Ultimo aggiornamento: 2018-Giugno-14

Corso di Chimica Organica (7+1 CFU) della LT in Biotecnologie (AA 2017/18)

Pasquale Stano / Università del Salento

Ricevimento: ogni giorno ma fissando un appuntamento via e-mail

Programma del Corso (DEFINITIVO | 7 Giugno 2018)

(A) Chimica Organica Generale: tavola periodica degli elementi (solo gruppi principali, senza metalli di transizione), struttura elettronica degli atomi (in particolare quelli del primo e secondo periodo), regola dell’ottetto, tipi di legami (ionici/covalenti), teoria VB, teoria VSEPR, strutture di Lewis, elettronegatività e polarità dei legami covalenti, momento di dipolo di legame, momento di dipolo molecolare (somma vettoriale dei momenti di dipolo dei legami), cariche formali, numeri di ossidazione, metodo di bilanciamento mediante semi-reazioni redox (0° pre-bilanciare gli atomi che subiscono redox, 1° bilanciare gli elettroni, 2° bilanciare le cariche usando H+ o OH-, 3° bilanciare le masse con H2O), risonanza, formule di struttura condensate, formule di struttura tridimensionali (formalismo dei legami a cuneo pieno o tratteggiato, formule di struttura a linee, acidità (secondo Bronsted-Lowry, secondo Lewis, valori tipici di pKa dei principali acidi organici al C, all’O, all’N, allo S (vedi tabella fornita dal docente), effetti strutturali sulla acidità: effetti induttivi, mesomerici, elettronegatività, dimensione, ibridizzazione), forze intermolecolari (Van der Waals, legame a idrogeno), nomenclatura tradizionale e IUPAC, conformazione degli alcani e dei cicloalcani (ciclopentano e cicloesano), proiezioni di Newman, tensione torsionale, tensione sterica, cenni allo stato di transizione - deltaG di attivazione - costante specifica di velocità (k), diagramma della coordinata di reazione, deltaG° e costante di equilibrio (K).

Stereochimica e chiralità, sovrapponibilità dell’immagine speculare, piani di simmetria molecolari, carbonio asimmetrico, nomenclatura di Cahn-Ingold-Prelog R e S della configurazione del carbonio asimmetrico, nomenclatura D/L della gliceraldeide, nomenclatura d,l e nomenclatura (+)/(-), nomenclatura cis/trans e E/Z della stereochimica degli alcheni, nomenclatura cis/trans dei cicloalcani disostituiti, proiezioni di Haworth, nomenclatura eritreo/treo di composti con due carboni chirali, attività ottica - rotazione specifica – polarimetria - purezza ottica - eccesso enantiomerico, miscele racemiche, composti meso, proiezioni di Fischer, diastereoisomeri. Coniugazione, energia di risonanza, aromaticità,cenni alla teoria degli orbitali molecolari (butadiene). Carbocationi, cenni a radicali e carboanioni. Nomenclatura IUPAC, priorità dei gruppi funzionali, nomi dei gruppi funzionali come prefissi e suffissi.

(B) Reazioni dei gruppi funzionali.

(B1) Alcani: nomenclatura, proprietà fisiche, reazioni di combustione.

(B2) Alcheni: nomenclatura, proprietà fisiche, sintesi di alcheni mediante reazioni di beta-eliminazione, disidratazione di alcoli, riduzione di alchini; reazioni di addizione elettrofila: idroalogenazione (non radicalica secondo Markovnikov e radicalica anti-Markovnikov), idratazione con catalisi acida, reazione di idroborazione/ossidazione, dialogenazione, formazione di aloidrine; epossidazione, apertura dell’epossido in ambiente acido (attacco nucleofilico al carbonio che meglio sopporta la carica positiva), idrogenazione e calori di idrogenazione, ossidazione con permanganato diluito in ambiente basico a freddo senza scissione, ossidazione con permanganato concentrato in ambiente acido a caldo con scissione, regiochimica e stereochimica, regioselettività, regola di Markovnikov.

(B3) Alchini: nomenclatura, proprietà fisiche; reazioni degli alchini: deprotonazione di alchini terminali e impiego dei corrispondenti acetiluri come nucleofili in reazioni di sostituzione nucleofila (ad alogenuri) e addizione nucleofila (a carbonili); riduzione di alchini ad alcani, ad alcheni cis, ad alcheni trans; addizione di acqua ad alchini in catalisi acida (trascurare l’uso dell’acetato di mercurio); tautomeria cheto-enolica acido- e base-catalizzata.

(B4) Cenni agli Alcheni coniugati: struttura e nomenclatura di polieni ed enini, orbitali molecolari ed energia di risonanza, controllo cinetico e termodinamico per l’addizione 1,2 e 1,4 di HBr a caldo e a freddo.

