Introduzione alla Chimica Organica; scelta del C come atomo centrale dei composti organici; strutture elettroniche e di Lewis degli atomi; modello di legame di Lewis; elettronegatività; strutture di Lewis di molecole e ioni; angoli e distanze di legame e forma delle molecole secondo la teoria VSEPR; momento dipolare di legami e molecole; Risonanza. Legame covalente secondo il modello del legame di valenza: Ibridazione degli orbitali atomici. Introduzione ai gruppi funzionali. Forze intermolecolari (interazioni dipolo-dipolo, legami di idrogeno, forze di van der Waals); polarizzabilità; solubilita' e proprietà fisiche dei composti organici; proprietà dei solventi (solventi apolari, protici e dipolari aprotici); costante dielettrica dei solventi.

Fondamenti di cinetica chimica. Reazioni del 1° e 2° ordine. Molecolarità di una reazione. Effetto della temperatura sulla velocità di reazione.

 

Applicazioni della Termodinamica e Cinetica

Calore molare e entropia di reazione. Cinetica delle reazioni: meccanismo di reazione, stadi di reazione, intermedi di reazione, stati di transizione ed energia di attivazione; velocità di reazione e costante di velocità specifica; molecolarità; equazione di Eyring. Catalisi chimica. Reazioni sotto il controllo cinetico o termodinamico. Reazioni competitive. Postulato di Hammond. Acidi e Basi di Brønsted-Lowry. Acidi e Basi di Lewis. Nucleofili ed elettrofili.

Analisi della struttura, proprietà e reattività delle molecole organiche per gruppi funzionali

Alcani. Nomenclatura. Cicloalcani. Nomenclatura. Conformazione di alcani. Conformazione di cicloalcani e cicloalcani sostituiti. Proprietà fisiche di alcani e cicloalcani. Fonti di alcani. Reattività degli alcani. Ossidazione, combustione. Alogenazione. Scissione omolita. Radicali. Stabilità dei radicali. Iperconiugazione. Orientamento nell’alogenazione. Fattori statistici e probabilistici. Reattività/selettività. Stereochimica nelle reazioni radicaliche. Combustione. Esercizi.

Chiralità. Molecole chirali e achirali. Stereocentro, definizione. Stereoisomeri. Designazione R/S. Proiezioni di Fischer. Enantiomeri. Molecole con più centri chirali: diastereoisomeri e composti meso. Proprietà degli stereoisomeri. Attività ottica. Miscele racemiche e risoluzione. Eccesso enantiomerico e diastereoisomerico. Chiralità nel mondo biologico. Enantiomeri nel mondo biologico e farmaci. Origine dell’omogeneità chirale in natura.

Alcheni e alchini. Struttura e nomenclatura. Isomeria geometrica (cis/trans e E/Z). Cicloalcheni. Terpeni. Reazioni degli alcheni. Addizioni elettrofile al doppio legame e cenni sulle reazioni di polimerizzazione. Addizione di acidi alogenidrici. Stabilità dei carbocationi. Idratazione di alcheni. Addizione di cloro e bromo ad alcheni: ione bromonio. Reazioni regioselettive e regiospecifiche. Formazione di glicoli. Riduzione di alcheni: calore di idrogenazione e stabilità degli alcheni. Stereochimica nell’addizione ad alcheni. Struttura e acidità di alchini. Reattività di alchini. Addizione di H₂, X₂, HX e idratazione. Dieni isolati coniugati e cumulati. Calori di idrogenazione. Polimerizzazione di alcheni e dieni.

Alogenuri alchilici: Struttura e nomenclatura. Sostituzione nucleofila alifatica. Nucleofili e basi, elettrofili e acidi. Meccanismi S_N2 ed S_N1: differenze cinetiche, meccanicistiche e stereochimiche. Stereoselettività e stereospecificità delle reazioni. Fattori che influenzano la velocità delle S_N2 ed S_N1: struttura del nucleofilo, di RX, del gruppo uscente e effetto solvente. Esempi di S_N2 ed S_N1. b-Eliminazione o deidroalogenazione. Regola dei Saitzev, meccanismo E2 ed E1. Confronto E2 ed E1. Stereochimica delle E₂. Biosintesi dei terpeni.

