Lo scopo del corso è quello di fornire agli studenti la conoscenza della Chimica Organica con particolare riferimento alla struttura e reattività dei composti aromatici, eteroaromatici, bifunzionali e delle principali classi di composti naturali: amminoacidi, zuccheri, grassi ed acidi nucleici. Nel corso viene introdotto il concetto di gruppo protettore ed il concetto di ortogonalità. Sono introdotti i più comuni grupi protettori di alcol, acidi carbossilici, ammine ed amminoacidi
Tutti i libri di Chimica Organica per corsi di laurea in Chimica
Per esempio:
Brown, Iverson, Anslyn,Foote Chimica Organica EdiSES
Loudon Chimica Organica EdiSES
J. McMurry Chimica Organica PICCIN
J. Clayden N. Greeves, S .Warren, Chimica organica, PICCIN
Obiettivi Formativi
Lo scopo del corso è fornire gli agli studenti gli strumenti per affrontare problemi sintetici e la capacità di una lettura critica e consapevole della letteratura scientifica
Prerequisiti
E' richiesta la conoscenza della chimica organica proposta nel corso di Chimica Organica I: classi di composti organici, reattività di alcoli, ammine, acidi carbossilici e tutti i loro derivati. Conoscenza dei più semplici meccanismi di reazione ed uso corretto delle frecce nella descrizione dei meccanismi.
Metodi Didattici
Lezione frontale per la presentazione degli argomenti, esercizi in classe con coinvolgimento degli studenti
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale a cui si accede dopo esame scritto su i contenuti del corso di laboratorio
Programma del corso
Il Benzene e l’Aromaticità:
Cenni storici. La teoria della risonanza.
Calcolo dell’Energia di Risonanza attraverso i calori di idrogenazione.
Introduzione alla Teoria dell’Orbitale Molecolare. L’approssimazione di Hückel per polieni aciclici o ciclici
a doppi legami coniugati. L’espressione dell’Energia in HMO.
La natura dei coefficienti mj. La costruzione di set di orbitali molecolari per sistemi ciclici ed aciclici. Gli orbitali molecolari del Benzene. La regola di Hückel per l’Aromaticità. La spettroscopia di Risonanza Magnetica di sistemi aromatici. Gli annuleni. Il cicloottatetraene. L’Aromaticità di specie cariche. Il catione tropilio, l’anione ciclopentadienilico. La reattività del Benzene: Reazioni di riduzione, ossidazione, addizione di alogeni. La riduzione di Birch.
La sintesi dei composti aromatici. L’alogenazione del benzene col metodo della Sostituzione Elettrofila aromatica. Analisi del meccanismo di reazione. Profilo di reazione. Intermedio di Wheland. Stadio lento della reazione. Controllo cinetico e termodinamico. Specie elettrofile. La nitrazione. La solfonazione. Le reazioni di Friedel-Crafts: alchilazione e acilazione del benzene. Reazione di clorometilazione e di Gatterman-Koch. La nomenclatura dei composti aromatici. Le sostituzioni elettrofile di benzeni sostituiti. Effetto induttivo ed effetto mesomero. Sostituenti attivanti e disattivanti, forti e deboli. Sostituenti orto-para orientanti e sostituenti meta orientanti. Il confronto con la reattività del benzene. La sostituzione aromatica col meccanismo della eliminazione-addizione. L’intermedio benzino. Sostituzione nucleofila aromatica. L’intermedio di Mesenheimer. Composti aromatici ad anelli fusi. Cenni generali sull’aromaticità dei composti, sintesi e reattività. I bifenili. Chiralità assiale. I fullereni. I derivati aromatici: Alchilderivati aromatici. Alogenazione ed ossidazione sulla posizione benzilica. Gli alogeno derivati aromatici. Formazione di composti organometallici. Formazione di legame C-C fra alchile e arile, ed arilearile. Reazione di Heck, Suzuki, e Buchwald. Le aldeidi aromatiche: metodi di sintesi e reattività. La dismutazione di Cannizzaro e la condensazione benzoinica. Le ammine aromatiche. Proprietà acido-base. Metodi di sintesi per riduzione di nitroderivati aromatici.
Formazione e reazioni dei sali di diazonio. Reazioni di Sandmeyer. Reazioni di coupling dei sali di diazonio. Sintesi di coloranti azoici. Indicatori. Fenoli. Sintesi e reattività. Trasposizione di Fries. Lacche fenoliche. Sintesi di Kolbe. Reazione di ReimerTiemann. Trasposizioni di Claisen e Cope degli allilfenoli. Chinoni.
La reattività di composti contenenti più di una funzione: Le problematiche che derivano dalla interazione di più gruppi funzionali sulla stessa molecola.
I gruppi protettori degli alcoli ed ammine. Benzil eteri ed ammine come gruppi protettori di alcoli ed ammine. Silileteri. I dioli. Sintesi attraverso la cis-ossidrilazione di alcheni o l’apertura di epossidi. I pinacoli. Trasposizione pinacolica. Le ossidazioni dei dioli con Acido periodico e Piombo tetraacetato.
