CHIMICA ORGANICA
cod. 14786

Anno accademico 2013/14
2° anno di corso - Primo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Chimica organica (CHIM/06)
Field
Discipline chimiche
Tipologia attività formativa
Base
47 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

Il corso si prefigge di fornire allo studente le nozioni fondamentali di Chimica
Organica e gli strumenti indispensabili per interpretare i fenomeni e i processi
biochimici. Verranno in particolare trattate le classi di composti e le reazioni
organiche di maggiore interesse per gli studenti di Biologia mettendo in luce, di
volta in volta, le connessioni con il mondo biologico.
Verranno inoltre presentate agli studenti le principali classi di molecole di interesse
biologico e ne verrà data una lettura in chiave chimica delle loro proprietà e
reattività.

Prerequisiti

Per poter seguire proficuamente il corso e superare l'esame, sono fondamentali le
conoscenze acquisite e i concetti maturati nel corso di Chimica Generale. In
particolare sono fondamentali i concetti relativi alla struttura elettronica degli atomi,
al legame chimico, alla termodimanica chimica (con particolare riferimento all'equilibrio chimico e agli equilibri acido-base),
e alla cinetica chimica. Non è obbligatorio aver superato l'esame di Chimica
Generale, ma è fortemente
consigliato aver acquisito la maggior parte dei concetti relativi a tale esame prima di
frequentare il corso di Chimica Organica.

Contenuti dell'insegnamento

In primo luogo verranno introdotte le teorie VSEPR e del legame di valenza per
descrivere le molecole organiche. Si richiameranno basilari concetti di
termodinamica e cinetica chimica con particolare riferimento alle reazioni del 1° e 2°
ordine, alla catalisi chimica e alle reazioni in competizione. Verranno quindi
confrontati i concetti di acidi e basi di Brønsted-Lowry, di Lewis e di nucleofili ed
elettrofili. Si definiranno i concetti, le denotazioni stereochimiche e le proprietà degli
stereoisomeri con particolare riferimento al mondo biologico e dei farmaci.
Sarà quindi affrontata l’analisi della struttura, proprietà e reattività delle molecole
organiche per gruppi funzionali che includeranno le seguenti classi di composti
organici: Alcani e Cicloalcani; Alcheni e Alchini; Alogenuri alchilici; Alcoli, Eteri e
Tioli; il Benzeni e suoi derivati; le Ammine; i Chetoni e le Aldeidi; gli Acidi
carbossilici e i suoi derivati. Si considererà poi la reattività degli anioni enolato nelle
condensazioni aldoliche, di Claisen e di Dieckmann con esemplificazione in alcuni
processi biologici. Infine si esamineranno le proprietà strutturali, conformazionali e
di reattività di alcune importanti classi di macromolecole biologiche quali i
carboidrati, le proteine, gli acidi nucleici e i lipidi.
Parallelamente alle ore di lezione teoriche, verranno condotte esercitazioni in aula
volte all’illustrazione di esempi e allo svolgimento di esercizi che facilitino la
comprensione della materia.

