CHIMICA ORGANICA
Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Biologiche
A.A. 2013/14
SCV0028 + SCV0182 (laboratorio)
Docente: STEFANO BANFI
CFU
SSD
LEZIONI
9
CHIM/03
48
ESERCITAZIONI LABORATORIO
16
24
ANNO
LINGUA
I-II
Italiano
Obiettivi dell’insegnamento e risultati di apprendimento attesi
Lo studente dovrà essere in grado di riconoscere i gruppi funzionali della chimica organica di base e di dare alle
molecole proposte la corretta nomenclatura secondo le regole IUPAC. Di ciascun gruppo funzionale dovrà poter
indicare la reattività principale basando le sue conoscenze sulle considerazioni di polarità e cariche presenti. Per
meglio comprendere la reattività saranno proposti i meccanismi delle reazioni più comuni mettendo in risalto il
concetto di acidità e basicità, di catalisi e quello di risonanza. Nel modulo di laboratorio lo studente eseguirà 8
diverse esperienze che gli consentiranno di apprendere l’uso della comune vetreria da laboratorio e dei sistemi
volumetrici usati nelle tecniche di titolazione della chimica generale (titolazioni acido-base, redox, di
complessazione) ed alcune tecniche di separazione e semplici processi di sintesi della chimica
organica(separazioni pigmenti,estrazione di sostanze naturali, riduzione di substrato prochirale, sintesi di un
colorante azoico).In seguito all’esecuzione di queste esperienze, il risultato atteso è che gli studenti abbiano
chiari i concetti di:precisione dei sistemi volumetrici, standard, indicatore, rapporti molari, solubilità e polarità dei
solventi (tossicità),stechiometria delle reazioni e conoscenze di semplici metodi di purificazione (cromatografia e
cristallizzazione).
Prerequisiti
Lo studente deve aver chiaro i concetti di rapporti stechiometrici, di acidità e basicità e di elettronegatività di atomi
o gruppi che ha acquisito nel corso di chimica generale.
Contenuti e programma del corso
MODULO di CHIMICA ORGANICA (C.O.). Struttura delle molecole organiche: legami semplici, doppi e tripli.
Ibridazione del C, N ed O (sp3, sp2, sp). Lunghezze ed energie di legame. Elettronegatività e polarizzazione di un
legame biatomico. Effetto della polarizzazione sulla reattività. Concetto di elettrofilo e di nucleofilo.
Gruppi funzionali: struttura e nomenclatura IUPAC. Alcani, alcheni, alchini, alogenuri alchilici, alcoli, gruppi
carbonilici (aldeidi, chetoni), acidi carbossilici. Derivati degli acidi (esteri, cloruri acilici, ammidi, anidridi), ammine,
nitrili e composti solforati (mercaptani, solfuri, solfati).
Concetto di risonanza e aromaticità: il butadiene e la definizione dei composti aromatici (benzene e omologhi
superiori, i PAH), nomenclatura.
Nomenclatura di molecole contenenti più di due gruppi funzionali: scala di priorità dei gruppi funzionali.
(Nomenclatura IUPAC dei gruppi subordinati).
Stereochimica: definizione di stereocentro (o carbonio stereogenico) ed esempi di atomi di carbonio chirali.
Enantiomeri, miscele racemiche e diastereoisomeri. Nomenclatura R,S degli stereocentri secondo le regole di
Cahn, Ingold e Prelog (CIP); molecole con due o più stereocentri: enantiomeri, diastereoisomeri e composti meso.
Potere ottico rotatorio e nomenclatura D,L degli stereocentri (Gliceraleide) Reazioni enantiospecifiche ed
enantioselettive, risoluzione di miscele racemiche.
Gruppi funzionali: Reattività.
ALCANI: analisi conformazionale di molecole semplici lineari e cicliche. Alogenazione radicalica con
meccanismo. Considerazioni energetiche (Entalpia ed energia libera di Gibbs). Ordine di stabilità dei radicali
alchilici.
ALCHENI: meccanismo generale di reattività in presenza di elettrofili (E+) e nucleofili (Nu-); regola di Markovnikov
sulla stabilità dei carbocationi Addizione di acidi alogenidrici (idroalogenazione) con meccanismo (stato di
transizione e intermedio di reazione), addizione di acqua (idratazione) con meccanismo e concetto di
catalizzatore; addizione di bromo molecolare (meccanismo). Idrogenazione degli alcheni ad alcani; epossidazione
(Peracidi); rottura ossidativa per ozonolisi; formazione di dioli (OsO4). Reazione di idroborazione degli alcheni
(alcol anti-Markovnikov) e idroalogenazione radicalica (anti-Markovnikov). Reattività dei dieni coniugati e concetto
di risonanza.
ALCHINI: addizione di acidi alogenidrici e di acqua, (effetto della presenza del secondo doppio legame, forme
enoliche e tautomeria cheto-enolica). Alogenazione e riduzione ad alcani e alcheni CIS o TRANS.
REATTIVITA DEL BENZENE: le sostituzioni elettrofile aromatiche (meccanismo generale). Esempi di
Alogenazione, Nitrazione, Solfonazione, Acilazione ed Alchilazione di Friedel-Crafts. Effetto di un sostituente:
attivante (orto-para orientante) e disattivante (meta orientante). Sostituzione Nucleofila aromatica: esempio. Sali di
diazonio e reazioni di Sandmeyer.
ALOGENURI ALCHILICI: Reazioni di Sostituzione nucleofila (Sn) e di Eliminazione (deidroalogenazione). Reazioni
monomolecolari e bimolecolari: esempi di Sn1, Sn2, E1, E2 su alogenuri alchilici (meccanismo ed implicazioni
stereochimiche). Cenni su alcuni composti organometallici: i composti di Grignard.
