Chimica Organica
Programma - A.A. 2017/18
Prof. Gianfranco Ercolani (e-mail: ercolani@uniroma2.it)
Crediti del corso: 8
Testi:
1) John McMurry “Chimica Organica con Applicazioni Biologiche” 2a Edizione Internazionale – Brookscole, 2010. ISBN: 0495391476 (solo in inglese) (Testo obbligatorio)
2) Susan McMurry “Guida allo studio e alla soluzione degli esercizi del libro di McMurry - Chimica Organica con Applicazioni Biologiche, 2a ed” BrooksCole, 2010. ISBN: 049539145X (solo in inglese) (Testo opzionale)
Struttura e Legame Chimico. Configurazione elettronica degli atomi. Orbitali atomici. Teoria del legame di valenza. Legame covalente. Elettronegatività. Legame covalente polare. Momento di dipolo. Legame ionico. Cariche formali. Regola dell'ottetto. Strutture di Lewis. Teoria VSEPR. Ibridazione: sp3, sp2, sp. Legami sigma e pi greco. Struttura del metano, dell’etilene, e dell’acetilene. Risonanza. Interazioni non covalenti (Cap 1 eccetto Sez. 1.11; Cap. 2: Sez. 2.1-2.6 e Sez. 2.12.).
Acidi e basi. La definizione di Brønsted-Lowry. Forza acida e forza basica. Direzione di equilibri acido-base e valori di pKa. Acidi organici e basi organiche. La definizione di Lewis. (Cap. 2: Sez. 2.7-2.11)
Alcani e cicloalcani. Gruppi funzionali e introduzione alla nomenclatura IUPAC. Nomenclatura e proprietà di alcani e cicloalcani. Gruppi alchilici. Isomeri costituzionali. Conformazioni di etano e di altri alcani. Isomeria cis-trans di cicloalcani. Stabilità dei cicloalcani: tensione di anello. Conformazioni di cicloalcani con particolare riguardo a quelle del cicloesano e dei cicloesani sostituiti. (Cap. 3, e 4, tranne Sez. 4.9).
Stereochimica. Chiralità ed enantiomeri. Attività ottica. La designazione R, S. proiezioni di Fischer. La designazione D, L. Diastereomeri. Composti meso. Miscele racemiche e loro risoluzione. Stereochimica delle reazioni. Chiralità in natura e farmaci chirali. (Cap. 5 tranne Sez. 5.10, 5.11; appunti sulle proiezioni di Fischer e la designazione D, L; vedi anche Sez. 21.2
Panoramica delle reazioni organiche. Tipi di reazioni organiche e reagenti (nucleofili, elettrofili, e radicali). Meccanismi di reazione. Velocità di reazione, equilibri e variazioni di energia. Diagrammi di energia, stati di transizione, e intermedi. (Cap. 6, tranne Sez. 6,3-6,5, 6.8, 6.11).
Alcheni e alchini. Nomenclatura di alcheni e alchini. Isomeria cis-trans e designazione E, Z negli alcheni. Stabilità di alcheni. Reazioni di addizione elettrofila ad alcheni. Orientamento e regola di Markovnikov. Struttura e stabilità dei carbocationi. Il postulato Hammond. Trasposizioni nei carbocationi. Meccanismi di addizione di acidi alogenidrici, idratazione acido-catalizzata, addizione di alogeni in solventi organici e in acqua. Altre reazioni: ossimercurazione / riduzione, idroborazione / ossidazione, idrogenazione, epossidazione, idrossilazione, ozonolisi. Addizione di acidi alogenidrici a dieni coniugati. La reazione di Diels-Alder. Reazioni degli alchini: addizione di acidi alogenidrici e alogeni, idrogenazione di Lindlar. acidità degli alchini terminali: formazione di anioni acetiluro e loro alchilazione. (Cap. 7 e 8, tranne Sez. 7.1, 8.1, 8.9, 8.10, 8.11, 8.12).
Composti aromatici. Nomenclatura dei derivati del benzene. Struttura e stabilità del benzene. Aromaticità e regola di Hückel. Ioni aromatici. Eterocicli aromatici: piridina e pirrolo. Composti aromatici policiclici. Sostituzione elettrofila aromatica: meccanismo generale, alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione e acilazione di Friedel-Crafts. Effetti dei sostituenti sulla reattività ed orientamento. Ossidazione e riduzione dei composti aromatici. Benzeni polisostituiti. (Cap. 9, tranne Sez. 9.9).
Alogenuri Alchilici. Nomenclatura e struttura degli alogenuri alchilici. Preparazione di alogenuri alchilici da alcoli. La formazione dei reattivi di Grignard. Reazioni di sostituzione nucleofila: meccanismi SN2 e SN1. Reazioni di eliminazione: meccanismi E2, E1, e E1cb. Regola di Zaitsev. La competizione tra le reazioni di sostituzione ed eliminazione. (Cap. 12, tranne Sez. 12.2, 12.10 e 12.14).
Alcol, fenoli, tioli; Eteri, e solfuri. Nomenclatura e proprietà di alcoli, fenoli, e tioli. Preparazione di alcoli per riduzione di composti carbonilici, e per reazione di composti carbonilici con reattivi di Grignard. Meccanismo di disidratazione acido catalizzata di alcoli. Ossidazione di alcoli. Preparazione di tioli. L'ossidazione dei tioli a disolfuri. Nomenclatura e proprietà di eteri e solfuri. Sintesi di eteri. Scissione di eteri. Preparazione di solfuri. (Cap. 13, tranne pagg. 518-519, 522-526, 533 e Sez. 13.12).