(B5) Areni: struttura dei principali composti aromatici ed eteroaromatici, nomenclatura, proprietà fisiche e chimiche, aromaticità, sostituzioni elettrofile aromatiche su anelli senza sostituenti, intermedio di Wheland (complesso σ); bromurazione, nitrazione e acilazione di Friedel-Crafts (con meccanismo) applicate unicamente al benzene; effetto dei gruppi elettrondonatori ed elettronattrattori sull’acidità di acidi benzoici, di fenoli, di ioni anilinio (e quindi sulla basicità delle aniline).

(B6) alogenuri alchilici: struttura e proprietà, importanti solventi clorurati, nomenclatura IUPAC e tradizionale, polarità del legame C-X, sostituzioni nucleofile SN2 e SN1, eliminazioni E2 ed E1, leggi cinetiche e stereochimica, discussione sull’effetto della struttura sui meccanismi SN2, SN1, E2, E1; regiochimica di Zaitsev per le eliminazioni; Composti organometallici, reattivi di Grignard;

(B7) alcoli: struttura e proprietà, nomenclatura IUPAC e tradizionale, fenoli, acidità di alcoli e fenoli, effetti mesomerici e induttivi nell’acidità dei fenoli, proprietà redox dei polifenoli, stabilità dei radicali derivati dai fenoli, formazione di alcossidi e fenossidi (fenolati), sintesi di alcol da alogenuri e alcheni, da composti carbonilici per riduzione o per attacco nucleofilico di nucleofili con carbonio nucleofilico, da epossidi (apertura anello epossidico in ambiente acido o basico), ossidazione con acido cromico o PCC (senza meccanismo), reazioni con acidi alogenidrici e reattivo di Lucas, disidratazione di alcoli a formare alcheni, sintesi di eteri (Williamson); struttura e proprietà e nomenclatura di solfuri (tioli), acidità dei tioli, tioeteri come nucleofili, ioni R3S+ come agenti alchilanti, proprietà redox;

(B8) eteri ed epossidi: struttura e proprietà, nomenclatura, momento di dipolo, sintesi di Williamson, sintesi di epossidi da alcheni e da aloidrine;

(B9) aldeidi e chetoni: struttura, nomenclatura, forze intermolecolari, stati di ossidazione rispetto ad alcoli primari e secondari e acidi carbossilici, preparazione da alcoli primari o secondari, via scissione ossidativi di alcheni, via idratazione di alchini, via acilazione di Friedel-Crafts; aspetti stereochimici dell’addizione nucleofila al carbonio carbonilico, meccanismo generale di addizione di nucleofili forti o deboli (questi ultimi con catalisi acida), addizione di composti organometallici (Grignard) RMgX e acetiluri, riduzione con NaBH4 o LiAlH4, idratazione in ambiente acido e basico, formazione di cianidrine, formazione di immine (basi di Schiff), cenni alle enammine, formazione di emiacetali, acetali, emichetali e chetali, ossidazioni di aldeidi, test di Tollens Ag(NH3)+2;

(B10) ammine: struttura e proprietà, nomenclatura, basicità delle ammine, formazione di sali d’ammonio, cenni alla sintesi di ammine via riduzione di immine e nitrili, cenni all’ alchilazione esaustiva;

(B11) acidi carbossilici e derivati. Struttura, nomenclatura tradizionale e IUPAC, proprietà fisiche; legame a idrogeno di acidi carbossilici; acidità di acidi carbossilici, relazioni struttura/acitidà, pKa; sintesi di acidi mediante ossidazione di alcoli e aldeidi, numero di ossidazione del C negli alcoli, carbonili, acidi carbossilici, sintesi mediante scissione ossidativa di alcheni, reazione di reattivi di Grignard con CO2; Reazioni degli acidi carbossilici: esterificazione di Fischer, sintesi di cloruri acilici con SOCl2; struttura, nomenclatura e proprietà dei derivati degli acidi carbossilici (cloruri acilici, anidridi, esteri e lattoni, ammidi e lattami), motivazione dell’ordine di reattività dei derivati degli acidi carbossilici; reazioni dei cloruri acilici: acilazione di Friedel-Crafts; idrolisi per formare acidi carbossilici, alcolisi per formare esteri, amminolisi per formare ammidi, reazione con carbossilati per formare anidridi; reazioni delle anidridi: idrolisi per formare acidi carbossilici, alcolisi per formare esteri, amminolisi per formare ammidi; reazioni degli esteri: idrolisi acido catalizzata a formare acidi + alcoli, idrolisi in ambiente basico (saponificazione) a formare carbossilati + alcol, transesterificazione acido catalizzata, amminolisi per formare ammidi; reazioni delle ammidi: idrolisi acido catalizzata a formare acidi carbossilici e sali d’ammonio, idrolisi in ambiente basico a formare carbossilato e ammina; reazioni dei nitrili: cenni alla riduzione per la sintesi di ammine primarie; cenni ai tioesteri; reazioni dei derivati degli acidi carbossilici con reattivi di Grignard (doppia addizione);

(B12) reattività del carbonio alfa di composti carbonilici: condensazione aldolica.

(C) Chimica descrittiva di composti di interesse biologico.

