RICHIAMI DI CHIMICA DI BASE

CdL in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche
Insegnamento: Chimica Organica I
Codice Insegnamento: 30603
Totale Crediti: 10 CFU
Obiettivo del corso: Il corso si propone di fornire le basi per la comprensione della
Chimica Organica (prima parte) attraverso l’esame delle reazioni che coinvolgono i
vari gruppi funzionali.
Docente: Chiacchio Ugo
RICHIAMI DI CHIMICA DI BASE.
Configurazione elettronica degli elementi e regola dell’ottetto. Spin elettronico, principio di esclusione di Pauli
e principio della massima molteplicità.
Legami chimici: ionico e covalente (omopolare, polare e dativo). Legame polarizzato e polarità delle
molecole. Forza ed energia di legame. Lunghezza ed angolo di legame. Carica formale e numero di
ossidazione di atomi nei composti organici.
Orbitali atomici e molecolari. Orbitali HOMO e LUMO. Orbitali ibridi sp 3, sp2, sp.Legami  e .
Interazioni molecolari: Forze inter- ed intramolecolari: Interazioni dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto,
legame ad idrogeno e di van der Waals. Proprietà fisiche di rilievo delle molecole organiche: punti di fusione
ed ebollizione, solubilità.
Definizione di risonanza e regole per scrivere le strutture di risonanza. Effetti induttivi e mesomerici.
Definizione di acido e di base secondo le teorie di Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Scale di acidità e
basicità.
GRUPPI FUNZIONALI, CLASSI DI COMPOSTI ORGANICI E NOMENCLATURA
Descrizione dei gruppi funzionali. Classi di composti organici. Nomenclatura e caratteristiche chimico-fisiche.
ELEMENTI DI STEREOCHIMICA.
Classificazione: isomeria costituzionale e stereoisomeria. Diastereomeri ed enantiomeri. Differenze di natura
conformazionale (Proiezioni di Newman) e configurazionale. Stereoisomeria ottica e geometrica. Centri, assi
e piani stereogenici. Chiralità molecolare ed elementi che la determinano (centri, assi e piani). Miscele
racemiche e scalemiche. Descrittori di configurazione cis/trans, E/Z, R/S. Regole di priorità di Cahn-IngoldPrelog. Rappresentazione di strutture mediante proiezioni di Fischer (regole per la loro corretta scrittura e
manipolazione). Mesoforme. Centri pseudoasimmetrici (descrittori di configurazione r/s). Epimeri. Proprietà
scalari e pseudoscalari (attività ottica, eccesso enantiomerico, purezza ottica). Configurazione relativa di
centri asimmetrici: descrittori D/L, eritro/treo, sin/anti, eso/endo. Cenni sulla risoluzione di enantiomeri.
LE REAZIONI DELLA CHIMICA ORGANICA.
Grandezze termodinamiche coinvolte nelle reazioni: variazioni di energia libera, entalpia ed entropia,
equazione di Gibbs. Diagrammi energetici che descrivono le variazioni di queste grandezze in funzione della
coordinata di reazione. Grandezze cinetiche implicate nelle reazioni organiche: costanti di velocità ed energie
di attivazione. Ordine di reazione. Relazione tra costanti di velocità e costante di equilibrio.
Scissione omolitica ed eterolitica dei legami. Reazioni di Addizione, sostituzione, eliminazione, Reazioni
pericicliche e reazioni di riarrangiamento: definizioni.
Possibili meccanismi implicati: reazioni radicaliche, reazioni polari elettrofilo-nucleofilo, reazioni pericicliche.
Reazioni elementari e composte, monomolecolari e bimolecolari.
3 CFU
Idrocarburi
Alcani e Cicloalcani: analisi
conformazionale e tensione d’anello (calore di combustione)
Stereoisomeria dei ciclo alcani (decalina)
Reazioni Radicaliche:
Alogenazione di alcani. Meccanismo radicalico: stadio di attivazione (scissione omolitica di un legame
dell’iniziatore), di propagazione e di terminazione della reazione. Regioselettività della sostituzione. Stabilità di
radicali alchilici. Principio della reattività-selettività, postulato di Hammond, interpretazione della diversa
selettività tra reazioni di clorurazione e bromurazione.
Sintesi di alcani e cicloalcani: idrogenazione degli alcheni, riduzione degli alogenuri alchilici, sintesi di CoreyHouse
Progettazione di una sintesi.
Alcheni:
Reazioni di Addizione: Addizione di acidi alogenidrici, acido solforico, acqua, bromo, cloro: meccanismi di
reazione e stereochimica. Reazioni stereospecifiche e stereo selettive. Formazione di aloidrine. Ozonolisi.
