CHIMICA ORGANICA II E LABORATORIO

L’insegnamento si prefigge di fornire allo studente una più approfondita formazione di Chimica Organica rispetto al primo corso di base, con particolare riguardo alle proprietà chimiche e reattività di composti polifunzionali, composti organici di rilevanza biologica (carboidrati, amminoacidi e peptidi, lipidi), e sistemi eterociclici. Gli studenti acquisiranno inoltre conoscenze sulle reazioni di sintesi organica avanzata, imparando a sviluppare semplici sequenze sintetiche di composti organici polifunzionali e ad applicare i principi delle moderne strategie sintetiche: approcci per disconnessione, formazione di legami carbonio-carbonio, protezione/deprotezione dei gruppi funzionali.

Per quanto concerne l’attività di laboratorio, l’insegnamento si propone di affrontare le pratiche più comuni in laboratorio, con particolare riferimento alle tecniche cromatografiche per isolare e purificare i prodotti della sintesi e alle tecniche spettroscopiche per la caratterizzazione delle strutture organiche. Fra gli obbiettivi principali ci sarà riconoscere ed assemblare correttamente la vetreria di laboratorio, in funzione dell’esperienza da svolgere e dell’apparato da utilizzare. Verranno, infine, impartite alcune conoscenze di base relative al corretto smaltimento dei prodotti chimici e dei rifiuti accumulati durante l’attività di laboratorio.

Gli obbiettivi specifici del corso sono:

• Conoscere alcune importanti classi di composti organici e della loro reattività: enoli ed anioni enolato, composti carbonilici alfa-beta insaturi, carboidrati, amminoacidi e proteine, lipidi, composti eterociclici, composti organometallici.
• Conoscere i principi della sintesi organica avanzata: reazioni pericicliche, formazione di nuovi legami C-C, protezione/deprotezione dei gruppi funzionali.
• Saper progettare le sintesi dei composti organici e assemblare la vetreria di laboratorio per l’apparato opportuno;
• Saper isolare e caratterizzare strutturalmente una molecola organica utilizzando una o più tecniche strumentali;
• Acquisire esperienza sulle metodologie e le tecniche della sintesi organica mediante la preparazione di alcuni prodotti e la loro determinazione strutturale.

In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso si pone l’obbiettivo di trasferire allo studente le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione:

• Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo;
• Capacità di razionalizzare e prevedere la reattività delle molecole organiche;
• Capacità di distinguere le differenti tecniche di sintesi;
• Capacità di distinguere i diversi strumenti di laboratorio

Capacità di applicare conoscenza:

• Capacità di progettare un percorso sintetico adeguato all’ottenimento di una precisa molecola organica;
• Capacità di prevedere la strumentazione necessaria per la realizzazione della sintesi;
• Capacità di individuare le condizioni di reazioni ottimali per una determinata reazione.

Autonomia di giudizio:

• Capacità di ragionamento critico;
• Autovalutazione dell’apprendimento tramite interazioni in aula con i colleghi e con il docente.

Abilità comunicative:

Capacità di descrivere in forma orale e scritte, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, uno degli argomenti trattati, facendo uso sia di presentazioni power point che della lavagna

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

E’ richiesta l’acquisizione degli obiettivi relativi alle seguenti discipline: Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Organica I

Reazioni al carbonio α dei composti carbonilici  

Acidità degli idrogeni in α al carbonile - Tautomeria cheto-enolica – Reattività degli enoli: reazioni di α sostituzione - Alogenazione del carbonio in α (aldeidi e chetoni, acidi carbossilici) –Formazione dello ione enolato - Alchilazione del carbonio in α – Enammine

Reazioni di condensazione dei composti carbonilici

Condensazione aldolica: formazione di ß-idrossialdeidi– La disidratazione di un prodotto di condensazione aldolica – Condensazione aldolica incrociata – Reazione aldolica intramolecolare – Condensazione di Claisen: formazione di ß-chetoesteri – Reazioni di condensazione e di addizione aldolica intramolecolare – Decarbossilazione di ß-chetoacidi – Sintesi acetacetica - Sintesi malonica – Addizioni carboniliche coniugate: Reazione di Micheal – Condensazioni carboniliche con enammine - Anellazione di Robinson

Carboidrati

Classificazione dei carboidrati – Proiezioni di Fisher– Notazione D/L – Monosaccaridi: struttura e nomenclatura - Struttura ciclica dei monosaccaridi: anomeri – Mutarotazione – Reazioni dei monosaccaridi: formazioni esteri ed eteri, formazione di glicosidi, riduzione, ossidazione, Allungamento ed accorciamento della catena – Disaccaridi – Polisaccaridi -

Amminoacidi, peptidi e proteine

Struttura degli amminoacidi – Proprietà acido-base degli amminoacidi – Il punto isoelettrico – Separazione degli amminoacidi – Metodi di sintesi degli amminoacidi – Risoluzione di una miscela racemica di amminoacidi – Legami peptidici e legami disolfuro – Strategie di sintesi peptidica – Sintesi peptidica automatizzata – Introduzione alla struttura delle proteine – Struttura primaria - Sequenziamento di un polipeptide o di una proteina – Struttura secondaria delle proteine – Struttura terziaria delle proteine – Struttura quaternaria delle proteine – Protein Data Bank

Lipidi

Acidi Grassi - Cere e trigliceridi – Saponi e micelle – Fosfolipidi – Prostaglandine – Terpeni – Steroidi naturali e sintetici