Programma esteso

Introduzione
Introduzione alla Chimica Organica; scelta del C come atomo centrale dei composti
organici; strutture elettroniche e di Lewis degli atomi; modello di legame di Lewis;
elettronegatività; strutture di Lewis di molecole e ioni; angoli e distanze di legame e
forma delle molecole secondo la teoria VSEPR; momento dipolare di legami e
molecole; Risonanza. Legame covalente secondo il modello del legame di valenza:
Ibridazione degli orbitali atomici. Introduzione ai gruppi funzionali. Forze
intermolecolari (interazioni dipolo-dipolo, legami di idrogeno, forze di van der
Waals); polarizzabilità; solubilita' e proprietà fisiche dei composti organici; proprietà
dei solventi (solventi apolari, protici e dipolari aprotici); costante dielettrica dei
solventi.
Fondamenti di cinetica chimica. Reazioni del 1° e 2° ordine. Molecolarità di una
reazione. Effetto della temperatura sulla velocità di reazione.
Applicazioni della Termodinamica e Cinetica
Calore molare e entropia di reazione. Cinetica delle reazioni: meccanismo di
reazione, stadi di reazione, intermedi di reazione, stati di transizione ed energia di
attivazione; velocità di reazione e costante di velocità specifica; molecolarità;
equazione di Eyring. Catalisi chimica. Reazioni sotto il controllo cinetico o
termodinamico. Reazioni competitive. Postulato di Hammond. Acidi e Basi di
Brønsted-Lowry. Acidi e Basi di Lewis. Nucleofili ed elettrofili.
Analisi della struttura, proprietà e reattività delle molecole organiche per gruppi
funzionali
Alcani. Nomenclatura. Cicloalcani. Nomenclatura. Conformazione di alcani.
Conformazione di cicloalcani e cicloalcani sostituiti. Proprietà fisiche di alcani e
cicloalcani. Fonti di alcani. Reattività degli alcani. Ossidazione, combustione.
Alogenazione. Scissione omolita. Radicali. Stabilità dei radicali. Iperconiugazione.
Orientamento nell’alogenazione. Fattori statistici e probabilistici.
Reattività/selettività. Regiochimica nelle reazioni radicaliche. Combustione. Esercizi. Chiralità. Molecole chirali e achirali. Stereocentro, definizione. Stereoisomeri.
Designazione R/S. Proiezioni di Fischer. Enantiomeri. Molecole con più centri
chirali: diastereoisomeri e composti meso. Proprietà degli stereoisomeri. Attività
ottica. Miscele racemiche e risoluzione. Eccesso
enantiomerico e diastereoisomerico. Chiralità nel mondo biologico. Enantiomeri nel
mondo biologico e farmaci. Origine dell’omogeneità chirale in natura.
Alcheni e alchini. Struttura e nomenclatura. Isomeria geometrica (cis/trans e E/Z).
Cicloalcheni. Terpeni. Reazioni degli alcheni. Addizioni elettrofile al doppio legame
e cenni sulle reazioni di polimerizzazione. Addizione di acidi alogenidrici. Stabilità
dei carbocationi. Idratazione di alcheni. Addizione di cloro e bromo ad alcheni: ione
bromonio. Reazioni regioselettive e regiospecifiche. Formazione di glicoli.
Riduzione di alcheni: calore di idrogenazione e stabilità degli alcheni. Stereochimica
nell’addizione ad alcheni. Struttura e acidità di alchini. Reattività di alchini.
Addizione di H2, X2, HX e idratazione. Dieni isolati coniugati e cumulati. Calori di
idrogenazione. Polimerizzazione di alcheni e dieni.
Alogenuri alchilici: Struttura e nomenclatura. Sostituzione nucleofila alifatica.
Nucleofili e basi, elettrofili e acidi. Meccanismi SN2 ed SN1: differenze cinetiche,
meccanicistiche e stereochimiche. Stereoselettività e stereospecificità delle
reazioni. Fattori che influenzano la velocità delle SN2 ed SN1: struttura del
nucleofilo, di RX, del gruppo uscente e effetto solvente. Esempi di SN2 ed SN1. b-
Eliminazione o deidroalogenazione. Regola dei Saitzev, meccanismo E2 ed E1.
Confronto E2 ed E1. Stereochimica delle E2. Biosintesi dei terpeni.
Alcoli, eteri e tioli: struttura, nomenclatura e proprietà fisiche. Acidità degli alcoli in
base agli effetti induttivi dei sostituenti. Acidità di metanolo, etanolo, isopronalo e
tbutanolo.
Reazione con metalli attivi, conversione in alogenuri alchilici. Meccanismo
della formazione di cloruri alchilici a partire da alcoli e cloruro di tionile. Reazioni di
disidratazione con catalisi acida. Ossidazione di alcoli 1° e 2°. Formazione degli
eteri via reazione di Williamson. Eteri a corona e criptandi. Epossidi e loro reattività
in catalisi acida e basica. Reazione dei tioli: acido-base e ossidazione.
