CHIMICA ORGANICA II E LABORATORIO

L’insegnamento si prefigge di fornire allo studente una più approfondita formazione di Chimica Organica rispetto al primo corso di base, con particolare riguardo alla nomenclatura, proprietà chimiche e reattività di composti polifunzionali; delle principali classi di composti organici di rilevanza biologica: carboidrati, amminoacidi e peptidi, lipidi; dei principali sistemi eterociclici. Gli studenti acquisiranno inoltre conoscenze sulle reazioni di sintesi organica avanzata, imparando a sviluppare semplici sequenze sintetiche di composti organici polifunzionali e ad applicare i principi delle moderne strategie sintetiche: approcci per disconnessione, formazione di legami carbonio-carbonio, protezione e deprotezione di gruppi funzionali.

Per quanto concerne l’attività di laboratorio, l’insegnamento si propone di affrontare le pratiche più comuni in laboratorio, con particolare riferimento alle reazioni organiche, e alle strategie per isolare e caratterizzare le molecole organiche. Ricavare la struttura molecolare di una molecola sintetizzata, oppure di una molecola incognita sarà uno degli obbiettivi principali del corso. Inoltre, fra gli obbiettivi principali ci sarà riconoscere ed assemblare correttamente la vetreria di laboratorio, in funzione dell’esperienza da svolgere. Verranno impartite inoltre alcune conoscenze di base relative al corretto smaltimento dei prodotti chimici e dei rifiuti accumulati durante l’attività di laboratorio.

Gli obbiettivi specifici del corso sono:

• Conoscenza di alcune importanti classi di composti organici e della loro reattività: enoli ed anioni enolato, composti carbonilici alfa-beta insaturi, composti eterociclici, carboidrati, amminoacidi e proteine, composti organometallici
• Conoscenza di alcune reazioni comuni nella sintesi organica: reazioni pericicliche, formazione di nuovi legami C-C
• Conoscenza dei principi base della retrosintesi e delle disconnessioni
• Saper organizzare ed assemblare la vetreria di laboratorio per la realizzazione di una sintesi;
• Saper caratterizzare strutturalmente una molecola organica utilizzando una o più tecniche strumentali;

In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso si pone l’obbiettivo di trasferire allo studente le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione:

• Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo;
• Capacità di razionalizzare e prevedere la reattività delle molecole organiche;
• Capacità di distinguere le differenti tecniche di sintesi;
• Capacità di distinguere i diversi strumenti di laboratorio

Capacità di applicare conoscenza:

• Capacità di progettare un percorso sintetico adeguato all’ottenimento di una precisa molecola organica;
• Capacità di prevedere la strumentazione necessaria per la realizzazione della sintesi;
• Capacità di individuare le condizioni di reazioni ottimali per una determinata reazione.

Autonomia di giudizio:

• Capacità di ragionamento critico;
• Autovalutazione dell’apprendimento tramite interazioni in aula con i colleghi e con il docente.

Abilità comunicative:

Capacità di descrivere in forma orale e scritte, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, uno degli argomenti trattati, facendo uso sia di presentazioni power point che della lavagna

Il corso verrà svolto interamente mediante lezioni frontali in aula, sia mediante l'ausilio di presentazioni power point che della lavagna (strumento fondantale per capire i meccanismi di reazione e i principi che regolano la reattività delle molecole).

Periodicamente verranno organizzati dei tavoli di lavoro, utilizzando anche piattaforme informatiche, per verificare il livello di apprendimento e per chiarire dubbi relativi agli argomenti trattati.

Esperienze in laboratorio: sintesi ed utilizzo delle spettroscopie (UV-Vis; IR, ¹H-, ¹³C-NMR) per la caratterizzazione dei composti sintetizzati.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

E’ richiesta l’acquisizione degli obiettivi relativi alle seguenti discipline: Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Organica I

Obbligatoria, con le deroghe stabilite dal regolamento didattico del CdS. È necessario superare il 70% delle ore previste per poter svolgere l’esame. Nel caso in cui non si dovesse raggiungere questo numero di ore minime, lo studente dovrà superare una prova pratica prima di sostenere l’esame ordinario.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Enoli ed enolati

Tautomeria cheto-enolica – enolizzazione catalizzata da acidi e basi – stabilità degli enoli - Acidità dell’idrogeno in a al carbonile– anioni enolato e reattività - Alogenazione del carbonio a degli acidi carbossilici –– Alchilazione del carbonio a - Condensazione aldolica: formazione di ß-idrossialdeidi– La disidratazione di un prodotto di condensazione aldolica – Condensazione aldolica incrociata – Reazione aldolica intrmolecolare – Condensazione di Claisen: formazione di ß-chetoesteri –Altre condensazioni incrociate – Reazioni di condensazione e di addizione aldolica intramolecolare – Decarbossilazione di ß-chetoacidi – Enammine – Sintesi acetacetica - Sintesi malonica

Carbonili alfa-beta insaturi

Effetti della coniugazione - Reazioni di addizioni coniugate – Alchilazione del carbonio b – Reazione di Michael- Attacco nucleofilo al carbonile o coniugato - addizione coniugata seguita da ciclizzazione nella sintesi di anelli (Anellazione di Robinson) - reazioni con composti organometallici e presenza di sali di Cu(I)

