Codice insegnamento

4S00091

Docente

Roberto Fiammengo

Coordinatore

Roberto Fiammengo

Crediti

12

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA

Periodo

FARMACIA annuale dal 1 ott 2024 al 30 set 2025.

Corsi Singoli

Non Autorizzato

Orario Lezioni Moodle Seminari 0

Obiettivi di apprendimento

Al termine del corso lo studente:
- sa classificare una molecola in base ai gruppi funzionali presenti;
- conosce ed è in grado di attribuire il nome razionale e corrente alle molecole e viceversa;
- comprende e sa prevedere le caratteristiche chimico-fisiche di un composto in base alla sua struttura molecolare
- conosce e comprende i principi fondamentali della chimica organica, le principali metodologie di sintesi e i meccanismi attraverso i quali i composti organici si formano e si trasformano
- conosce e comprende le relazioni struttura-reattività con riferimento anche agli aspetti stereochimici;
- è in grado di applicare le conoscenze acquisite sul chimismo delle molecole organiche alla soluzione di problemi sia in ambito strettamente chimico che nel contesto più ampio delle scienze della vita (con particolare riferimento a quelle inerenti la chimica farmaceutica, la biochimica e la farmacologia)

Prerequisiti e nozioni di base

Lo studente deve aver acquisito i concetti fondamentali della chimica generale ed inorganica e della stechiometria. In particolare: struttura dell'atomo, gusci e orbitali atomici, regole per il riempimento degli orbitali (Aufbau, Pauli, Hund), configurazione elettronica, strutture di Lewis, regola dell'ottetto, teoria VSEPR e teoria del legame di valenza, orbitali atomici e molecolari; numero atomico e numero di massa, peso atomico e molecolare, mole, acidi e basi di Arrhenius, Broensted-Lowry e Lewis. Inoltre è necessario che lo studente abbia acquisito alcuni concetti fondamentali della chimica fisica quali: equilibrio chimico, Keq, termodinamica e cinetica delle reazioni chimiche, energia libera, entalpia, entropia.

