PRESENTAZIONE

L'insegnamento prevede la continuità e l'approfondimento dei concetti trattati in Chimica Organica I. Gli argomenti trattati consentono di acquisire una visione più completa dei concetti di base della chimica organica. Inoltre, sono scelti in buona parte per essere propedeutici ai corsi successivi, quali la Biochimica e la Chimica Farmaceutica.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Approfondimento della reattività di molecole organiche tramite lo studio di composti difunzionali. Ampliamento delle reazioni di formazione del legame carbonio-carbonio con particolare attenzione alla costruzione di sistemi ciclici. Introduzione alle sostanze organiche naturali ed eterocicliche. 

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo dell’insegnamento di Chimica Organica II è quello di fornire concetti più avanzati della materia, rispetto a quelli appresi nel precedente insegnamento di Chimica Organica I. Al termine delle lezioni lo studente avrà acquisito conoscenze teoriche sulla struttura e reattività dei composti bifunzionali, dei composti policiclici aromatici e dei composti eterociclici (aromatici e non). Avrà inoltre approfondito le strategie fondamentali di formazione dei legami carbonio-carbonio. Queste conoscenze sono fondamentali per affrontare i futuri studi in ambito biochimico e chimico farmaceutico.

Nello specifico lo studente sarà in grado di:

• conoscere le principali classi di composti organici di sintesi e naturali;
• applicare le regole fondamentali della nomenclatura IUPAC, con una introduzione ai composti eterocicli;
• applicare le conoscenze stereochimiche di base anche a sistemi più complessi;
• ragionare criticamente per poter applicare le reazioni studiate a semplici sequenze sintetiche per la produzione di molecole richieste, argomentando le scelte.

PREREQUISITI

Conoscenze di base dei principali argomenti di chimica organica I.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali (48 ore). La frequenza è fortemente consigliata.

Materiali didattici di supporto alle lezioni (presentazioni, esercizi e articoli di approfondimento) vengono forniti agli studenti attraverso la piattaforma aulaweb. Vengono consigliati testi fondamentali per lo studio della teoria e per lo svolgimento degli esercizi. Parte della lezione viene svolta alla lavagna, mediante supporti digitali e con modelli molecolari per promuovere la competenza nel disegno bi- e tridimensionale delle molecole. Vengono anche svolte reazioni chimiche con il relativo meccanismo. Per affrontare in maniera dinamica le lezioni si richiede la partecipazione attiva degli studenti nel rispondere a domande ed eseguire esercitazioni singolarmente o in gruppo. Quiz ed esercizi saranno disponibili sulla piattaforma aulaweb per mantenere aggiornato lo studio che permette un proficuo accompagnamento delle lezioni durante tutto il periodo dell’insegnamento della chimica organica, senza che abbiano finalità valutativa da parte del docente.

Si prevedono attività volte a favorire la capacità di valutare gli elaborati dei propri colleghi e auto-valutarsi. 

Suggerimenti su come studiare:

1) mantenere aggiornato lo studio degli argomenti settimanali, non lasciare mai che si accumulino;

2) studiare il materiale in piccole unità didattiche e assicurarsi di aver compreso ogni nuova sezione prima di passare alla successiva;

3) risolvere tutti i problemi di ciascun capitolo prima di passare al successivo;

4) scrivere durante lo studio su di un quaderno di teoria ed esercizi;

5) imparare insegnando e spiegando (studiare meglio in gruppo);

6) utilizzare modelli molecolari durante lo studio.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell'Apprendimento (DSA), disabilità o altri bisogni educativi regolarmente presentate all'Ateneo, sono invitati a contattare il docente ed il referente per la disabilità della Scuola/Dipartimento (Prof. Luca Raiteri, Luca.Raiteri@unige.it ) all'inizio del corso per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell'insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali. IMPORTANTE: le richieste per adattamenti in sede di esame DEVONO essere fatte tassativamente almeno 10 giorni lavorativi prima della data prevista per l'esame seguendo attentamente le istruzioni nel link alla pagina https://unige.it/disabilita-dsa/comunicazioni.

PROGRAMMA/CONTENUTO

1.APPROFONDIMENTO DELLA CHIMICA ORGANICA DEI COMPOSTI FUNZIONALI E BIFUNZIONALI (30 ore)

1. 1 Conformazioni dei cicloalcani e dei bicicloalcani. Nomenclatura e proprietà dei sistemi biciclici a ponte. Strutture di molecole bicicliche (cis- e trans-decalina) e policicliche.Teoria degli orbitali molecolari (TOM) e degli orbitali di frontiera (HOMO e LUMO). Diagramma di energia degli OA e OM per le molecole di H2O, BH3; etene, etino, butadiene ed esatriene. Assorbimento UV-Visibile dello spettro elettromagnetico di etene, butadiene, esatriene e formaldeide.

