00148 - CHIMICA ORGANICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente al termine del corso avrà acquisito le nozioni fondamentali della chimica organica, con particolare riguardo ai composti organici naturali (carboidrati, lipidi, amminoacidi, proteine ed enzimi)

Contenuti

Cenni introduttivi: Struttura elettronica degli atomi. Il modello di legame di Lewis. La formazione di un legame chimico. Elettronegatività e legami chimici. Strutture di Lewis di ioni e molecole covalenti. La carica formale. Eccezioni alla regola dell'ottetto. Gli angoli di legame e la forma delle molecole. I gruppi funzionali. Alcoli ed eteri. Aldeidi e chetoni Acidi carbossilici. Gli isomeri strutturali. La risonanza. La teoria della risonanza.  La forma degli orbitali atomici s e p. L'approccio del legame di valenza al legame covalente. Formazione di un legame covalente per sovrapposizione di orbitali atomici. . L'ibridizzazione degli orbitali atomici L'approccio dell'orbitale molecolare al legame covalente. Formazione di orbitali molecolari.

Alcani e cicloalcani

Struttura degli alcani. L'isomeria strutturale degli alcani. Nomenclatura degli alcani. Il sistema IUPAC. Nomi comuni. Classificazione degli atomi di carbonio e idrogeno. Cicloalcani. Struttura e nomenclatura. Alcani biciclici. Sterodi. Conformazioni degli alcani e cicloalcani. Cicloesano. Isomeria cis-trans nei cicloalcani e bicicloalcani.. Proprietà fisiche degli alcani e dei cicloalcani. Reazioni degli alcani. Ossidazione. Alogenazione. Clorurazione e bromurazione. Regioselettività.

Acidi e basi

 Acidi e basi secondo Bronsted-Lowry. Misura quantitativa della forza degli acidi e delle basi. Posizione dell'equilibrio nelle reazioni acido-base. Acidi e basi secondo Lewis.

Alcheni

Nomenclatura. Nomi IUPAC. Nomi comuni. Struttura. Approccio del legame di valenza. Le lunghezze e le forze di legame degli alcani, alcheni e alchini. Descrizione dell'orbitale molecolare di un doppio legame carbonio-carbonio. Isomeria cis-trans. Il sistema E-Z. Isomeria cis-trans nei cicloalcheni. L'isomeria cis-trans nei dieni, trieni, (ecc.). Proprietà fisiche. Preparazione: deidroalogenazione degli alogenuri alchilici. I meccanismi di reazione. Addizioni elettrofile. Bromurazione.  Addizione degli acidi alogenidrici. Addizione di acqua: idratazione acido-catalizzata degli alcheni. Meccanismo dell'addizione elettrofila agli alcheni. La formazione di intermedi carbocationici. Regioselettività e stabilità dei carbocationi.Addizioni radicaliche. Alogenazione allilica.  La struttura del radicale allilico. Il postulato di Hammond. Ossidazione. Riduzione catalitica.

Alchini

Struttura. Nomenclatura. Nomi IUPAC. Nomi comuni. Proprietà fisiche. Preparazione. Reazioni. Riduzione-addizione di idrogeno. Riduzione catalitica. Riduzione chimica. Addizione di diborano:idroborazione. Addizioni elettrofile. Addizione di bromo e cloro. Addizione di acqua: idratazione. Acidità degli alchini.

Dieni coniugati

Nomenclatura. Stabilità. Struttura. Modello del legame di valenza. Modello dell'orbitale molecolare. Addizioni elettrofile. Addizione coniugata: addizione-1,2 e addizione-1,4.