Benzeni e suoi derivati. Energia di risonanza e aromaticità. Composti eterociclici
aromatici e basi azotate degli ac nucleici. Nomenclatura. Benzeni mono e
polisostituiti. Fenoli: acidità e reazioni acido-base. Introduzione alla Sostituzione
Elettrofila Aromatica. Acidità di fenoli sostituiti. Separazione alcoli/fenoli.
Ammine. Classificazione delle ammine. pKb e pKa delle ammine. Equazione di
Henderson-Hasselbach. Relazione struttura-basicità nelle ammine alifatiche,
aromatiche ed eterocicliche aromatiche. Reazioni con gli acidi. Stereochimica
all’azoto di ammine e sali di ammonio quaternari.
Chetoni e aldeidi. Caratteristiche strutturali del gruppo carbonilico. Nomenclatura.
Reazioni del gruppo carbonilico. Addizione con nucleofili all’ossigeno: emiacetali e
acetali. Addizione con nucleofili all’azoto: le immine o basi di Schiff. Tautomeria
cheto-enolica e racemizzazione del carbonio in a al carbonile. Ossidazione e
riduzione di aldeidi e chetoni.
Acidi carbossilici: struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Acidità ed effetto dei
sostituenti in acidi acetici e benzoici. Separazione alcoli/fenoli/ac.benzoico.
Riduzione di acidi carbossilici. Esterificazione di Fischer. Conversione in cloruri
acilici. Decarbossilazione di b-chetoacidi e ac malonici.
Derivati degli acidi carbossilici: cloruri acilici, anidridi, esteri e ammidi. Struttura e
nomenclatura. Lattoni, lattami e esteri dell’ac. fosforico. Sostituzione nucleofila
acilica: similitudini e differenze con reattività del carbonile di aldeidi e chetoni. Scala
di reattività dei derivati degli acidi in base alle caratteristiche del gruppo uscente e
all’elettrofilia del reagente. Idrolisi, reazioni con alcoli, con ammoniaca ed ammine.
Riduzione degli esteri e delle ammidi.
Anioni enolato. Acidità degli H in a ad un carbonile. Formazione di enolati. Chetoni
e aldeidi enolizzabili e non. Formazione di enoli per catalisi acida. Condensazione
aldolica: meccanismi di catalisi acida e basica. Aldoliche simmetriche e incrociate.
Aldoliche intramolecolari. Condensazione di Claisen e di Dieckmann. Idrolisi e
decarbossilazione dei b-chetoesteri. Condensazioni di Claisen e Aldolica nel mondo
biologico.
Composti bioorganici
Carboidrati: classificazione. D- ed L-monosaccaridi: rappresentazioni di Fischer.
Amminozuccheri. Struttura ciclica emiacetalica: proiezioni di Haworth e
conformazioni a sedia. Epimeri e anomeri. Mutarotazione. Reazioni dei
monosaccaridi: formazione dei glucosidi, riduzione ad alditoli, ossidazione ad ac.
aldonico, saggio del glucosio. Acido ascorbico. Disaccaridi: Maltosio, Lattosio,
Saccarosio. Le sostanze dei gruppi sanguigni. Polisaccaridi: amido, glicogeno e
cellulosa.
Ammino acidi. Classificazione. a-Ammino acidi naturali. Proprietà acido-base. Punto
isoelettrico. Polipeptidi e proteine: strutture primaria, secondaria (a-elica e b
foglietto ripiegato), terziaria e quaternaria. Sintesi chimica di polipeptidi: gruppi
protettori e attivanti. Sintesi di fase solida. Biosintesi delle proteine
Lipidi:classificazione. Trigliceridi: acidi grassi saturi e insaturi. Oli e grassi. Saponi e
detergenti. Fosfolipidi: doppio strato lipidico e modello a mosaico delle membrane
cellulari. Vitamine liposolubili. Steroidi: colesterolo, ormoni steroidei, acidi biliari.
Cenni sulla biosintesi del colesterolo. Prostaglandine.
Acidi nucleici. Basi azotate, nucleosidi, nucleotidi. DNA: struttura primaria e
secondaria. RNA.

Bibliografia

Testo adottato
· W. Brown, T. Poon: Introduzione alla Chimica Organica, 4^ Edizione, EdiSES,
Napoli.
Da consultare per approfondimenti
· N. L. Allinger, M. P. Cava, D. C. De Jongh, C. R. Johnson, N. A. Lebel, C. L.
Stevens, Chimica Organica, 2^ Edizione, Zanichelli, Bologna.
· W. H. Brown, C. S. Foote: Chimica Organica, 2^ Edizione, EdiSES, Napoli.
· J. McMurry, Chimica Organica, 1^ Edizione, Zanichelli, Bologna.

Metodi didattici

Lezioni orali ed esercitazioni in classe

Modalità verifica apprendimento

Esame scritto ed orale.
A metà e fine semestre si potranno sostenere due compitini intermedi riguardanti
rispettivamente la prima e la seconda parte del programma. Chi supera questi due
compitini accede direttamente alla prova orale.

Altre informazioni

Parallelamente alle ore di lezione teoriche, verranno condotte esercitazioni in aula
volte all’illustrazione di esempi e allo svolgimento di esercizi che facilitino la
comprensione della materia.