Programma

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CATANIA
CORSO DI LAUREA IN CHIMICA
PROGRAMMA DEL CORSO DI CHIMICA ORGANICA 1
E LABORATORIO
(10 CFU )
Anno Accademico 2012/2013
Prof. Domenico Sciotto
PARTE TEORICA ( 7 CFU )
LEGAME COVALENTE E GEOMETRIA MOLECOLARE. LA TEORIA DELLA
RISONANZA. Il campo della Chimica Organica. L’atomo e la sua struttura elettronica. Le
strutture di Lewis degli atomi. Il modello di legame di Lewis. Il legame covalente puro e
polarizzato. La scala di elettronegatività di Pauling. Dipoli. Le strutture di Lewis di molecole La
regola dell’ottetto e le sue eccezioni. La geometria delle molecole: teoria VSEPR. La doppia natura
dell’elettrone: particella e onda. L’equazione d’onda. La forma degli orbitali. La formazione del
legame covalente. Teoria degli Orbitali Molecolari. La teoria del Legame di Valenza. L’bridazione :
sp3, sp2, sp. La formazione dei legami covalenti secondo la teoria degli Orbitali Molecolari
utilizzando orbitali ibridi. La teoria della risonanza.
ALCANI. Classificazione degli Idrocarburi. Struttura degli alcani. Isomeria costituzionale.
Nomenclatura comune e nomenclatura IUPAC. I gruppi alchilici. I Cicloalcani. I Bicicloalcani. Le
conformazioni di alcani e cicloalcani. Proprietà fisiche. Le fonti degli alcani. Le reazioni.
STEREOCHIMICA. Metodi di rappresentazione tridimensionale delle molecole. Conformazioni.
Interazioni steriche. Chiralità. Esempi di oggetti e molecole chirali e achirali. Enantiomeri.
Stereocentri. La convenzione R,S. Le regole di priorità di Cahn, Ingold e Prelog. Isomeria. Isomeri
costituzionali. Stereoisomeria: enantiomeri e diastereoisomeri. Miscele racemiche. Molecole con
più di uno stereocentro. Forme meso. Acidi tartarici. La presenza di stereocentri e la chiralità.
Molecole intrinsecamente chirali. Gli alleni: struttura e chiralità. La generazione di strutture chirali.
La bromurazione del butano. Meccanismo. Stabilità di radicali alchilici. Iperconiugazione. Facce
omotopiche ed enantiotopiche. Le proprietà chimiche e fisiche degli enantiomeri. Luce polarizzata.
Attività ottica.. Rotazione specifica. Il polarimetro. La chiralità in biologia. Come un enzima
distingue due enantiomeri: il modello di Ogston. Risoluzione enantiomerica. Purezza ottica ed
eccesso enantiomerico. Simbologia degli enantiomeri.
ALCHENI. La struttura del doppio legame: legame di valenza e metodo degli Orbitali molecolari.
Lunghezze di legame. Energie di dissociazione. Isomeria cis-trans. La nomenclatura IUPAC e i
nomi comuni. Il sistema (E),(Z). Nomenclatura nei cicloalcheni e nei dieni. Gli stereoisomeri nei
dieni o polieni. I terpeni. Meccanismi di reazione nelle reazioni organiche: energia di attivazione,
coordinata di reazione. La chimica degli alcheni. Addizioni elettrofile al doppio legame. Addizione
di acidi alogenidrici. Addizione di H2O. Regioselettività : regola di Markovnikov. Carbocationi e
relativa stabilità. Riarrangiamento dei carbocationi. Addizione elettrofila di Cloro e Bromo. Ioni
Alonio. Stereoselettività. Stereochimica di reazioni di alcheni con formazione di stereocentri.
Stereospecificità. Addizione di alogeni in presenza di acqua: le Aloidrine. Ossimercuriazione.
Stereoselettività e Regioselettività. Idroborazione-ossidazione. Regio- e stereoselettività.
Ossidazione degli alcheni. Riduzione. Calori di idrogenazione. I Dieni. Classificazione.
