OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si propone di approfondire i vari tipi di reazione in chimica organica attraverso lo studio dei fattori cinetici e termodinamici che le influenzano.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Attenzione: gli obiettivi formativi riportati in UNIGEDIDATTICA per la coorte 20/21 erano sbagliati, a causa di un problema del software, che aveva ricaricato vecchi obiettivi ormai obsoleti.

Quelli corretti, approvati dal CCS nel 2020 su proposta del docente erano invece i seguenti:

"L’insegnamento si propone di fornire agli studenti le basi per una corretta progettazione della preparazione di molecole organiche, attraverso la conoscenza dei principi essenziali della sintesi e della retrosintesi."

Per il 2022/2023 sono stati leggermente modificati in:

“Lo studente approfondirà vari aspetti della chimica organica non trattati negli insegnamenti precedenti (in particolare le reazioni di formazione di legami C-C), e verrà guidato a raggiungere una buona capacità di comprendere le strategie retrosintetiche, di progettare semplici sintesi di derivati alifatici ed aromatici, di interpretare i meccanismi di reazione e le metodologie sperimentali per corroborarli.”

Infatti il programma è stato modificato rispetto al 2021/2022, in modo da evitare sovrapposizioni con gli insegnamenti della magistrale in Scienze Chimiche.

Questi ultimi obiettivi formativi riflettono in modo più appropriato quanto verrà erogato nel 2022/2023.

Il risultato atteso di apprendimento è quello di portare lo studente ad avere dimestichezza con le principali reazioni organiche (sia quelle già viste in insegnamenti precedenti che alcune trattate di nuovo in questo insegnamento) essendo in grado di comprendere e saper descrivere i meccanismi (senza doverli imparare a memoria). Lo studente diventerà inoltre capace di usare la conoscenza di tali reazioni organiche nel progettare o valutare in modo critico sintesi di semplici molecole organiche. A tal scopo lo studente apprenderà i principi della retrosintesi.

PREREQUISITI

Per una ottimale fruizione dell'insegnamento è indispensabile la conoscenza delle nozioni di base di Chimica Organica 1, Laboratorio di Chimica Organica e Chimica Organica 2. E' altamente consigliato che lo studente frequenti l'insegnamento avendo già dato quegli esami.

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento prevede esclusivamente lezioni in aula, con l'uso prevalente di diapositive. Ci saranno comunque anche alcune ore di tutorato (esercizi in aula).

PROGRAMMA/CONTENUTO

1. Formazione di legami singoli e doppi C-C e C=C (8 ore)
   1. La addizione omoaldolica e la condensazione omocrotonica. Catalisi basica e acida.
   2. Addizioni aldoliche incrociate. Casi in cui è possibile in condizioni standard.
   3. Uso di derivati allilici come equivalenti sintetici di aldeidi.
   4. Le reazioni di Claisen e Dieckmann. Le reazioni di Darzens e Reformatsky.
   5. Uso di derivati a metileni attivi. La sintesi malonica e acetoacetica.
   6. La reazione di Knoevenagel.
   7. Reazioni dei sistemi α,β-insaturi: controllo cinetico e termodinamico. Addizione di composti organometallici (cuprati, organocerio) e riduzioni selettive 1,2 o 1,4.
   8. Reazioni di Michael con composti a metileni attivi.
   9. Anellazione di Robinson.
   10. Uso di enammine.
   11. Reazione nitroaldolica. Trasformazioni del gruppo nitro.
   12. Le addizioni aldoliche e le condensazioni di Claisen nel mondo biologico. Meccanismo della aldolica/retroaldolica e sintesi degli acidi grassi.
   13. Reazioni di Wittig e Horner-Wadsworth-Emmons.
   14. Riepilogo della sintesi di sistemi α,β-insaturi.
   15. Cenni sulle reazioni di cross-coupling.
2. Chimica dei composti aromatici e eteroaromatici (6 ore)
   1. Idrocarburi policiclici aromatici. Nomenclatura
   2. Il naftalene. Proprietà e reazioni
   3. Antracene e fenantrene
   4. Riepilogo e approfondimento delle reazioni di sostituzione elettrofila e nucleofila su substrati aromatici. Il meccanismo delle Sandmeyer. La sostituzione nucleofila vicaria. Reazione di Chichibabin.
   5. Le reazioni di formilazione e carbossilazione.
   6. Le ossidazioni in posizione benzilica.
   7. Nomenclatura dei sistemi eterociclici. Nomenclatura di Hantzsch-Widmann.
3. Progettazione di una sintesi: chimica dei composti aromatici (5 ore)
   1. Sintesi lineare, convergente. Sintesi totale, semisintesi. L’approccio retrosintetico. Definizioni generali e linee guida
   2. Concetto di equivalenza sintetica.
   3. Strategie per la sintesi di derivati aromatici polisostituiti. Gruppi rimovibili. Riduzioni di Clemmensen e Wolff-Kishner.
   4. Esercizi di sintesi di composti aromatici.