Chiralità

Isomeria. Chiralità. Chiralità dovuta ad uno stereocentro tetraedrico. Chiralità dovuta a stereocentri diversi da atomi di carbonio. Chiralità in assenza di uno stereocentro.Classificazione degli enantiomeri: il sistema R-S. Formule di proiezione di Fisher. Attività ottica: come si osserva la chiralità in laboratorio. Luce polarizzata nel piano. Il polarimetro. Miscela racema. Purezza ottica ed eccesso enantiomerico. Relazione tra configurazione e segno di rotazione. Molecole acicliche con due o più stereocentri. Enantiomeri e diastereoisomeri. Composti meso. Molecole cicliche con due o più stereocentri. Proprietà degli stereoisomeri. Separazione di enantiomeri: risoluzione.

Alcoli e tioli

Struttura di alcoli e tioli. Nomenclatura. Alcoli. Tioli. Proprietà fisiche. Preparazione degli alcoli. Idratazione acido catalizzata di alcheni. Reazioni degli alcoli. Acidità degli alcoli. Basicità degli alcoli. Conversione ad alogenuri alchilici. Disidratazioni degli alcoli ad alcheni. Ossidazione degli alcoli primari e secondari. Ossidazione dei glicoli : rottura di un doppio legame carbonio-carbonio. Reazioni dei tioli. Acidità.

 

Alogenuri alchilici

Struttura. Nomenclatura. Sistema IUPAC. Nomi comuni. Proprietà fisiche. Polarità.  Preparazione. Conversione di un alcol in un alogenuro alchilico. Alogenazione di alcani. Addizione di HX ad alcheni. Alogenazione allilica. Reazioni con basi e nucleofili. Sostituzione nucleofila alifatica. Meccanismi della sostituzione nucleofila alifatica. Nucleofilicità relativa. Nucleofilicità in fase gas. Nucleofilicità in solventi polari aprotici. Nucleofilicità in solventi polari protici. Stereochimica. Reazioni SN1. Reazioni SN2. Struttura dell'alogenuro alchilico. Il gruppo uscente. Il solvente. Reazioni E1. Cinetiche. Reazioni E2 . Cinetiche.

 

Eteri ed epossidi

Struttura degli eteri. Nomenclatura degli eteri. Proprietà fisiche degli eteri. Preparazione degli eteri. Sintesi degli eteri di Williamson. Addizione acido catalizzata di alcoli ad alcheni. Disidratazione acido-catalizzata degli alcoli.  Reazioni di tioli e solfuri. Epossidi. Struttura e nomenclatura. Sintesi. Reazioni degli epossidi. Apertura acido-catalizzata dell'anello. Apertura nucleofila dell'anello.ù

 

Aromatici  Benzene e suoi derivati

La struttura del benzene. Il modello del benzene di Kekulé. Il modello del legame di valenza. L'energia di risonanza del benzene. Il concetto di aromaticità. I criteri di Huckel per l'aromaticità. Composti aromatici eterociclici. Fenoli. Struttura e nomenclatura. Acidità dei fenoli. Reazioni acido-base dei fenoli. Sostituzioni elettrofile aromatiche. Bromurazione e clorurazione. Nitrazione e solfonazione. Alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts.  Effetto di un sostituente sulla ulteriore sostituzione.

Aldeidi e chetoni

Struttura. Caratteristiche strutturali. Il legame covalente. Nomenclatura IUPAC.  Nomi comuni. Proprietà fisiche. Preparazione. Ossidazione di alcoli primari e secondari. Ossidazione di 1,2 glicoli mediante acido periodico o piombo tetracetato. Acilazione di Friedel-Crafts di anelli aromatici. Idratazione di alchini catalizzata da acidi. Idroborazione-ossidazione di alchini. Ossidazione di alcheni: scissione del doppio legame carbonio-carbonio. Reazioni. Addizione di carbonucleofili. Formazione e struttura di composti organometallici. Addizione di reattivi di Grignard. Addizione di composti organolitici. Addizione di acido cianidrico.  Addizione di nucleofili ossigenati. Addizione di acqua. Addizione di alcoli: formazione di acetali. Acetali come gruppi di protezione del carbonile.  Addizione di nucleofili azotati. Ammoniaca e suoi derivati. Idrazina e composti correlati. Tautomeria cheto-enolica. Acidità degli idrogeni in a.  Reazioni al carbonio a. La reazione aldolica. Ossidazione delle aldeidi. Ossidazione dei chetoni. Riduzione. Riduzione catalitica. Riduzione con idruri metallici. Riduzione di un gruppo carbonilico a gruppo metilenico.