Composti organometallici e formazione di nuovi legami C-C

Organolitio - Organomagnesio – Organozinco – Organocuprati – Organoboro - Reazioni cross-coupling catalizzate da palladio: Heck, Suzuki-Miyaura – Altre reazioni di coupling: Stille, Sonogashira, Negishi - Metatesi degli alcheni - Click Chemistry

Composti eterociclici aromatici

Classificazione - Eteroaromaticità – Sistemi elettronricchi: eterociclici pentatomici contenenti un solo eteroatomo: preparazione e reattività - Sistemi elettronricchi: eterociclici pentatomici benzocondensati contenenti un solo eteroatomo: preparazione e reattività - Sistemi elettronpoveri: eterociclici esatomici contenenti un solo eteroatomo: preparazione e reattività - Sistemi elettronpoveri: eterociclici esatomici benzocondensati contenenti un solo eteroatomo: preparazione e reattività - Sistemi elettronpoveri: eterociclici esatomici contenenti due eteroatomi - Sistemi eterociclici pentatomici contenenti due eteroatomi.

Reazioni pericicliche

Classificazione - Orbitali molecolari e simmetria - Reazioni elettrocicliche – Reazioni di cicloaddizione - Trasposizioni sigmatropiche

Purificazione e caratterizzazione dei composti organici

Principi generali della spettroscopia di assorbimento. Spettroscopia IR: Principi generali ed esempi di applicazioni alle molecole organiche. Spettroscopia UV-Vis: Principi generali ed esempi di applicazioni alle molecole organiche.

Spettroscopia NMR, NMR a trasformata di Fourier, Effetto dello schermo, molteplicità dei segnali, chemical shift, anisotropia diamagnetica, integrazione dei segnali, costanti di accoppiamento. Spettroscopia ¹³C NMR.

Cromatografia liquida ad alte pressioni (HPLC). Principi generali.

Gas cromatografia (GC): principi generali. Colonne cromatografiche.

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO

• Sostituzione elettrofila aromatica: sintesi e purificazione p-nitroanilina (gruppi protettori).
• Condensazione aldolica incrociata: sintesi del dibenzalacetone
• Caratterizzazione ¹H-NMR dei composti sintetizzati

P. Y. Bruice, Chimica Organica, Ed. EDISES

J. McMurry, Chimica Organica, Ed. PICCIN

B. Botta, Chimica Organica, Ed. Edi.Ermes

L.M. Harwood, C.J. Moody, Experimental organic chemistry Ed. Wiley-Blackwell.

R.M. Silverstein, F.X. Webster, Identificazione Spettroscopica di Composti Organici, Ed Ambrosiana

L'esame prevede una prova orale su tutti i contenuti del corso, ivi comprese le esperienze di laboratorio.

Tutti gli argomenti trattati sono considerati irrinunciabili per il superamento dell’esame. 

Per le esperienze di laboratorio lo studente dovrà presentare, entro 15 giorni dalla data di esame, delle relazioni dettagliate, che saranno oggetto anch’essa di valutazione in sede di esame.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Commenta il meccanismo della reazione X

Come si classificano i carboidrati?

Che differenza c'è tra trigliceridi e fosfolipidi?

Cos'è il punto isolelettrico? Descrivi le proprietà acido-base dell'amminoacido X

Descrivi la reattività delle immine

Descrivi la reattività dei composti Eterociclici X

Cosa è una reazione di Cross-coupling?

Qual'è la simmetria degli orbitali molecolari del butadiene?

Descrivi e commenta la procedura dell'esperienza X

Cosa sono i DPI? Come si classificano? Come si possono reperire le informazioni sui prodotti chimici da impiegare?

Perchè è importante controllare la T nel corso delle reazioni organiche? Quali sistemi possiamo usare?

Come posso monitorare il decorso di una reazione organica?

Da cosa dipende la frequenza di un particolare moto di stretching? Quale approssimazione si usa? Da cosa dipende l'intensità e larghezza di un segnale IR?

Quali regioni possiamo identificare in uno spettro IR? Quali sono le bande caratteristiche dei gruppi OH, NH e CH?

Cosa può influenzare lo stretching del gruppo C=O?

Quale regione dello spettro elettromagnetico utilizza la settroscopia NMR? Che transizioni genera l'interazione della radiazione NMR con la materia?

Cosa è la frequenza di Larmor? Come posso ottenere le condizioni di assorbimento?

Quali sono i 3 parametri da considerare nell'analisi di uno spettro NMR?

Da cosa dipende il chemical shift di gruppi diversi? Perchè si misura in ppm e non in Hz? Perchè si usa il TMS (o composti analoghi) come riferimento?

Cosa è l'accoppiamento spin-spin? Come si determina la molteplicità di un segnale? Cosa sono due protoni equivalenti? Perchè posso avere equivalenza?

Commentare lo spettro ¹H-NMR del composto X

Quali sono le differenze tra spettroscopia 1H e 13C NMR?

Che tipo di solventi usiamo per l'analisi NMR?

Quale regione dello spettro elettromagnetico utilizza la settroscopia UV-vis? Che transizioni genera l'interazione della radiazione UV-vis con la materia?

Cosa sono trasmittanza ed assorbanza? Da cosa dipende A? Quali livelli energetici sono coinvolti negli spettri UV-vis? Perchè osserviamo bande?

L'aumento della coniugazionecome influenza lo spettro UV-vos? Fai un esempio

Quali sono le bande caratteristiche dei sistemi aromatici? Come vengono influenzate dai sostituenti?

Che differenza c'è tra gruppo cromoforo ed auxocromo?