Programma

1) Legame covalente e geometria molecolare
Struttura elettronica degli atomi. Il legame chimico. Legame ionico, covalente puro e covalente polare. Orbitali atomici, molecolari e ibridi. Legame singolo doppio e triplo. Gruppi funzionali. Angoli di legame e geometria molecolare. Molecole polari e apolari. Risonanza. Orbitali molecolari nei sistemi delocalizzati. Carica formale e numero di ossidazione.
2) Alcani e cicloalcani
Struttura degli alcani. Isomeria costituzionale (o di struttura) negli alcani. Nomenclatura. Analisi conformazionale degli alcani e dei cicloalcani. Conformazione a sedia del cicloesano, legami assiali ed equatoriali. Isomeria cis,trans nei cicloalcani e nei bicicloalcani. Proprietà fisiche e cenni di reattività.
3) Stereoisomeria e chiralità
Chiralità delle molecole. Stereoisomeria. Nomenclatura dei centri chirali: assegnazione della configurazione assoluta. Convenzione Cahn-Ingold-Prelog e regole di assegnazione della priorità e sistema R, S. Molecole con due o più stereocentri: enantiomeri e diastereoisomeri. Chiralità in atomi diversi dal carbonio. Molecole dissimmetriche ma non asimmetriche: simmetria C2 in alleni, spirani e bifenili ingombrati. Atropoisomeria. Separazione degli enantiomeri: risoluzione di miscele racemiche. Centri prochirali. Importanza della chiralità nel mondo biologico e nelle molecole ad attività farmacologica.
4) Acidi e basi
Acidi e basi secondo Brønsted-Lowry. Costanti di dissociazione acida, pKa e forza relativa di acidi e basi. Struttura molecolare e acidità. Acidi e basi secondo Lewis.
5) Alcheni
Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche degli alcheni. Reazioni degli alcheni: una panoramica. Definizione di nucleofilia ed elettrofilia. Addizione elettrofile agli alcheni: generalità. Carbocationi. Regola di Markovnikov. Addizione di acidi alogenidrici. Riarrangiamento del carbocatione. Aspetti stereochimici. Addizione di alogeni. Addizione di acqua catalizzata da acidi. Riduzione. Idroborazione-ossidazione. Conseguenze regio e stereochimiche. Calori di idrogenazione e stabilità degli alcheni. Reazioni di ossidazione. Reazioni di polimerizzazione.
6) Alchini
Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche degli alchini. Acidità degli alchini. Addizione elettrofila agli alchini. Idratazione degli alchini ad aldeidi e chetoni. Riduzione degli alchini.
7) Dieni e sistemi coniugati
Stabilità dei dieni coniugati. Addizione elettrofila ai dieni coniugati. Cenni alle reazioni pericicliche. La reazione di Diels-Alder.
8) Benzene e derivati
Struttura del benzene. Il concetto di aromaticità. Nomenclatura. Fenoli. Sostituzione elettrofila aromatica. Disostituzione e polisostituzione. Sostituzione nucleofila aromatica Reazioni in posizione benzilica.
9) Alogenoalcani, alogenazione e reazioni radicaliche
Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche degli alogenoalcani. Preparazione degli alogenoalcani per alogenazione di alcani. Meccanismo di alogenazione degli alcani. Alogenazione allilica. Autossidazione radicalica. Addizione di HBr agli alcheni per via radicalica.
10) Sostituzione nucleofila e β-eliminazione
Sostituzione nucleofila negli alogenuri alchilici. Meccanismi della sostituzione nucleofila alifatica. Evidenze sperimentali per i meccanismi SN1 e SN2. Basicità e nucleofilicità. Analisi di varie reazioni di sostituzione nucleofila e della loro stereochimica. Beta-eliminazione. Meccanismi di beta-eliminazione. Regola di Zaitsev. Regola di Hofmann. Evidenze sperimentali per i meccanismi E1 ed E2. Competizione tra sostituzione ed eliminazione. Partecipazione del gruppo vicinale.
11) Alcoli e tioli
Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche degli alcoli. Acidità e basicità degli alcoli. Reazioni degli alcoli con metalli. Conversione degli alcoli in alogenuri alchilici e solfonati. Disidratazione. Trasposizione pinacolica. Ossidazione degli alcoli. Tioli: struttura ed acidità, nomenclatura, proprietà fisiche. Sintesi e reattività nelle reazioni SN2. Reazioni di ossidazione.
12) Eteri, epossidi e solfuri
Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche degli eteri. Preparazione degli eteri. Reazioni degli eteri. Silil eteri come gruppi protettori. Epossidi: struttura e nomenclatura. Preparazione degli epossidi. Reazioni degli epossidi. Eteri corona. Solfuri e loro reattività
13) Aldeidi e chetoni
Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche di aldeidi e chetoni. Addizione di nucleofili al carbonio: acqua, alcoli, ammoniaca e derivati, tioli, cianuri. Riduzione con idruri. Reazione di Wittig. Ossidazione. Deossigenazione ad alcani (Clemmensen, Wolff-Kishner). Metodi di preparazione. Introduzione ai composti organometallici. Tautomeria cheto-enolica. Reazioni al carbonio alfa. Alchilazione di enolati. Condensazione aldolica.
14) Acidi carbossilici
Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche degli acidi carbossilici. Acidità.
Preparazione degli acidi carbossilici. Riduzione. Sostituzione nucleofila acilica: formazione di esteri, anidridi e cloruri acilici.
15) Derivati funzionali degli acidi carbossilici
Struttura e nomenclatura di tutti i derivati degli acidi carbossilici. Strutture di risonanza e stabilità. Acidità di ammidi, immidi e solfonammidi. Reazioni caratteristiche. Sostituzione nucleofila acilica. Interconversione dei derivati funzionali. Reazioni con i composti organometallici. Riduzione.
16) Anioni enolato ed enamine
Formazione e reazioni degli anioni enolato: una panoramica. Reazione aldolica. Condensazioni di Claisen e di Dieckmann. Reazione di Knovenagel. Reazione di Mannich. Sintesi malonica. Sintesi acetacetica. Addizione coniugata a composti carbonilici alfa,beta-insaturi. Addizione di Michael.
17) Ammine
Struttura, classificazione, nomenclatura e proprietà fisiche delle ammine. Anilina. Basicità. Preparazione. Sali di ammonio quaternari. Eliminazione di Hofmann. Eliminazione di Cope. Riduzione di nitro composti, nitrili, ammidi e azidi. Amminazione riduttiva. Reazione con l’acido nitroso. Diazotazione e reazione dei sali di arendiazonio.
18) Composti eterociclici
Nomenclatura. Composti eterociclici ricchi di elettroni. Composti eterociclici poveri di elettroni. Basicità dei composti eterociclici azotati.
19) Carboidrati
Monosaccaridi. Struttura ciclica dei monosaccaridi. Epimeri. Reazioni dei monosaccaridi. Zuccheri riducenti e non riducenti. Disaccaridi e polisaccaridi.
20) Lipidi
Trigliceridi. Saponi e detergent. Steroidi. Fosfolipidi.
21) Amminoacidi e proteine
Amminoacidi. Proprietà acido-base degli amminoacidi. Punto isoelettrico. Polipeptidi e proteine. Sintesi di amminoacidi: sintesi malonica e sintesi di Strecker. Risoluzione e sintesi asimmetriche. Sintesi di peptidi in fase liquida e solida. Gruppi protettori del gruppo alfa amminico e del carbossile. Protezione e deprotezione selettiva. Racemizzazione.
22) Acidi nucleici
Nucleosidi e nucleotidi. Struttura del DNA e dell’RNA. Basicità delle nucleobasi. Formazione del legame fosfodiestereo. La sintesi chimica degli oligonucleotidi. Sintesi su fase solida.
23) Sintesi di polimeri
Polimerizzazioni a stadi e a catena.
24) Formazione catalitica dei legami carbonio-carbonio
Composti organometallici e catalisi. La reazione di Heck. Alchilazione allilica catalitica. Reazioni di accoppiamento catalizzate dal palladio. Metatesi di alcheni. Click chemistry.
Il programma potrà subire lievi modifiche durante lo svolgimento del corso.