1. Progettazione di una sintesi: chimica dei composti alifatici (6 ore)
   1. Sintesi di legami C-eteroatomo. Alcuni esempi con riepilogo di metodi già visti in corsi precedenti
   2. Metodologie per la sintesi di ammine.
   3. Retrosintesi di legami C-C con un solo gruppo funzionale.
2. Alcoli
3. Chetoni.
4. Derivati carbossilici
5. Alcheni.
   1. Retrosintesi di legami C-C con due gruppi funzionali. Disconnessioni “logiche” ed “illogiche”.
   2. Esempi di retrosintesi con disconnessioni “logiche”. Sintesi di derivati con funzioni ossigenate 1,3 e 1,5 e di sistemi α,β-insaturi.
   3. Sintesi di composti con funzioni ossigenate in 1,2.
6. Uso dei composti α-alogenocarbonilici. Richiamo delle α-alogenazioni di chetoni e α-alogenazione di acidi carbossilici.
7. Uso del cianuro
8. Sintesi di 1,2-dioli ed epossidi. Reazione pinacolica; reazione di Corey-Chaikovski.
   1. Esercizi di retrosintesi.

1. Gruppi protettori (5 ore)
   1. Protezione di ammine. Sintesi peptidica
   2. Protezione di alcoli
   3. Protezione dei composti carbonilici.

1. Sintesi di composti ciclici (6 ore)
   1. Reazioni di ciclizzazione: problematiche generali
   2. Esempi di sintesi di cicli a 5 termini per ciclizzazione (eterociclici e carbociclici)
   3. Esempi di sintesi di cicli a 6 termini per ciclizzazione (eterociclici e carbociclici)
   4. Cenni su sintesi di cicli a 3 ed a 4.
   5. Cenni alla metatesi olefinica
   6. Reazioni di cicloaddizione di Diels-Alder (solo aspetti regiochimici e non stereochimici).
   7. Reazioni di cicloaddizione 1,3-dipolare. In particolare: ozonolisi, click-reaction, sintesi di isossazoli e loro applicazioni.

1. Trasposizioni (4 ore)
   1. Riarrangiamento di carbocationi con shift 1,2 di idruri.
   2. La trasposizione pinacolica (anche accoppiata alla Corey-Chaikovski)
   3. La trasposizione di Wagner-Meerwein
   4. La reazione di Baeyer-Villiger
   5. Trasposizioni di Hoffmann e Schmidt
   6. Trasposizione di Arndt-Einstert
   7. Trasposizioni sigmatropiche: Cope e Claisen

1. Sintesi orientata alla diversità (4 ore)
   1. Concetti generali
   2. Esempio biologico di sintesi combinatoriale: gli anticorpi.
   3. Reazioni multicomponente
2. Meccanismi di reazione (6 ore)
   1. Metodi non cinetici per determinare un meccanismo
   2. Metodi cinetici per determinare un meccanismo

Nel corso di queste lezioni verranno riepilogati alcuni meccanismi, quali ad esempio quelli per le reazioni di eliminazione e le sostituzioni nucleofile ariliche.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Le diapositive delle lezioni saranno disponibili in formato pdf su Aulaweb.

Per il ripasso/approfondimento di argomenti di chimica organica di base possono essere utilizzate lepiù recenti edizioni degli stessi testi consigliati per gli insegnamenti di Chimica Organica I e II; in particolare:

-- Brown, Foote, Iverson, Anslyn - Chimica Organica - EdiSES

-- Bruice - Chimica Organica - EdiSES

Per gli argomenti non trattati nei libri sopra citati e per la parte dei meccanismi di reazione, si consiglia:

Carey-Sundberg: "Advanced Organic Chemistry: Reaction and Synthesis"

Carey-Sundberg: "Structure and mechanisms"

Per gli argomenti più specifici di retrosintesi affrontati, si consiglia la lettura del testo:

-- Stuart Warren, Paul Wyatt - Organic synthesis - The Disconnection Approach, 2nd Edition - J. Wiley & Sons (2008).