ALCOLI: reazioni di disidratazione e ossidazioni. Trasformazione dell’ossidrile in gruppo uscente (solfonato) e
relative reazioni di sostituzione. Protezione del gruppo alcolico: formazione dei silil eteri e di acetali.
COMPOSTI CARBONILICI: riduzioni del gruppo carbonilico con idruri e via idrogenazione catalitica. Addizione
nucleofila su aldeidi e chetoni (idratazione, formazione di chetali, cianidrine, immine ed enammine con
meccanismo). Condensazione aldolica: formazione dei beta-idrossicarbonili (meccanismo). Reattività dei
carbonili, insaturi (addizione di Michael).
ACIDI CARBOSSILICI E DERIVATI: formazione di esteri, ammidi e anidridi a partire da acidi o cloruri acilici.
Reazioni di idrolisi acide e basiche (Saponificazione). Reazione di condensazione di Claisen e di Dieckmann
(Esteri): formazione dei beta cheto esteri.
AMMINE: solubilità e basicità delle ammine. Reazioni di sintesi. Reazione con composti carbonilici.
Molecole biologiche:AMMINOACIDI. Struttura e Nomenclatura degli AA naturali e sintesi di peptidi (concetto di
gruppo protettivo e di gruppo attivante); punto isoelettrico e solubilità.
CARBOIDRATI: dalla gliceraldeide fino agli aldoesosi (glucosio). Fruttosio (chetoesoso). Forme furanosidiche e
piranosidiche; carbonio anomerico. Esempi di disaccaridi (saccarosio) e polisaccaridi (cellulosa ed amido).
MODULO DI LABORATORIO DI CHIMICA. Le esperienze attualmente proposte sono: 1) diluizione di una
molecola colorata ad una concentrazione desiderata e controllo con spettroscopia visibile; determinazione della
densità dell’acetone con due sitemi volumetrici diversi 2) Titolazione Redox – standardizzazione del KMnO4 con
ossalato e determinazione della purezza di un sale di Mohr; 3) titolazione acido base di acido poliprotico –
Titolazione del H3PO4 con indicatori e con pHmetro; 4) Titolazione complessometrica – Standardizzazione
dell’EDTA con ZnO e determinazione della durezza dell’acqua; 5) estrazione della caffeina dalle foglie del tè e
purificazione mediante cristallizzazione; 6) estrazione dei pigmenti degli spinaci e separazione con colonna
cromatografica; 7) riduzione chimica ed enzimatica (lievito) di un chetone prochirale; 8) sintesi di un colorante
azoico via formazione del sale di diazonio dell’anilina e copulazione con il 2 idrossinaftalene.
Tipologia delle attività didattiche
Le lezioni e le esercitazioni sugli argomenti trattati (concernenti la nomenclatura IUPAC e la reattività dei gruppi
funzionali) sono tenute frontalmente con la proiezione di slide associata ad un ampio uso della scrittura su fogli di
carta contestualmente proiettati sullo schermo. Le esperienze che gli studenti devono eseguire nel laboratorio
vengono descritte in dettaglio a lezione e comunque viene fornita la ricetta in laboratorio nel giorno prestabilito.
Durante le esperienze la corretta manualità e operatività viene assicurata dalla presenza del docente e di due
tecnici
Testi e materiale didattico
Per consentire agli studenti un adeguato apprendimento vengono fornite le slide usate a lezione e innumerevoli
temi di esame che vengono risolti insieme al docente. Inoltre viene suggerito un libro di testo.
Modalità di verifica dell’apprendimento
Modulo di Chimica Organica: SCRITTO PIU’ ORALE (sostenibile con uno scritto ritenuto sufficiente). STRUTTURA
DEL TESTO DELL’ ESAME SCRITTO 10 DOMANDE CHE COMPRENDONO TUTTI GLI ARGOMENTI DEL
CORSO. Argomenti delle domande: I - Riconoscimento dei gruppi funzionali II – Nomenclatura: dal nome IUPAC
disegnare le molecole (3 per esercizio) III – Nomenclatura: dalla struttura assegnare il nome (IUPAC) (3 per
esercizio) IV – Analisi conformazionale su alcani lineari o ciclici. V – Reattività: indicare il meccanismo e prodotti
di una reazione specifica. VI – Reattività: 3-4 passaggi di sintesi in cui è indicato il prodotto ma non il reagente VII
– Reattività: 3-4 passaggi di sintesi in cui sono indicati i reagenti ma non i prodotti VIII - Domanda su
Amminoacidi IX – Domanda sui carboidrati X - Domanda su argomenti vari quali acidità, reattività di un gruppo
funzionale, ed altro Orale L’ACCESSO ALL’ORALE E’ CONSENTITO AGLI STUDENTI CHE ABBIANO
RAGGIUNTO ALMENO 16/30 NELLA PROVA SCRITTA L’esame orale verte sull’analisi dello scritto e commento
degli eventuali errori più domande di approfondimento su meccanismi e reattività. Il voto finale sarà espresso in
trentesimi.
Modulo di laboratorio. L’esame è solo orale e gli studenti devono presentarsi con una relazione sintetica di quanto
da loro svolto in laboratorio. Le domande vertono sulla descrizione di una specifica esperienza con
approfondimento di come e perché abbiano eseguito certe operazioni.Il voto finale sarà espresso in trentesimi e
con il voto del modulo di chimica organica porterà alla valutazione finale del corso.
Orario di ricevimento
Il docente è sempre disponibile a fornire spiegazioni agli studenti presso il suo ufficio a seguito della definizione di
un appuntamento anche via mail E-mail