. Stabilità e Geometria dei carbocationi e dei carbanioni.

Alcheni. Nomenclatura; stereoisomeria; Reazioni di addizione; meccanismi di reazione e stereochimica; addizione di acidi alogenidrici, di acqua, di bromo, di cloro e formazione di aloidrine, idroborazione-ossidazione, idrogenazione catalitica. Ozonolisi. Di-idrossilazione sin ed anti (dioli). Scissione ossidativa dei doppi legami. Riduzione (idrogenazione). Stabilità degli alcheni. Addizione radicalica di acido bromidrico. Radicale allilico e catione allilico: descrizione, stabilità e risonanza. Sintesi: deidroalogenazione di alogenuri alchilici, deidratazione degli alcoli.

Alchini. Nomenclatura; comportamento acido dell’acetilene e degli alchini terminali. Preparazione: deidroalogenazione dei di-alogenuri alchilici. Reazioni degli acetiluri metallici con alogenuri alchilici primari. Reazioni: idroalogenazione, idratazione (tautomeria cheto-enolica), alogenazione, ozonolisi, riduzione. Alchilazione degli alchini terminali.

Dieni e polieni. Conformazioni e stabilità. Addizione 1,2 ed 1,4 (controllo cinetico e termodinamico). 

Composti Aromatici - Benzene: struttura e stabilità del. Regola di Hückel. 

Sostituzione Elettrofila Aromatica : reazioni e meccanismi di: alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts. Effetto dei sostituenti su reattività ed orientamento (gruppi attivanti e disattivanti).

Alcoli. Nomenclatura; struttura e proprietà acido-base. Reazioni: con acidi alogenidrici (reatività di HX e di ROH), con cloruro di tionile, con cloruro di metansolfonile, con cloruro di tosile, con tribromuro di fosforo. Disidratazione. Formazione degli esteri. Sintesi: Idratazione degli alcheni, Ossimercuriazione-demercuriazione, Idroborazione-ossidazione, Sostituzione nucleofila con ossidrili, Sintesi di Grignard, Riduzione dei composti carbonilici, degli acidi e degli esteri.

Eteri. Nomenclatura; struttura e proprietà. Reazioni: scissione con acidi. Sintesi: deidratazione intra- ed intermolecolare degli alcoli. Alcossimercuriazione-demercuriazione. Alchilazione degli alcoli, Sintesi di Williamson.

Epossidi. Nomenclatura; struttura e proprietà. Reazioni: Scissione catalizzata da acidi e da basi: reazione con i reattivi di Grignard. Sintesi: Ossidazione degli alcheni con composti perossidici. Deidroalogenazione delle aloidrine.

Dioli. Sintesi: Idrossilazione degli alcheni ed Apertura dell’anello epossidico: Aspetti meccanicistici e stereochimici. Reazioni: Ossidazione con acido periodico. Formazione di acetali e chetali.

Alogenuri arilici. Sintesi: Alogenazione diretta; Sostituzione dell’azoto dei sali di diazonio.

Aldeidi e Chetoni: Addizione Nucleofila al gruppo carbonilico. Nomenclatura; Proprietà fisiche e chimiche; Struttura del gruppo carbonilico. Sintesi: Ossidazione degli alcheni e degli alcoli; Riduzione controllata dei cloruri acilici, esteri e nitrili; Acilazione di Friedel-Crafts. Addizione di reattivi di Grignard ai nitrili. Reazioni: addizioni nucleofile al doppio legame carbonio-ossigeno; Nucleofili all’ossigeno [acqua, (dioli geminali), alcoli (emicetali, acetali, chetali)]; Nucleofili all’azoto [ammoniaca e derivati (immine ed enammine); Nucleofili all’idrogeno (riduzione ad alcoli con idruri o con idrogeno in presenza di catalizzatori metallici); Nucleofili al carbonio [acido cianidrico (cianidrine), di reagenti organometallici (reattivi di Grignard, alchilacetiluri)].