Stabilizzazione dei dieni coniugati. Addizioni radicaliche agli alcheni. Polimerizzazione.
ALOGENURI ALCHILICI. Nomenclatura IUPAC. Nomi comuni. Importanza e utilizzazione
degli alogenuri alchilici. Proprietà fisiche.. Lunghezza e forza dei legami Carbonio-Alogeno.
Metodi di preparazione. Regioselettività nell’alogenazione degli alcani. . Il postulato di Hammond.
L’alogenazione allilica. Il radicale allile. Reazione con N-Bromo-succinimmide.
REAZIONI DI SOSTITUZIONE NUCLEOFILA ALIFATICA. Nucleofili. Nucleofilicità e
Basicità. La reazione di sostituzione nucleofila. I solventi protici e aprotici, polari e apolari. I
meccanismi SN1 e SN2 . Leggi cinetiche. Nucleofili e solventi protici e aprotici. La sostituzione
nucleofila su uno stereocentro: decorso stereochimico delle reazioni SN1 e SN2. La struttura
dell’alogenuro nella competizione SN1 e SN2 . Gli alogenuri allilici. Il carbocatione allile. I
carbocationi allilici: stabilità. Il gruppo uscente. Ruolo del solvente nelle reazioni SN1 e SN2. I
riarrangiamenti. La catalisi per trasferimento di fase.
REAZIONI DI ELIMINAZIONE. Meccanismi E1 ed E2. Regioselettività. Stereoselettività. La
regola di Zaitsev. Competizione tra SN1 ed E1. Competizione tra SN2 ed E2. Effetti del solvente, del
nucleofilo.
COMPOSTI ORGANOMETALLICI. Nomenclatura. Struttura elettronica. Il legame CarbonioMetallo. Preparazione. Reattivi di Grignard. Reattività con H2O e con acidi protici. Reazione con
anidride carbonica.
ALCHINI. Nomenclatura IUPAC e nomi comuni. Struttura del triplo legame. Proprietà fisiche.
Acidità. Sintesi di alchini terminali mediante acetiluri. Formazione del triplo legame:
deidroalogenazione. Sintesi di alleni. Riduzione del triplo legame. Riduzione catalitica.
Catalizzatore di Lindlar. Stereoselettività. Riduzione chimica. Stereoselettività. Idroborazione.
Addizioni elettrofile di Br2, Cl2. Addizione di acidi alogenidrici. Carbocatione vinilico. Idratazione.
Regio- e stereoselettività.
ALCOLI E TIOLI. Nomenclatura IUPAC e nomi comuni. Struttura. Proprietà fisiche. Legame
idrogeno. Comportamento chimico degli alcoli. Acidità. Basicità. Formazione di alcolati. Sintesi di
Williamson degli eteri. Formazione di esteri. I gruppi tosilato e mesilato. Conversione in alogenuri
alchilici: reazioni con HCl, HBr e HI, con PBr3, con SOCl2. Disidratazione intramolecolare degli
alcoli catalizzata da acidi. Dioli. Riarrangiamento pinacolico. Ossidazione degli alcoli primari e
secondari. Ossidazione dei glicoli con acido periodico. Tioli. Sintesi. Acidità dei tioli. Ossidazione
dei tioli.
ETERI E SOLFURI. Nomenclatura IUPAC. Nomi comuni. Eteri ciclici. Tioeteri. Nomenclatura.
Proprietà fisiche degli eteri. Sintesi di eteri. Sintesi di Williamson. Disidratazione intermolecolare
di alcoli catalizzata da acidi. Addizione di alcoli agli alcheni catalizzata da acidi. Sintesi di tioeteri.
Reattività degli eteri. Scissione con acidi alogenidrici concentrati. Formazione di idroperossidi.
Eteri come gruppi protettori. Eteri corona. Ossidazione dei solfuri.
EPOSSIDI. Nomenclatura. Struttura. Sintesi. Epossidazione di alcheni con peracidi.
Stereoselettività. Sintesi mediante Aloidrine. Reattività degli epossidi. Apertura dell’anello
mediante catalisi acida e mediante reazione con nucleofili. Epossidi come intermedi nella sintesi
organica.
