CHIMICA ORGANICA I

Introduzione al corso: la scelta evolutiva dei composti organici nel mondo biologico (struttura, funzioni, energia, controllo cinetico della reattività). I prodotti organici nelle applicazioni industriali. Fonti di carbonio. Aspetti energetici. Chimica primaria e secondaria (chimica fine).

Richiamo alle strutture elettroniche degli atomi. Legame covalente puro (energia e distanze di legame). Scala della elettronegatività del Pauling. Legame covalente polarizzato. Momento dipolare delle molecole biatomiche e poliatomiche (somma vettoriale dei momenti dipolari di legame, sua dipendenza anche dalla simmetria della molecola). Interazioni molecola-molecola, raggi di Van der Waals. Richiami sulle forze intermolecolari aspecifiche: interazioni dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, dipolo istantaneo-dipolo indotto, polarizzabilità e suo collegamento con l'indice di rifrazione, effetto della temperatura, discussione esempi. Interazioni intermolecolari specifiche: legame ad idrogeno, interazioni donatore-accettore, discussione esempi. Discussione tensione di vapore e punto di ebollizione quale metodo, a parità del peso molecolare, per valutare le interazioni intermolecolari. Aspetti termodinamici ed energetici delle reazioni chimiche spontanee. Termochimica, calore ed entalpia, calore di combustione e potere calorifico, correlazione con il livello ossidativo della molecola organica. Calcolo della variazione entalpica mediante l'energia dei legami coinvolti nella reazione. Variazione entropica, metodo per verificare il segno di tale variazione (n° molecole, stato fisico). Energia libera, discussione esempi, stato standard e dipendenza dalle concentrazioni delle specie reagenti. Correlazione fra variazione dell'energia libera nello stato standard e la costante di equilibrio. Aspetti cinetici delle reazioni chimiche: velocità delle reazioni, sua misura sperimentale, dipendenza dalle concentrazioni delle specie reagenti, urti, urti efficaci, energia di attivazione, correlazione fra Kv e T, meccanismi di reazione, reazioni in un solo stadio o in più stadi, stato di transizione, intermedio di reazione, stadio cineticamente determinante. Cariche formali sugli atomi.

Classificazione dei gruppi funzionali quale approccio metodologico alla struttura e reattività delle molecole contenenti uno o più gruppi funzionali. Alcani: formula bruta, metano (atomo di carbonio ibridizzato sp3, distanza, angolo ed energia del legame CH) etano (CH e CC)aspetto notazionale delle formule di struttura, omologhi superiori, isomeria di catena, proprietà fisiche ( es. p.e. forze intermolecolari e P.M.), nomenclatura. Stereochimica: conformazioni sfalsate ed eclissate, discussione rotazione legame C-C etano e C2-C3 nel n-butano, energie relative, aspetti notazionali, formule a cavalletto e proiezioni di Newman. Cicloalcani: introduzione, formula bruta, tensione di anello e destabilizzazione dovuta ad aspetti conformazionali. Cicloalcani: ciclopropano, ciclobutano, ciclopentano e cicloesano. Stabilità relativa tramite il calore di combustione. Isomerie e stereoisomeria cis - trans. Accenno agli aspetti conformazionali del ciclobutano e ciclopentano. Discussione conformazioni del cicloesano, idrogeni equatoriali ed assiali, aspetti notazionali, conformazioni dei cicloesani monosostituiti. Cicloesani bisostituiti: aspetti configurazionali e conformazionali. Reattività degli alcani e cicloalcani: quadro generale. Reazioni di alogenazione: stechiometria, aspetti termodinamici e dati cinetici (reattività relativa degli alogeni, degli alcani, regiochimica delle reazioni). Dai dati cinetici all'ipotesi meccanicistica, reazione a catena con intermedi radicalici, stabilità relativa dei radicali (confronto con energie di legame C-H su metano, carboni primari, secondari e terziari) Stadio cineticamente determinante e postulato di Hammond. Applicazione di questa ipotesi per la spiegazione della reattività relativa degli alcani e loro regioselettività. Rea