1.2 Addizioni elettrofile ai dieni coniugati. Controllo cinetico e termodinamico dei prodotti di addizione (1,2 e 1,4) al butadiene. Introduzione alle reazioni pericicliche (cicloaddizioni, reazioni elettrocicliche e arrangi sigmatropici) e caratteristiche comuni delle reazioni pericicliche. Considerazioni termodinamiche delle reazioni Diels-Alder. Descrizione delle reazioni di cicloaddizione Diels-Alder secondo la TOM (Orbitali di frontiera: HOMO del diene e LUMO del dienofilo). Introduzione agli aspetti regioselettivi e stereochimici della reazione di Diels-Alder.

1.3 Origine della chiralità assiale negli alleni, biarili e binaftaleni. Piani di simmetria, assi di simmetria e assi di rotoriflessione.  Atropoisomerismo. Attribuzione della configurazione assoluta R/S per i composti a chiralità assiale.  Chimica del palladio. Reazione di Suzuki nella sintesi di biarili e dieni.

1.4 Sistemi policiclici aromatici.  Nomenclatura e proprietà. Sostituzione elettrofilica nel naftalene. Nuove forme allotropiche del carbonio: fullereni, grafene e nanotubi di carbonio. 

1.5 Nomenclatura degli acidi dicarbossilici comuni e acidità degli acidi dicarbossilici; derivati di acidi carbossilici di importanza biologica. Sintesi dell’anidride succinica e idrolisi (acida e basica) dell'anidride succinica. Sintesi degli acidi succinici mediante reazione di Diels-Alder. Sintesi di Gabriel: formazione di ammine primarie con ftalimmide.

1.6 Equilibrio (tautomeria) cheto-enolico via catalisi acida e catalisi basica. Addizione aldolica di aldeidi e chetoni. Addizione aldolica incrociata. Addizione aldolica di aldeidi non enolizzabili.Alogenazione in Alfa a un carbonile/eliminazione (enali/enoni). Alogenazione in alfa a un acido carbossilico (reazione di Hell-Vohardt-Zelinsky) / eliminazione (Acidi Enoici);

1.7 Enolati di composti di-carbonilici e rispettivi equivalenti sintetici dell’estere acetoacetico e estere malonico. Sintesi dell’estere acetocacetico per la formazione di 4-chetoesteri, 1,4-dichetoni, 1,3-dichetoni, chetoni mono- e di alchilati.  

1.8 Preparazione di derivati con una funzione ossigenata e un’insaturazione (composti carbonilici α,β-insaturi):

A)                Reazione di Knoevenagel (acid enoici/ Enoati);

B)                Reazioni di Wittig (alcheni, Enali, Enoni, Enoati CIS);

C)               Reazione di Horner-Wadsworth-Emmons (enoati TRANS);

D)               Condensazione aldolica e aldolica incrociata; (Enali/Enoni);

E)                Condensazione aldolica intramolecolare (Enali/Enoni ciclici).

F)                Anellazione di Robinson: addizione coniugata di Michel + condensazione aldolica intramolecolare.

1.9 Reazioni di addizione nucleofila ai carbonili α,β-insaturi: addizione 1,2 (diretta al carbonile) e addizione 1,4 (addizione coniugata). Addizione coniugata ai composti carbonilici α,β-insaturi da parte di nucleofili blandi: enolati, enammine, cuprati di Gilmann e reazione di Michael.

1.10 Meccanismo di formazione delle enammine e equivalenza sintetica dell’enammina. Reazione di Stork: alchilazione, acilazione e addizione di Michael.

1.11 Composti 1,3-ossigenati. Condensazioni aldoliche incrociate con preformazione dell’enolato. Sintesi dell’estere acetoacetico e esteremalonico. Ossidazioni con diacetossiiodobenzene e di Swern. Soluzioni alle problematiche presenti nelle reazioni aldoliche. Diastereoselettività delle reazioni aldoliche (aldolo sin e aldolo anti). Stato di transizione a 6 termini per la reazione aldolica proposta da Zimmerman-Traxler (Zimmerman-Traxler transition state).  α-alchilazione via azaenolato. Condensazioni di Claisen (sintesi di β-chetoesteri e β-dichetoni) e Dieckmann. Reazioni aldoliche e Claisen Biologiche.