ALDEIDI E CHETONI. Nomenclatura IUPAC e nomi comuni. Struttura del gruppo carbonilico:
metodo dell’orbitale di valenza. Metodo dell’orbitale molecolare. Cenni su orbitali di frontiera
(HOMO e LUMO). Proprietà fisiche. Addizione di nucleofili al carbonio: reattivi di Grignard,
acetiluri, acido cianidrico. Reazione di Wittig. Addizione di acqua. Addizione di alcoli: emiacetali
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ed acetali. Addizione di nucleofili all’azoto: immine, enammine, idrazoni, ossime. L’acidità dei
protoni in : tautomeria cheto-enolica. Reazioni al carbonio in : racemizzazione, deuterazione,
alogenazione, reazione aloformica. Ossidazione. Riduzione. Formazione di ioni enolato.Reazione
aldolica acido e base catalizzata. Reazioni aldoliche incrociate.
ACIDI CARBOSSILICI. Nomenclatura IUPAC. Nomi comuni. Proprietà fisiche. Legami
idrogeno. Acidità. Reazioni con basi. Riduzione. Esterificazione di Fischer. Formazione di esteri
metilici mediante diazometano. Trasformazione in alogenuri acilici. Decarbossilazione di chetoacidi e dell’acido malonico.
DERIVATI DEGLI ACIDI. Struttura e Nomenclatura. Alogenuri acilici, Anidridi, Esteri, Lattoni,
Ammidi, Lattami, Immidi, Nitrili. Acidità di ammidi, Immidi Solfonammidi. Reattività.
Sostituzioni Nucleofile Aciliche. Reazioni di idrolisi. Reazioni con alcoli. Condensazione di Claisen
dell’acetato di etile (sintesi dell’estere acetoacetico).
COMPOSTI AROMATICI. Il benzene. Teoria della risonanza. Teoria degli orbitali molecolari.
Energia di risonanza. Nomenclatura. Sostituzioni elettrofile aromatiche. Il meccanismo di reazione.
Alogenazione, Nitrazione, Solfonazione, Alchilazioe ed Acilazione di Friedel Crafts. Benzeni di- e
polisostituiti. L’effetto Mesomero. Teoria degli effetti attivanti e disattivanti. Teoria degli effetti
orientanti. Criteri di Huckel per l’aromaticità. Idrocarburi aromatici. Composti eterociclici
aromatici. Ioni idrocarbonici aromatici. Composti antiaromatici Il metodo di Frosti. I fenoli.
Acidità. Effetto dei sostituenti sull’acidità. Reazioni acido-base. Sintesi di alchil-aril-eteri..
Ossidazione dei fenoli.
AMMINE. Struttura e classificazione. Nomenclatura IUPAC e nomi comuni. Chiralità. Inversione
piramidale. Proprietà fisiche. Basicità. Ammine alifatiche, ammine aromatiche, ammine
eterocicliche. Alchilazione dell’ammoniaca e delle ammine. Alchilazione dello ione azoturo.
Reazioni con HNO2. Nitrosoammine. Sali di diaconio. Utilizzazione dei sali di diazonio. Reazione
di Schiemann. Reazione di Sandmeyer.
LABORATORIO ( 3 CFU )
Sicurezza nel laboratorio di Chimica Organica. Vetreria e strumentazione. Solidi e liquidi: pesare,
prelevare, trasferire. Filtrazione: per gravità, a caldo, sotto vuoto. Reazioni: apparati, aggiunte,
atmosfera inerte, controllo della temperatura, rimozione dell’acqua. Solventi: proprietà, miscibilità,
anidrificazione. Work-up delle reazioni: estrazioni, purificazione, cristallizazione, distillazione,
cromatografia TLC, semipreparativa, preparativa, spettroscopia I.R.
Esperienze:
-Estrazione Acido Benzoico/Benzofenone;
-Cristallizzazione Acido Benzoico;
-Distillazione semplice di soluzioni alcoliche;
-Sintesi e purificazione dell’aspirina.
-TLC
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