 

Carboidrati

Monosaccaridi. Struttura. Nomenclatura. Stereoisomeria. La struttura ciclica dei monosaccaridi. Proiezioni di Fisher. Proiezioni di Haworth. Mutarotazione. Proprietà fisiche. Reazioni dei monosaccaridi. Formazione di glicosidi. Riduzione. Ossidazione. Disaccaridi ed oligosaccaridi.

 

Acidi carbossilici

Struttura. Nomenclatura. Sistema IUPAC. Nomi comuni. Proprietà fisiche. Acidità. Costanti di ionizzazione acida. Reazioni con basi. Preparazione. Ossidazione di alcoli primari. Ossidazione di aldeidi. Riduzione. Litio alluminio idruro.Riduzione con diborano. Esterificazione. Esterificazione di Fisher. Trasformazione in alogenuri acilici. Decarbossilazione.

 

Derivati funzionali degli acidi carbossilici

Struttura e nomenclatura. Alogenuri degli acidi. Anidridi degli acidi. Esteri. Ammidi e immidi. Nitrili. Reazioni caratteristiche. Reazione con acqua: idrolisi. Cloruri acilici. Reazione con alcoli. Alogenuri acilici. Reazioni con ammoniaca ed ammine.

 

Anioni enolato  La sintesi acetoacetica. La sintesi malonica.

Ammine

Struttura e classificazione. Nomenclatura. Nomi comuni. Nomi IUPAC.  Chiralità di ammine e ioni ammonio quaternari. Proprietà fisiche. Basicità. Preparazione delle ammine. Alchilazione di ammoniaca ed ammine. Riduzione dei gruppi nitro a gruppi amminici primari. Alchilazione dello ione azide per preparare ammine primarie. Sintesi di Gabriel delle alchilammine primarie. Amminazione riduttiva delle aldeidi e chetoni. Riduzione delle ossime ad ammine primarie. Riduzione di nitrili ad ammine primarie. Riduzione di ammidi. Il riarrangiamento di Hofmann delle ammidi primarie. Reazioni di ammine. Reazioni con acido nitroso. Reazioni delle ammine alifatiche terziarie. Reazioni delle ammine aromatiche terziarie. Reazioni di ammine secondarie alifatiche ed aromatiche. Le reazioni delle ammine primarie alifatiche. Reazioni di ammine aromatiche primarie. Eliminazione di Hofmann.

 

Lipidi

Acidi grassi, saponi e detergenti. la struttura degli acidi grassi. Struttura e preparazione dei saponi naturali. Prostaglandine. Steroidi. Fosfolipidi.

 

Amminoacidi e proteine

Amminoacidi. Struttura. Chiralità di amminoacidi. Gli amminoacidi derivati dalle proteine. Proprietà acido-base degli amminoacidi. Amminoacidi, proteine e nutrizione. Polipeptidi e proteine. Struttura primaria dei polipeptidi e delle proteine. Sintesi dei polipeptidi.

Acidi Nucleici

Nucleosidi e nucleotidi. Struttura del DNA. Acidi ribonucleici. Cenni sulla sintesi proteica.

 

Testi/Bibliografia

G. Russo, G. Catelani, L. Panza, P. Pedrini

Chimica Organica, Casa Editrice Ambrosiana

Metodi didattici

Lezioni frontali, con verifiche in itinere e lavoro di gruppo

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Verifiche in itinere, Esame finale orale

Strumenti a supporto della didattica

proiezione power-point

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.scienze.unibo.it/Scienze+Matematiche/Didattica/Insegnamenti/dettaglio.htm?AnnoAccademico=2007&IdComponenteAF=130292&CodDocente=03

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Gentilucci

Consulta il sito web di Giuliana Cardillo