Alcoli, eteri e tioli: struttura, nomenclatura e proprietà fisiche. Acidità degli alcoli in base agli effetti induttivi dei sostituenti. Acidità di metanolo, etanolo, isopronalo e t-butanolo. Reazione con metalli attivi, conversione in alogenuri alchilici. Meccanismo della formazione di cloruri alchilici a partire da alcoli e cloruro di tionile. Reazioni di disidratazione con catalisi acida. Ossidazione di alcoli 1° e 2°. Formazione degli eteri via reazione di Williamson. Eteri a corona e criptandi. Epossidi e loro reattività in catalisi acida e basica. Reazione dei tioli: acido-base e ossidazione.

Benzeni e suoi derivati. Energia di risonanza e aromaticità. Composti eterociclici aromatici e basi azotate degli ac nucleici. Nomenclatura. Benzeni mono e polisostituiti. Fenoli: acidità e reazioni acido-base. Introduzione alla Sostituzione Elettrofila Aromatica. Acidità di fenoli sostituiti. Separazione alcoli/fenoli.

Ammine. Classificazione delle ammine. pK_b e pK_a delle ammine. Equazione di Henderson-Hasselbach. Relazione struttura-basicità nelle ammine alifatiche, aromatiche ed eterocicliche aromatiche. Reazioni con gli acidi. Stereochimica all’azoto di ammine e sali di ammonio quaternari.

Chetoni e aldeidi. Caratteristiche strutturali del gruppo carbonilico. Nomenclatura. Reazioni del gruppo carbonilico. Addizione con nucleofili all’ossigeno: emiacetali e acetali.  Addizione con nucleofili all’azoto: le immine o basi di Schiff. Tautomeria cheto-enolica e racemizzazione del carbonio in a al carbonile. Ossidazione e riduzione di aldeidi e chetoni.

Acidi carbossilici: struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Acidità ed effetto dei sostituenti in acidi acetici e benzoici. Separazione alcoli/fenoli/ac.benzoico. Riduzione di acidi carbossilici. Esterificazione di Fischer. Conversione in cloruri acilici. Decarbossilazione di b-chetoacidi e ac malonici.

Derivati degli acidi carbossilici: cloruri acilici, anidridi, esteri e ammidi. Struttura e nomenclatura. Lattoni, lattami e esteri dell’ac. fosforico. Sostituzione nucleofila acilica: similitudini e differenze con reattività del carbonile di aldeidi e chetoni. Scala di reattività dei derivati degli acidi in base alle caratteristiche del gruppo uscente e all’elettrofilia del reagente. Idrolisi, reazioni con alcoli, con ammoniaca ed ammine. Riduzione degli esteri e delle ammidi.

Anioni enolato. Acidità degli H in a ad un carbonile. Formazione di enolati. Chetoni e aldeidi enolizzabili e non. Formazione di enoli per catalisi acida. Condensazione aldolica: meccanismi di catalisi acida e basica. Aldoliche simmetriche e incrociate. Aldoliche intramolecolari. Condensazione di Claisen e di Dieckmann. Idrolisi e decarbossilazione dei b-chetoesteri. Condensazioni di Claisen e Aldolica nel mondo biologico.

 

Composti bioorganici

Carboidrati: classificazione. D- ed L-monosaccaridi: rappresentazioni di Fischer. Amminozuccheri. Struttura ciclica emiacetalica: proiezioni di Haworth e conformazioni a sedia. Epimeri e anomeri. Mutarotazione. Reazioni dei monosaccaridi: formazione dei glucosidi, riduzione ad alditoli, ossidazione ad ac. aldonico, saggio del glucosio. Acido ascorbico. Disaccaridi: Maltosio, Lattosio, Saccarosio. Le sostanze dei gruppi sanguigni. Polisaccaridi: amido, glicogeno e cellulosa.

Ammino acidi. Classificazione. a-Ammino acidi naturali. Proprietà acido-base. Punto isoelettrico. Polipeptidi e proteine: strutture primaria, secondaria (a-elica e b foglietto ripiegato), terziaria e quaternaria. Sintesi chimica di polipeptidi: gruppi protettori e attivanti. Sintesi di fase solida. Biosintesi delle proteine

Lipidi:classificazione. Trigliceridi: acidi grassi saturi e insaturi. Oli e grassi. Saponi e detergenti. Fosfolipidi: doppio strato lipidico e modello a mosaico delle membrane cellulari. Vitamine liposolubili. Steroidi: colesterolo, ormoni steroidei, acidi biliari. Cenni sulla biosintesi del colesterolo. Prostaglandine.

Acidi nucleici. Basi azotate, nucleosidi, nucleotidi. DNA: struttura primaria e secondaria. RNA.