69080 - CHIMICA ORGANICA 2

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del modulo, lo studente sa utilizzare le correlazioni struttura-reattività per prevedere il comportamento di molecole organiche e di polifunzionali; conosce le basi meccanicistiche della reattività; è in grado di proporre una breve sintesi multistadio di una molecola organica semplice; conosce struttura e proprietà delle più importanti classi di sostanze organiche naturali.

Programma/Contenuti

Prerequisiti: lo studente che accede a questo insegnamento dovrebbe aver sostenuto l'esame di chimica generale avendo chiari i concetti di equilibri acido-base, i concetti elementari di legame chimico, equilibrio chimico e di velocità di reazione. Altrettanto fondamentale sarebbe l'aver sostenuto l'esame di chimica organica I, possedendo un solido background sulle relazioni struttura reattività dei più comuni gruppi funzionali.

Programma

I Unità didattica (I semestre).

La chimica dei composti aromatici:

·        Descrizione del legame delocalizzato attraverso la teoria del legame di valenza (risonanza) e la teoria del legame molecolare (LCAO). Il legame p nell'etilene, nel gruppo allile (radicale, catione, anione), nel butadiene e polieni superiori. Calori di idrogenazione o combustione nella determinazione sperimentale della energia di delocalizzazione.

·        Aromaticità, cerchio di Frost, le principali tipologie di sistemi aromatici, dal benzene ai composti eteroaromatici, ai composti policiclici aromatici e al fullerene e nanotubi di carbonio.

·        Reattività dei composti aromatici: sostituzione elettrofila aromatica, sostituzione nucleofila aromatica, effetto del sostituente sulle velocità di reazione e sulla regioselettività.

·        Principali manipolazioni redox di derivati benzenici e loro interconversioni. Cenno alla reazione di cross-coupling per la costruzione del legame difenilico.

Chimica dei composti carbonilici e carbossilici:

·        Composti carbonilici e carbossilici, loro derivati e loro interconversioni.

·        Tautomeria cheto-enolica e analoghe trasposizioni eteroalliliche.

·        Condensazione aldolica acido- e base-catalizzata, condensazione aldolica inter- ed intramolecolare, seguita da eventuale crotonizzazione. Condensazione aldolica organocatalizzata via enammine. Reazione di Mannich e di Strecker.

·        Sintesi malonica ed aceto acetica.

·        Formazione regio-selettiva di ioni enolato di chetoni non simmetricamente sostituiti. Formazione stereo selettiva di enolati E o Z di chetoni ed esteri.

·        Agenti alchilanti. C/O Alchilazione di enolati, effetto solvente e natura hard o soft dell'agente alchilante.

·        Condensazioni aldoliche in due step, aldoliche stereo controllate e meccanismo di Zimmermann-Traxler con enolati di litio e di boro. Analogia con la chimica dei composti allilici di boro.

·        Acilazione di enolati: processi one-pot (Claisen, Dieckman) o in due passaggi via enolati preformati.

·        Composti carbonilici e carbossilici a ,β-insaturi: risonanza e orbitali molecolari. Addizioni 1,2 ed 1,4 (reazione di Michael e analoghe). Reazioni sequenziali one-pot tricomponenti basate sull'utilizzo di addizioni coniugate.

·        Silil enoleteri e loro applicazioni nelle reazioni di formazione del legame carbonio-carbonio.

·        Breve panoramica sui derivati con umpolung della reattività classica dei composti carbonilici: alfa-alochetoni, nitro composti alifatici, isonitrili, ione cianuro.

Reazioni di trasposizione .

·        Migrazioni [1,2] su centri elettron poveri

·        Migrazioni [1,2] e [3,2] su centri elettron ricchi

·        Processi periciclici, definizioni

·        Sigmatropie [3,3] di Cope, Claisen e altre reazioni correlate. Applicazioni in sintesi organica.

II Unità didattica (II semestre).

Stereochimica:

·        Classificazione delle possibili forme di isomeria.

·        Composti con più centri stereogenici. Composti meso.

·        Gruppi omotopici, enantiotopici e diastereotopici.

