CHIMICA ORGANICA II

Il corso mira a fornire una mentalità critica e scientifica ed un uso razionale delle capacità mnemoniche, favorendo l’abilità di applicare le conoscenze teoriche alla risoluzione dei problemi.

Ciò significa superare il limite della mera “ripetizione mnemonica” di concetti che, così facendo, sarebbero finalizzati al semplice apprendimento. Mentalità critica e scientifica ad un tempo costituiscono un obiettivo di alto livello; esso necessita di una sintesi tra operatività mentale ed effettiva realizzazione: la prima si esplica nella progettazione di un esperimento, nel controllo razionale-intuitivo delle fasi di esecuzione e calcolo e nella fase di valutazione dei risultati; la seconda si esplica nella vera e propria esecuzione dell’esperimento, anche a livello virtuale.

Pertanto, al termine del corso, l’allievo dovrà essere in grado di:

• riconoscere che il grandissimo numero di sostanze organiche è determinato dalla capacità di concatenarsi degli atomi di carbonio;
• collegare il fenomeno dell’isomeria di struttura alle proprietà fisiche e chimiche dei composti isomeri;
• correlare la struttura funzionale e spaziale delle molecole con le proprietà fisiche e chimiche;
• prevedere il comportamento delle sostanze organiche e bio-organiche in determinate condizioni di reazione, utilizzando modelli generali di reattività (meccanismi di reazione);
• correlare la struttura delle molecole organiche con le funzioni biologiche, con particolare riferimento all’azione catalitica degli enzimi ed alla cinetica enzimatica;
• essere in grado di risolvere alcuni esercizi sulla reattività e le trasformazioni dei gruppi funzionali più comuni, formulando meccanismi di reazione plausibili;
• realizzare sintesi di semplici composti;
• effettuare separazioni, purificazioni e caratterizzazione dei composti organici più comuni.

Conoscenza dei concetti di base di Matematica, Fisica e Chimica Generale.

Chimica Organica 1

Obbligatoria

MODULO 4. Composti carbonilici

15. Reazioni degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici
Nomenclatura degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici – Struttura degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici – Proprietà fisiche dei composti carbonilici – Come reagiscono gli acidi carbossilici e i derivati degli acidi carbossilici – Le reattività relative degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici – Reazioni degli alogenuri acilici – Reazioni degli esteri – Idrolisi e transesterificazione degli esteri catalizzate da acidi – Idrolisi degli esteri favorita dallo ione idrossido – Reazioni degli acidi carbossilici – Reazioni delle ammidi – Idrolisi e alcolisi delle ammidi catalizzata da acidi – Idrolisi promossa da ioni idrossido delle ammidi – Idrolisi di un’immide: la sintesi di Gabriel delle ammine primarie – Nitrili – Anidridi degli acidi carbossilici – Acidi dicarbossilici – Attivazione chimica degli acidi carbossilici – Attivazione biologica degli acidi carbossilici.

• Paragrafi: 15.1–15.19

16. Le reazioni di aldeidi e chetoni • Ulteriori reazioni dei derivati degli acidi carbossilici
Nomenclatura delle aldeidi e dei chetoni – Reattività relative dei composti carbonilici – Reattività di aldeidi e chetoni – Reazioni dei composti carbonilici con i nucleofili al carbonio – Reazioni dei compost carbonilici con lo ione idruro – Approfondimento sulle reazioni di riduzione – Reazioni chemoselettive – Reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili all’azoto – Reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili all’ossigeno – Gruppi protettori – Reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili allo zolfo – Reazioni di aldeidi e chetoni con un perossiacido – Reazione di Wittig – STRATEGIA SINTETICA IV: Disconnessioni, sintoni ed equivalenti sintetici – Addizione nucleofila ad aldeidi e chetoni a,b-insaturi – Addizione nucleofila ai derivati degli acidi carbossilici a,b-insaturi – Reazioni di addizione coniugata nei sistemi biologici.