Composti eterociclici

Composti eterociclici non aromatici ed aromatici – nomenclatura – Composti elettron-ricchi (pirrolo, furano, tiofene): caratteristiche elettroniche e reattività (protonazione, sostituzione elettrofila aromatica), sintesi del pirrolo, furano e tiofene – Composti elettron-poveri (piridina): caratteristiche elettroniche e reattività (protonazione, addizione elettrofila all’azoto, sostituzione elettrofila aromatica, sostituzione nucleofila aromatica, reazione di Chichibabin), sintesi della piridina

Carboidrati

Classificazione dei carboidrati – Monosaccaridi: struttura e nomencaltura – proiezioni di Fisher e chiralità – notazione D/L – struttura ciclica dei monosaccaridi – anomeri – mutarotazione – Reazioni dei monosaccaridi: formazioni di glicosidi, riduzione ad alditoli, ossidazione ad acidi aldonici, ossidazione con acido periodico- Disaccaridi: saccarosio e lattosio – Polisaccaridi: glicogeno e cellulosa

Amminoacidi, peptidi e proteine

Nomenclatura degli amminoacidi – Configurazione degli amminoacidi – Proprietà acido-basiche degli amminoacidi – Il punto isoelettrico – Separazione degli amminoacidi – Metodi di sintesi degli amminoacidi – Risoluzione di una miscela racemica di amminoacidi – Legami peptidici e legami disolfuro – Strategie di sintesi peptidica – Sintesi peptidica automatizzata – Introduzione alla struttura delle proteine – Come determinare la struttura primaria di un polipeptide o di una proteina – Struttura secondaria delle proteine – Struttura terziaria delle proteine – Struttura quaternaria delle proteine.

Reazioni pericicliche

Dieni coniugati, orbitali molecolari e simmetria, reazioni elettrocicliche, cicloaddizioni, trasposizioni sigmatropiche, addizioni elettrofile, Dies-Alder, reazioni pericicliche

Composti organometallici e formazione di nuovi legami C-C

Reazioni coupling C-C: Metodologie sintetiche covalenti irreversibili Formazione di nuovi legami C-C. Suzuki, Stille, Heck, Sonogashira, Negishi. Formazione di nuovi legami C=C: Metatesi; Click Chemistry

Retrosintesi

Principi base delle disconnessioni, Metodologie di disconnessione: sintesi di composti aromatici, ordine degli eventi, disconnessioni C-X, chemoselettività, sintesi di ammine, gruppi protettori, disconnessioni C-C (alcoli, aldeidi e chetoni, composti carbonilici), regioselettività nelle alchilazioni di chetoni, disconnessione di alcheni (eliminazione da alcoli, Wittig sintesi di dieni), uso dell’acetilene.

Acidi Nucleici

Nucleosidi e nucleotidi, Altri nucleotidi importanti, Struttura del DNA, Acidi ribonucleici e trascrizione dell’RNA, Codice genetico.

METODI FISICI IN CHIMICA ORGANICA

Principi generali della spettroscopia di assorbimento. Spettroscopia UV-VIS e IR. Principi generali ed esempi di applicazioni alle molecole organiche.

Gas cromatografia. Fattori essenziali inerenti la tecnica gas cromatografica. Colonne cromatografiche. Cromatografia liquida ad alte pressioni (HPLC). Principi generali.

Spettroscopia NMR, NMR a trasformata di Fourier, Effetto dello schermo, molteplicità dei segnali, chemical shift, anisotropia diamagnetica, integrazione dei segnali, costanti di accoppiamento. Spettroscopia ¹³C NMR, spettroscopia NMR bidimensionale.

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO

• Impiego della TLC per l’identificazione di diverse sostanze organiche presenti in miscela: come si procede per la scelta della miscela eluente più idonea?
• Esecuzione pratica di reazioni di :
• Sostituzione elettrofila aromatica: sintesi p-nitroanilina (gruppi protettori).
• Sintesi multistep: preparazione di un anestetico locale (benzocaina), sostituzione nucleofila acilica.

Isolamento, purificazione e caratterizzazione dei prodotti ottenuti nelle singole esperienze mediante: punto di fusione, UV-Vis, IR, ¹H- e ¹³C-NMR.

• B. Botta, Chimica Organica, Ed. Edi.Ermes, Milano (ISBN 9788870513271);
• P. Y. Bruice, Chimica Organica, Ed. EDISES, Napoli;
• J. G. Smith, Chimica Organica, Ed. McGraw-Hill, Milano;
• J. McMurry, Chimica Organica, Ed. PICCIN, Padova.
• R.M. Silverstein, F.X. Webster, Identificazione Spettroscopica di Composti Organici, Ambrosiana.

L'esame verrà sostenuto oralmente. Gli argomenti di esame saranno strettamente inerenti a quelli svolti durante le lezioni.

Tutti gli argomenti trattati sono considerati irrinunciabili per il superamento dell’esame. Anche le esperienze di laboratorio effettuate saranno oggetto di domanda durante l’esame. Per ogni esperienza di laboratorio, lo studente dovrà presentare entro 7 giorni dalla data di esame, una relazione dettagliata, oggetto anch’essa di valutazione in sede di esame.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Reazioni di condensazione, eterocicli, sintesi degli amminoacidi, organometallici, sintesi della p-nitro-anilina