Bibliografia

Modalità didattiche

Lezioni frontali, svolgimento di esercizi e lavori di gruppo in classe. La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame scritto che accerti le conoscenze richieste mediante una prova scritta della durata di 120 minuti ed una prova orale di durata fino a 30 minuti.
La prova scritta consiste in domande a risposta multipla ed esercizi e domande a risposta aperta per accertare la conoscenza teorica, la capacità di riconoscere i gruppi funzionali presenti in una molecola organica e la loro reattività, la capacità di scegliere i reagenti e riconoscere i prodotti di una reazione di sintesi organica. Il punteggio minimo richiesto per superare la prova scritta ed accedere alla prova orale corrisponde alla corretta risoluzione del 60% dei quesiti proposti (voto 18/30).
Voto orale da -3/30 a +6/30.
Sarà offerta la possibilità di una prova scritta in itinere al termine del primo semestre.

Criteri di valutazione

L’esame valuterà la correttezza scientifica delle soluzioni proposte, la capacità di ragionamento critico, la qualità dell’esposizione e la competenza nell’impiego del lessico specialistico.

Criteri di composizione del voto finale

Il voto finale è la somma dei voti in trentesimi dell'esame scritto e dell'esame orale.

Lingua dell'esame

italiano

Sustainable Development Goals - SDGs

Questa iniziativa contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.
Maggiori informazioni su www.univr.it/sostenibilita