Aldeidi e chetoni. Anteprima del carbonile chimica. Nomenclatura di aldeidi e chetoni. Preparazione di aldeidi e chetoni. L'ossidazione di aldeidi. Reazioni di addizione nucleofila. Addizione di acqua, di reattivi di Grignard, di idruro metallici, di ammine primarie e secondarie, di alcoli. La reazione di Wittig. (Anteprima della chimica del carbonile, Cap 14, tranne Sez. 14,10-14,12).
Acidi carbossilici e nitrili. Nomenclatura di acidi carbossilici e nitrili. Acidità degli acidi carbossilici: effetti dei sostituenti. Preparazione di acidi carbossilici. Preparazione di nitrili. Reazioni di nitrili: idrolisi, riduzione, addizione di reattivi di Grignard. (Cap. 15, ad eccezione Sez. 15.8)
Derivati degli acidi carbossilici. Nomenclatura dei derivati degli acidi carbossilici: alogenuri acilici, anidridi, ammidi, esteri. Reazioni di sostituzione nucleofila acilica: meccanismo generale. Reattività relativa dei derivati degli acidi carbossilici. Conversione di acidi carbossilici in cloruri acilici, anidridi, esteri, ammidi, alcoli. Meccanismo dell’esterificazione di Fischer. Conversione di alogenuri acilici in acidi, anidridi, esteri, ammidi, alcoli. Reazione dei cloruri acilici con reagenti organometallici. Conversione delle anidridi in esteri e ammidi. Conversione di esteri in acidi carbossilici, ammidi, aldeidi e alcoli (per riduzione, e addizione di reattivi di Grignard). Meccanismi di idrolisi degli esteri acido catalizzata e base-indotta (saponificazione). L'idrolisi e la riduzione delle amidi. (Cap. 16, tranne il meccanismo di conversione di acido carbossilico in amidi con DCC, tranne conversioni biologiche di acidi carbossilici, tranne Sez. 16.8, 16.9 e 16.10).
Sostituzione in alfa al carbonile e reazioni di condensazione. Tautomeria cheto-enolica. Reattività di enoli: il meccanismo delle reazioni di sostituzione in alfa. Alfa alogenazione di aldeidi e chetoni. Acidità di atomi di idrogeno alfa: formazione di ioni enolato. Reattività di ioni enolato. Alchilazione di ioni enolato: la sintesi malonica, la sintesi acetoacetica, alchilazione di chetoni, esteri, e nitrili. La reazione aldolica. Disidratazione degli aldoli: sintesi di enoni coniugati. Reazione aldolica mista. La reazione di condensazione di Claisen. La condensazioni di Claisen mista. Addizioni al doppio legame coniugato al carbonile : la reazione di Michael. (Cap. 17, tranne Sez. 17.3, 17.8, 17.10, 17.12 e 17.13 + appunti sulla reazione aldolica mista e condensazione di Claisen mista)
Ammine ed eterocicli. Nomenclatura e proprietà di ammine. Basicità delle ammine alifatiche e aromatiche. Effetti dei sostituenti. Sintesi di ammine. Reazioni delle ammine: alchilazione e acilazione. Reazioni di ammine aromatiche: sostituzione elettrofila aromatica, formazione di sali di diazonio. Reazioni dei sali di diazonio. Eterocicli azotati: pirrolo, imidazolo, piridina, pirimidina, purine. (Cap. 18, ad eccezione della eliminazione di Hofmann, tranne Sez. 18.9 e 18.10 + appunti sulla formazione dei sali di diazonio e le loro reazioni)
Amino Acidi. Struttura degli aminoacidi. Proprietà acido-base degli aminoacidi. Curva di titolazione. Punto isoelettrico. Peptidi e proteine. (Cap. 19:. Sette 19.1, 19.2, 19.4)
Carboidrati. Classificazione dei carboidrati. Aldosi e chetosi. Stereochimica dei carboidrati: proiezioni di Fischer e zuccheri D, L. Anomeri. Proiezioni di Haworth (da appunti) e conformazioni sedia. Mutarotazione. Reazione dei monosaccaridi: formazione di glicosidi, riduzione e ossidazione di monosaccaridi. Disaccaridi: cellobiosio, maltosio, lattosio, saccarosio. Polisaccaridi: cellulosa, amido, glicogeno. (Cap. 21, tranne Sez. 21.7, tranne sintesi dei polisaccaridi, tranne Sez. 21.10)
Lipidi. Grassi e oli: glicerolo, acidi grassi saturi e insaturi, triacilgliceroli. Reazione di saponificazione. Sapone, micelle, e detergenti sintetici. Fosfolipidi e doppio strato lipidico. (Cap. 23:. Sette 23,1-23,3)
Acid Nucleici. Basi pirimidiniche e puriniche. Struttura e nomenclatura di nucleosidi e nucleotidi. Struttura primaria di RNA e DNA. Appaiamento delle basi nel DNA. (Cap. 24: Sez 24.1, 24.2.)
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