• Paragrafi: 16.1–16.17

17. Le reazioni al carbonio
Acidità dell’idrogeno – Tautomeri cheto-enolici – Interconversione cheto-enolica – Alogenazione del carbonio di aldeidi e chetoni – Alogenazione del carbonio degli acidi carbossilici – Formazione di uno ione enolato – Alchilazione del carbonio – Alchilazione e acilazione del carbonio tramite un intermedio enamminico – Alchilazione del carbonio b – Un’addizione aldolica forma una b-idrossialdeide o un b-idrossichetone – La disidratazione di un prodotto di addizione aldolica forma aldeidi e chetoni a,b-insaturi – Addizione aldolica incrociata – Condensazione di Claisen: formazione di b-chetoesteri – Altre condensazioni incrociate – Reazioni di condensazione e di addizione aldolica intramolecolare – L’anellazione di Robinson – Decarbossilazione di b-chetoacidi – Sintesi malonica – Sintesi acetacetica – STRATEGIA SINTETICA V: Formazione di nuovi legami carbonio-carbonio – Reazioni al carbonio nei sistemi biologici.

• Paragrafi: 17.1–17.22

MODULO 5. I composti aromatici

18. Reazioni del benzene e dei benzeni sostituiti
Nomenclatura dei benzeni monosostituiti – Meccanismo generale delle reazioni di sostituzione elettrofila aromatica – Alogenazione del benzene – Nitrazione del benzene – Solfonazione del benzene – Acilazione di Friedel-Crafts del benzene – Alchilazione di Friedel-Crafts del benzene – Alchilazione del benzene mediante acilazione-riduzione – Uso delle reazioni di accoppiamento nell’alchilazione del benzene – Trasformazioni chimiche dei sostituenti sull’anello benzenico – Nomenclatura dei benzeni disostituiti e polisostituiti – Effetto dei sostituenti sulla reattività – Effetto dei sostituenti sull’orientamento – Il rapporto orto-para – Ulteriori considerazioni sugli effetti dei sostituenti – STRATEGIA SINTETICA VI: Sintesi dei benzeni mono e disostituiti – Sintesi dei benzeni trisostituiti – Uso dei sali di diazonio per la sintesi di benzeni sostituiti – Azobenzeni – Meccanismo della formazione di uno ione diazonio – Sostituzione nucleofila aromatica – STRATEGIA SINTETICA VII: Sintesi di composti ciclici.

• Paragrafi: 18.1–18.22

19. Reazioni delle ammine e dei composti eterociclici
Nomenclatura – Proprietà acido-base delle ammine – Reattività delle ammine come basi e come nucleofili – Sintesi di ammine – Eterocicli aromatici pentatomici (saranno ripresi ed approfonditi nel prossimo capitolo) – Eterocicli aromatici esatomici (saranno ripresi ed approfonditi nel prossimo capitolo) – Ammine eterocicliche di importanza biologica.

• Paragrafi: 19.1–19.8

18. La Chimica degli Eterocicli Aromatici
Classificazione degli eterocicli aromatici – Eteroaromaticità – Sostituzione elettrofila: aspetti generali – Sistemi elettronricchi: eterocicli pentatomici contenenti un solo eteroatomo – Preparazione: Sintesi di Paal-Knorr del furano, del pirrolo e del tiofene – Sintesi di Knorr del pirrolo – Sintesi di Feist-Bernary del furano e sintesi di Hantzsch del pirrolo – Reattività: Reazioni acido-base, di sostituzione elettrofila, di addizione e cicloaddizione, di ossidazione e di riduzione – Sistemi elettronricchi: eterocicli pentatomici benzocondensati contenenti un solo eteroatomo – Preparazione: Sintesi di Fischer dell’indolo – Reattività: Reazioni acido-base, di sostituzione elettrofila, di ossidazione e di riduzione – Sistemi elettronpoveri: eterocicli esatomici contenenti un solo eteroatomo – Preparazione: Sintesi di Hantzsch della piridina – Reattività: Reazioni acido-base, Reazioni dell’azoto con gli elettrofili, Reazioni di sostituzione elettrofila, di sostituzione nucleofila, di ossidazione e di riduzione – Sistemi elettronpoveri: eterocicli esatomici benzocondensati contenenti un solo eteroatomo neutro – Preparazione: Sintesi di Skraup della chinolina, Sintesi di Bischler-Napieralski dell’isochinolina – Reattività: Reazioni principali – Preparazione di un a-amminochetone – Effetto del solvente sulla basicità della piridina e dell’ammoniaca – Piridina N-ossido e sostituzione elettrofila.

• Paragrafi: Botta 18.1–18.6

MODULO 6. Composti bioorganici

20. La chimica organica dei carboidrati
Classificazione dei carboidrati – La notazione d e l – Configurazione degli aldosi – Configurazione dei chetosi – Reazioni dei monosaccaridi in soluzione basica – Reazioni di ossido-riduzione dei monosaccaridi – Allungamento della catena: la sintesi di Kiliani-Fischer – Accorciamento della catena: la degradazione di Wohl – Stereochimica del glucosio: la dimostrazione di Fischer – I monosaccaridi formano emiacetali ciclici – Il glucosio è il più stabile fra gli aldoesosi – Formazione di glicosidi – L’effetto anomerico – Zuccheri riducenti e non riducenti – Disaccaridi – Polisaccaridi – Alcuni prodotti naturali derivati dai carboidrati – I carboidrati sulla superficie cellulare – Dolcificanti sintetici.