1.12 Disconnessioni logiche e illogiche. Sintesi di composti 1,2-ossigenati. Formazione di acetali ciclici o metodi che non implicano la formazione di legami C-C: osmilazione e apertura di un epossido. Preparazione di 1,2-dioli che comporta la formazione di legami C-C: reazione pinacolica e reazione di Corey-Chaikovsky. Uso dei ditiani come equivalenti sintetici di un acil anione (formil anione).Il cianuro come equivalente sintetico di un acilanione. Idrolisi della cianoidrina in α-idrossiacido. Sintesi dei α-idrossialdeide con la riduzione del trimetilsilileterecianuro in presenza del DIBALH. Reazione di Strecker per la formazione di un α-amminoacido. Condensazione benzoinica. Variante della reazione di Stetter per la formazione di sistemi 1,4-dicarbonilici in presenza di un sale di tiazolio. Reazione di Stetter per la sintesi di composti 1,4-ossigenati (4-chetoestere). 

1.13 Reazioni (multicomponente) di Passerini.  Protezione di gruppo carbonilici con formazione di acetali ciclici. Emiacetali ciclici: 4-idrossialdeidi (γ-idrossialdeidi) e 5-idrossialdeidi (δ-idrossialdeidi). Protezione degli alcoli con DHP.

2.    COMPOSTI ETEROCICLICI (18 ore)

Classificazione e nomenclatura dei composti eterociclici. Eterocicli aromatici elettronricchi: caratteristiche generali, sintesi e reattività di pirrolo, furano e tiofene. Eterocicli aromatici elettronpoveri: Caratteristiche generali e sintesi e reattività di piridina, chinolina e isochinolina e pirimidina. Eterocicli pentaatomici aromatici con due eteroatomi: caratteristiche generali e sintesi e reattività di imidazolo, ossazolo, isossazolo. 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• Chimica Organica di P. Y. Bruice, EdiSES
• Chimica Organica di W. H. Brown, B. L. Iverson, E. V. Anslyn, C. S. Foote, EdiSES
• Chimica dei Composti Eterociclici di D. Sica, F. Zollo - EdiSES (l'ultima edizione)
• Chimica degli Eterocicli di G. Broggini, G. Zecchi – vol. 1 LaScientifica
• Chimica Organica di P. C. Vollhardt e N. E. Schore, Zanichelli
• Chimica Organica AA. VV. a cura di B. Botta Edi-Ermes
• Chimica Organica di M. Loudon, EdiSES
• Chimica Organica di J. McMurry, Piccin

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Le lezioni avranno inizio come indicato da calendario accademico. Verrà data comunicazione anche tramite Aulaweb.

Orari delle lezioni: l'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo Portale EasyAcademy, o tramite l’app MyUniGe.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Scritto e orale. Nella prova scritta, in tre ore di tempo, allo studente viene richiesto di identificare reagenti e prodotti per una sintesi organica a singolo o multistadio, proporre un meccanismo di una reazione, assegnare la stereochimica e nomenclatura corretta di reagenti e prodotti. La successiva prova orale parte di regola dalla discussione dello svolgimento della prova scritta, per poi passare all'esposizione di concetti teorici di chimica organica e all'esecuzione di esercizi alla lavagna.  Sarà richiesta un’attività integrativa (facoltativa) individuale o di gruppo rivolta all’ elaborazione di un video su di un argomento trattato in aula. Attraverso la valutazione del video saranno determinate le competenze trasversali (comunicative, funzionali e sociali) degli studenti o del gruppo di lavoro. Sarà introdotta una fase di correzione del proprio esame scritto, seguendo la soluzione degli esercizi svolta dal docente alla lavagna. Successivamente, sarà effettuata una valutazione degli elaborati tra gli studenti (peer-review) tramite la piattaforma aula-web o in aula. Con l’autovalutazione si incentiva la riflessione sul proprio elaborato, favorendo una correzione responsabile. Dopo la correzione, gli alunni saranno informati del punteggio ottenuto e potranno chiedere spiegazioni.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame scritto e la prova orale includeranno domande puramente teoriche o esercizi di chimica organica. Gli strumenti di controllo previsti nelle modalità didattiche e d’esame, che accompagnano il processo d'insegnamento-apprendimento, sono finalizzati all'accertamento dei livelli di conoscenze, capacità e competenze raggiunte dagli alunni.

ALTRE INFORMAZIONI

Poiché il corso ha il fine di acquisire delle specifiche abilità e le esercitazioni svolte in aula sono indispensabili a questo scopo, la frequenza è fortemente raccomandata.