Aldeidi e Chetoni: Enoli ed enolati. Acidità degli idrogeni in α al carbonile. Enoli e Ioni Enolato: Tautomeria cheto-enolica (catalisi acida e basica). Alogenazione di aldeidi e chetoni (catalisi acida e basica). Addizione Aldolica (catalisi acida e basica), disidratazione degli aldoli (condensazione).

Acidi carbossilici. Nomenclatura; Proprietà fisiche e chimiche; Struttura del gruppo carbossilico. Sintesi. Idrolisi acida e basica di nitrili, cloruri acilici, anidridi, esteri ed ammidi. Reazioni: acidità degli idrogeni carbossilici e l’acidità degli idrogeni in posizione α, basicità dell’ossigeno carbonilico. 

Derivati funzionali degli acidi carbossilici. Struttura e nomenclatura e reattività. Alogenuri degli acidi. Anidridi degli acidi. Esteri. Ammidi. Reazioni di Sostituzione Nucleofila Acilica (SNAc). Reazione con acqua, con alcoli, alogenuri acilici, con ammoniaca ed ammine.

Nitrili. Sintesi: sostituzione di alogenuri alchilici con cianuro; Reazioni: riduzione. Idrolisi in ambiente acido e basico.

Composti carbonilici α,β-insaturi. Reazioni: addizioni nucleofile di composti azotati, ossigenati, e carboniosi. Addizione di Michael. Addizione diretta e coniugata. Sintesi: Condensazione di Knoevenagel.

Ammine alifatiche e aromatiche. Nomenclatura; struttura; proprietà fisiche; proprietà acido-base; fattori che influenzano la basicità; proprietà nucleofile dell’azoto. Sintesi: ammonolisi degli alogenuri; riduzione di nitrocomposti, ammidi, nitrili; amminazione riduttiva. Reazioni: alchilazione, acilazione. Reazioni con acido nitroso: diazotazione, sali di arendiazonio: sostituzione del gruppo diazonio con idrossido, cloruro, bromuro, ioduro e cianuro  e con idrogeno.

Biomolecole

Amminoacidi, Peptidi e Proteine. Struttura, nomenclatura, stereochimica e caratteristiche fisiche. Struttura zwitterionica e sue conseguenze; acidità e basicità (punto isoelettrico, curva di titolazione di amminoacidi). Sintesi: amminazione di α-alogenoacidi. Caratteristiche del legame peptidico. Sintesi classica di peptidi e proteine, sintesi in fase solida di Merrifield.

Carboidrati. Monosaccaridi: classificazione, nomenclatura, struttura (proiezioni di Fischer, di Haworth e strutture a sedia). Forme cicliche emiacetaliche furanosiche e piranosiche, anomeri α e β, mutarotazione. Effetto anomerico. Reazioni: formazione di glicosidi, determinazione della dimensione dell’anello, eterificazione, esterificazione.  Reazioni di ossidazione. Riduzione ad alditoli. Epimerizzazione. 

Disaccaridi: saccarosio, maltosio, cellobiosio, lattosio. Polisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa e derivati.

Il livello di acquisizione degli obiettivi formativi verrà verificato attraverso un esame finale, costituito da una prova scritta.

La prova scritta, della durata di 45 minuti, consiste di 15 quesiti a risposta multipla (5 possibili risposte di cui una sola esatta), reperiti dalla piattaforma online Exam Manager, che copriranno l’intero programma svolto. Ciascuna risposta verrà valutata attribuendo 2 punti per ciascuna risposta esatta, −0,5 se sbagliata e 0 punti per risposte non date. La prova scritta si riterrà superata con una votazione minima di 18/30.

Durante lo svolgimento dell’esame non è consentito consultare libri, appunti o dispositivi elettronici di alcun tipo.

reazioni degli alcheni

reazioni di sostituzione elettrofila aromatica

reattività dei composti carbonilici

zuccheri riducenti