• Paragrafi: 20.1–20.19

21. Amminoacidi, peptidi e proteine
Nomenclatura degli amminoacidi – Configurazione degli amminoacidi – Proprietà acido-basiche degli amminoacidi – Il punto isoelettrico – Separazione degli amminoacidi – Metodi di sintesi degli amminoacidi – Risoluzione di una miscela racemica di amminoacidi – Legami peptidici e legami disolfuro – Alcuni peptidi interessanti – Strategie di sintesi peptidica – Sintesi peptidica automatizzata – Introduzione alla struttura delle proteine – Come determinare la struttura primaria di un polipeptide o di una proteina – Struttura secondaria delle proteine – Struttura terziaria delle proteine – Struttura quaternaria delle proteine – Denaturazione delle proteine.

• Paragrafi: 21.1–21.17

22. La catalisi nelle reazioni organiche e nelle reazioni enzimatiche
La catalisi nelle reazioni organiche – La catalisi acida – La catalisi basica – La catalisi nucleofila – La catalisi con ioni metallici – Le reazioni intramolecolari – La catalisi intramolecolare – La catalisi nelle reazioni biologiche – Una reazione enzimatica simile all’idrolisi delle ammidi catalizzata da acidi – Un’altra reazione enzimatica simile all’idrolisi delle ammidi catalizzata da acidi – Una reazione enzimatica che prevede due successive reazioni S_N2 – Una reazione enzimatica simile alla trasposizione enediolica catalizzata da basi – Una reazione enzimatica simile alla reazione retro-aldolica.

• Paragrafi: 22.1–22.13

26. La chimica organica degli acidi nucleici
Nucleosidi e nucleotidi – Gli acidi nucleici sono costituiti da sottounità nucleotidiche – La struttura secondaria del DNA – Perché nel DNA non c’è il gruppo 2-OH – La biosintesi del DNA è chiamata replicazione – l DNA e l’ereditarietà – La biosintesi dell’RNA è chiamata trascrizione – Gli RNA usati per la biosintesi delle proteine – La biosintesi delle proteine è chiamata traduzione – Perché il DNA contiene la timina invece che l’uracile – Farmaci antivirali – Come si determina la sequenza di basi del DNA – L’ingegneria genetica.

• Paragrafi: 26.1–26.13

• Chimica Organica – P. Y. Bruice – 3^a Ed. EdiSES (include un kit di modelli molecolari).
• Chimica Organica – a cura di B. Botta, AA. VV. – 2ª Ed. Edi-Ermes.
• Manuale Virtuale di Chimica Organica: http://organicavirtuale.altervista.org/VirtualText/intro1.html
• Esercizi risolti di Chimica Organica – N. E. Schor e K. P. C. Vollhardt – Zanichelli.

Per superare il corso l’allievo dovrà sostenere una prova scritta ed un’eventuale prova orale; alla prova orale si accede totalizzando, nella prova scritta, un minimo di 24 punti su 33. La prova scritta consiste in 10 quesiti preliminari inerenti i saperi minimi, ritenuti indispensabili al superamento della materia, ed in altri 5 di difficoltà superiore; questi ultimi per permettere, ai più meritevoli, di migliorare il voto e, raggiunto il 24, a chi lo desiderasse, di sostenere la prova orale ed ambire an un voto compreso tra il 24 ed il 30 e Lode.

L’esame si riterrà superato, con una votazione di 18/30, per coloro che risponderanno correttamente a tutti i 10 quesiti preliminari e, con una votazione compresa tra 19 e 24/30, per tutti coloro che avranno svolto, in modo proficuo, alcuni dei 5 quesiti di difficoltà superiore. Chi dovesse ottenere un punteggio uguale o superiore al 24 ha la facoltà di decidere se sostenere l’esame orale, per migliorare il voto, o farsi registrare la materia con una votazione di 24/30. Per ottenere un voto superiore al 24 bisogna necessariamente sostenere l’esame orale; quest’ultimo non pregiudicherà la promozione con un minimo di 24/30. La tabella seguente riepiloga il tutto.