Idrossi chetoni: formazione di emiacetali ciclici. Sintesi di alfa-idrossichetoni: condensazione aciloinica, condensazione benzoinica.
Beta-idrossichetoni: la reazione aldolica. Condensazione di Claisen-Schmidt. Reazione aldolica diretta. Generazione di enolati. Scelta della base. Enolato cinetico ed enolato termodinamico. La specie enolato come specie bidentata nelle reazioni di alchilazione. Fattori che influenzano la C-alchilazione e la O-alchilazione. L’estere acetoacetico. Enolati stabilizzati per risonanza. Monoanione e dianione. Sintesi dall’estere
acetoacetico. Chetoni alfa,beta-insaturi. La reazione di Michael. Sintesi di 1,5-dichetoni. Sintesi di 1,4-dichetoni attraverso equivalenti sintetici dell’acil anione. Sintesi di chetoni ciclici alfa,beta-insaturi. Anellazione di Robinson. Acidi dicarbossilici. Sintesi maloniche.
I Grassi: Struttura e proprietà. Sintesi in natura. Acidi grassi saturi ed insaturi. Effetto del doppio legame Z. La reattività degli acidi grassi insaturi.
I Terpeni: Struttura e proprietà. Classificazione. Sintesi in natura.
Gli amminoacidi e peptidi:
Struttura e proprietà degli amminoacidi proteinogenici. Equilibri acido-base degli amminoacidi. Calcolo del punto isoelettrico. Le reazioni degli amminoacidi: esterificazioni, alchilazioni all’azoto, reazioni termiche. Sintesi dagli alfa-bromoacidi, di Strecker, di Schmidt e dagli esteri ammino malonici. I peptidi: struttura e proprietà. Sintesi peptidica in soluzione ed in fase solida. Gruppi protettori degli amminoacici: Cbz, tBOC, e Fmoc. Metodi di formazione del legame peptidico. Attivanti del carbossile (DCC e DMAP). Proteine: struttura primaria, secondaria, terziaria, e quaternaria. Legami disolfuro. Strutture dell’alfaelica e del beta-foglietto.
I carboidrati: Struttura e proprietà ottiche. La famiglia dei D-aldosi e D-chetosi. Le correlazioni di Fischer per le assegnazioni strutturali. La sintesi di Kiliani-Fischer e le sintesi demolitive di Wohl e Ruff. Gli equilibri degli zuccheri in soluzione: forme piranosidiche e forme furanosidiche. Gli anomeri alfa e beta. La mutarotazione. L’effetto anomerico. La formazione di glicosidi. Protezioni dei gruppi ossidrilici negli zuccheri: formazione di acetali e chetali
ciclici. Reazioni di ossidazione degli zuccheri: acidi aldonici, acidi glicuronici, e acidi saccarici. Riduzione ad alditoli. Ossidazioni con acido periodico.
I disaccaridi. Maltosio, Cellobiosio, Lattosio e Saccarosio: struttura e proprietà. Conseguenze strutturali del legame alfa- o beta-glicosidico. I polisaccaridi: gli amidi e la cellulosa.
I composti eterociclici:
Composti eterociclici saturi ed insaturi. Analogie e differenze fra i composti eterociclici saturi ed i corrispondenti composti aciclici. Aromaticità dei composti eterociclici. Eterocicli elettron-poveri ed elettron-ricchi: piridina e pirrolo. I composti eterociclici pentatomici: pirrolo, furano e tiofene.
L’indolo: struttura e reattività. La sintesi di Fischer dell’indolo. Composti eterociclici pentatomici contenenti due eteroatomi: cenni. La particolare basicità dell’imidazolo e del pirazolo. La piridina: struttura e reattività. Sostituzioni elettrofile e sostituzioni nucleofile. La piridina N-ossido. Sintesi di Hantzsch della piridina. Chinoline e isochinoline. Pirano e catione pirilio. Le diazine. I nucleotidi e nucleosidi. Basi pirimidiniche e puriniche del DNA e RNA. I legami ad idrogeno fra le basi. Legami preferenziali A-T e G-C. La struttura del DNA. La trasmissione del codice genetico.
Le reazioni Pericicliche: Reazioni pericicliche in natura. Reazioni elettrocicliche, sigmatropiche e di cicloaddizione. L’effetto solvente e la conservazione della stereochimica dei reagenti nei prodotti. Profilo di reazione e Stato di Transizione ciclico. Le reazioni elettrocicliche: moto disrotatorio e conrotatorio. Reazioni permesse per via termica e fotochimica. Interpretazione secondo la teoria dell’Orbitale molecolare. Sistemi aromatici secondo
Huckel e secondo Möbius. Le reazioni di cicloaddizione [4+2]: Diels Alder ed 1,3-dipolari. Le cicloaddizioni [2+2] permesse per via fotochimica. Interpretazione secondo la Teoria della Perturbazione e degli Orbitali di Frontiera. La regioselettività e la stereoselettività delle cicloaddizioni di Diels-Alder. Le reazioni di Diels-Alder a domanda inversa.
Le reazioni sigmatropiche: trasposizioni di Claisen e di Cope.