·        Molecole planari con facce omotopiche, enantiotopiche e diastereotopiche.

·        Molecole con chiralità assiale.

·        Molecole con chiralità planare.

Carboidrati:

·        Monosaccardi, struttura, stereochimica, proiezioni di Fisher.

·        Strutture emiacetaliche furanosidiche e piranosidiche. Mutarotazione.

·        Tautomeria enediolica. Condensazione aldolica di gliceraldeide e diidrossiacetone.

·        Sintesi di Kiliani-Fisher di monosaccaridi.

·        Tecniche di identificazione di monosaccaridi.

·        Derivati dei monosaccaridi. Acido glucuronico nella detossificazione di xenobiotici.

·        Disaccaridi e polisaccaridi più comuni.

Acidi Nucleici:

·        Nucleobasi, struttura, tautomerie, legami a idrogeno.

·        Nucleosidi e nucleotidi.

·        Esempi di danni ossidativi del DNA.

·        ATP, cGMP, coenzima A, NADPH.

·        Filamento e ibridazione a elica a doppio filamento.

Amminoacidi e peptidi:

·        a -Amminoacidi proteinogenici, classificazione, struttura, proprietà fisiche (pI, curve di titolazione, elettroforesi)

·        Sintesi racemiche di a -amminoacidi e risoluzione dei racemi. Sintesi enantioselettive.

·        Legame peptidico. Sintesi di un dipeptide. Gruppi protettivi per le funzioni NH2 e COOH. Agenti condensanti.

·        Struttura primaria di un peptide, degradazione di Edman.

·        Struttura secondaria, terziaria e quaternaria di proteine.

·        Ruoli delle proteine in biologia

Lipidi:

·        Acidi grassi, struttura, proprietà fisiche. Micelle. Proprietà detergenti. Confronto fra sali di acidi grassi e detergenti sintetici.

·        Biogenesi degli acidi grassi.

·        Triacilgliceroli, saponificazione.

·        Fosfolipidi e loro organizzazione supramolecolare a doppio strato, liposomi, membrane cellulari.

·        Terpeni, strutture e biogenesi.

·        Trasposizioni cationiche. Ciclizzazione dello squalene a lanosterolo.

·        Steroidi più significativi.

Testi/Bibliografia

Appunti di lezione e materiale reso disponibile in rete dal docente costituiscono la base per affrontare lo studio delle tematiche presentate in questo corso, utilizzando poi per gli approfondimenti uno dei seguenti testi:

  • W.H.Brown, B.L.Iverson, E.V.Anslyn, C.S.Foote, CHIMICA ORGANICA, Edises
  • J. McMurry, CHIMICA ORGANICA,Piccin
  • P.Y.Bruice, CHIMICA ORGANICA, Edises

Metodi didattici

Il corso si articola in due unità didattiche tenute nel rispettivamente nel I e nel II semestre del secondo anno di studi. Ciascuna unità didattica è costituita da lezioni frontali accompagnate da esercizi di applicazione delle nozioni presentate. La prima, di prevalente natura metodologica, è centrata sulla discussione delle seguenti tre tematiche: la chimica dei composti aromatici, la chimica dei composti carbonilici e carbossilici con particolare riferimento al loro uso in processi di costruzione del legame carbonio-carbonio, le reazioni di trasposizione. La seconda, di maggior natura descrittiva, dopo aver sviluppato in modo approfondito il tema della stereochimica organica, presenta una panoramica sulle più importanti classi di sostanze organiche naturali.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene  attraverso un  esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore senza l'aiuto di appunti o libri, seguita da una prova orale.

La prova scritta consiste in 10 quesiti, 5 per unità didattica in cui è suddiviso il corso.

Ogni quesito consente di ottenere un massimo di 3 punti. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 18 punti.

Gli studenti che hanno acquisito almeno 18 punti sostengono la prova orale. Questa consiste nella discussione di due argomenti, uno per unità didattica. La durata della prova orale è mediamente di 30 minuti. Il voto finale viene calcolato come media aritmetica della prova scritta e della prova orale.

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Trombini