(C1) Lipidi: grassi e oli, cere, fosfolipidi, acidi grassi saturi, insaturi, poliinsaturi, nomenclatura IUPAC e tradizionale, notazione omega, dipendenza del punto di fusione dalla struttura molecolare, cenni all’ossidazione radicalica di acidi grassi poliinsaturi omoconiugati; mono- di- e trigliceridi, sn-glicerolo, chiralità, nomenclatura D/L, saponificazione, cenni all’auto-associazione di acidi grassi in micelle;

(C2) Ammino acidi e peptidi: alfa-ammino acidi, peptidi, proteine, chiralità, nomenclatura D/L, proiezione di Fischer, cenni alle catene laterali (Asp, Glu, Lys, His, Cys), forma zwitterionica, ionizzazione di ammino acidi pKa1 e pKa2 senza gruppi laterali ionizzabili o con gruppi laterali ionizzabili (es. Asp e Lys), punto isoelettrico e mobilità elettroforetica, reazioni redox della Cys, legame peptidico e sue formule limite di risonanza;

(C3) Carboidrati: struttura e classificazione dei carboidrati, aldosi e chetosi, tetrosi, pentosi, esosi, stereochimica, proiezioni di Fischer, D-gliceraldeide, serie D e serie L, diastereoisomeri, epimeri, anomeri, struttura dei principali aldosi, forme aperte e forme cicliche (emiacetali), piranosi e furanosi, come convertire una proiezione di Fischer in una struttura ciclica, stereochimica della formazione degli emiacetali, proiezione di Haworth, anomeri alfa e beta, mutarotazione del glucosio; struttura di glucosio, fruttosio, ribosio, eritrosio, treosio, saccarosio; riduzione del gruppo aldeidico o chetonico con NaBH4 (analogamente a quanto avviene nel caso di tutte le aldeidi e chetoni, v. sezione B9), ossidazione del gruppo aldeidico a formare acidi carbossilici (analogamente a quanto avviene nel caso di tutte le aldeidi e chetoni, v. sezione B9), ossidazione del gruppo aldeidico e del gruppo alcolico primario a formare acidi carbossilici (analogamente a quanto avviene nel caso di tutte le aldeidi e chetoni, v. sezione B7 e B9), test di Tollens, zuccheri riducenti (aldeidi, chetoni, emiacetali, emichetali) e non riducenti (acetali, chetali), formazione di glicosidi (acetali), legame glicosidico alfa e beta, definizione di aglicone, struttura dei disaccaridi e dei polisaccaridi (amido, cellulosa), saccarosio, zucchero invertito.

Svolgimento dell’esame

Scritto e orale

Sono ammessi all’orale coloro i quali hanno ricevuto, per il compito scritto, una valutazione maggiore o uguale a 18/30.

Sono ammessi all’orale con riserva coloro i quali hanno ricevuto, per il compito scritto, una volutazione di 16/30 o 17/30.

Il voto finale viene stabilito nel corso dell’esame orale.

E’ necessario aver superato (verbalizzato) l’esame di Chimica Generale ed Inorganica.

Inoltre per l’acquisizione del CFU relativo alle esercitazioni è necessario aver frequentato almeno 2 delle 3 esercitazioni e aver presentato la relazione scritta

Esonero (della prova scritta)

Nel corso dell’AA 2017-2018 verranno svolti due esoneri (a metà corso, a fine corso), riservati agli studenti del primo anno, o ai frequentanti di anni successivi.

Coloro i quali supereranno entrambi gli esoneri (N.B.: chi non supera il primo esonero non può sostenere il secondo esonero) potranno sostenere l’esame orale senza fare lo scritto. L’esonero non prevede un voto in trentesimi, ed è valido solo nella sessione estiva.

Il voto finale viene stabilito nel corso dell’esame orale.

Esonero del 20-Aprile-2018 - Ammessi pdf

Prossimo Esonero: 11 giugno, pomeriggio (primo turno M-Z, secondo turno A-L). Saranno ammessi all’orale gli studenti che acquisiscono un punteggio maggiore o uguale a 16/30.

Testi di riferimento/approfondimento

N.B. E’ possibile usare qualunque edizione dei testi indicati (non è necessario acquistare l’ultima edizione)

Materiale didattico online
Materiale didattico preparato dal docente
Questionari, esercizi, tracce d’esame
Esperimenti di Laboratorio

Si ricorda che lo svolgimento degli esperimenti equivale all’acquisizione di 1 CFU: è necessario frequentare almeno 2 delle 3 esercitazioni.
Ogni studente, anche se lavora in gruppo, deve presentare una relazione a suo nome, e inviarla in formato PDF utilizzando come nome del file il proprio nome e matricola (esempio: Rossi Mario 123456789). La relazione consiste pertanto in un unico file, contenente al massimo 5 pagine (istruzioni), da inviare via e-mail. Senza la suddetta relazione l’esame, anche se superato, non verrà verbalizzato, poichè la relazione è parte integrante delle esperienze di laboratorio (quindi, del CFU relativo a tali attività didattiche).

Pagine web o video youtube relativi alle esercitazioni