Reazioni di ossidazione e riduzione (calore di idrogenazione). Stabilità degli alcheni. Addizione radicalica di
acido bromidrico. Radicale allilico e catione allilico: descrizione, stabilità e risonanza. Clorurazione e
bromurazione allilica
Sintesi: deidroalogenazione di alogenuri alchilici, deidratazione degli alcoli, dealogenazione dei dibromuri
vicinali.
Progettazione di una sintesi.
Alchini
Acidità e sostituzione degli idrogeni acetilenici degli alchini terminali
Reazioni: Idrogenazione (addizioni sin ed anti); addizione di alogeni, di acidi alogenidrici e di acqua
(tautomeria cheto-enolica). Reazioni di ossidazione.
Sintesi degli alchini.
Progettazione di una sintesi.
Dieni e polieni:
conformazioni e stabilità. Addizione 1,2 ed 1,4 (controllo cinetico e termodinamico).
Reazione di Diels-Alder.
Progettazione di una sintesi.
Aromaticità
Struttura e stabilità del benzene. Regola di Hückel: annuleni e ioni aromatici. Composti aromatici, antiaromatici
e non aromatici. Composti policiclici aromatici: naftalene, antracene, fenantrene, pirene e benzo[a]pirene.
Sostituzione Elettrofila Aromatica
Reazioni e meccanismi di: alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts.
Effetto dei sostituenti su reattività ed orientamento. Alchil benzeni: Radicali e cationi benzilici. alogenazione in
catena laterale ed ossidazione. Progettazione di una sintesi.
Composti monofunzionali
Alogenuri alchilici e vinilici
Carattere elettrofilo del carbonio legato all’alogeno nei derivati alchilici. Reazioni di Sostituzione Nucleofila ed
Eliminazione: Definizioni, termodinamica, cinetica, meccanismi di reazione, stereochimica e fattori che
influenzano la velocità delle reazioni SN2 ed SN1, E2 ed E1. Competizione tra sostituzione ed eliminazione.
Alogenuri allilici e benzilici nelle reazioni di sostituzione nucleofila
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Alcoli
Reazioni proprietà acido-base. con: acidi alogenidrici, cloruro di tionile, cloruro di metansolfonile, cloruro di
tosile, cloruro di trimetilsilile, tribromuro di fosforo
Preparazioni (idratazione degli alcheni, ossimercuriazione-demercuriazione, idroborazione-ossidazione,
sostituzione con ossidrili: meccanismi e stereochimica)
Eteri
Scissione degli eteri
Sintesi degli eteri: deidratazione intra- ed intermolecolare degli alcoli, alchilazione degli alcoli, sintesi di
Williamson
Epossidi Sintesi e reazioni (Ossidrilazione anti degli alcheni) Condensazione di Darzens
Fenoli: Reazioni (acidità e basicità, reazione di Reimer e Tieman e di Kolbe. Trasposizione di Claisen)
Preparazioni.
Alogenuri arilici: (SNAr): addizione-eliminazione; eliminazione-addizione; delegata; catalizzate da Cu o Cu(I).
Aldeidi e chetoni
Addizioni Nucleofile al Gruppo Carbonilico: Addizione al doppio legame carbonio-ossigeno di: acqua
formazione di diolo geminali), alcoli (formazione di emicetali e di acetali in presenza acidi anidri), ammoniaca e
suoi derivati (formazione di immine ed enammine), idrazina (riduzione di Wolff-Kishner), acido cianidrico,
sodio bisolfito, ilidi (reazione di Wittig), reagenti organometallici ([alchil litio, Grignard, alchilacetiluri],
reazione di Reformatsky): Aspetti meccanicistici e stereochimici. Reazione di Cannizzaro
Riduzione ad alcoli con idruri o con idrogeno in presenza di catalizzatori metallici: riduzione a metileni
(Clemensen e Wolff-Kishner). Ossidazione con potassio permanganato, ossido di argento e perossiacidi
(ossidazione di Baeyer-Villiger). Acidità degli idrogeni in  al gruppo carbonilico, Tautomeria cheto-enolica,
Carattere elettrofilo del carbonio carbonilico e nucleofilo dello ione enolato. Formazione di dello ione enolato
da chetoni non simmetrici: controllo cinetico e termodinamico della loro reazione di alchilazione.
Racemizzazione. Alogenazione dei chetoni e delle aldeidi (meccanismo catalizzato sia da acidi che da basi).
Reazione aloformica. Uso di enammine per achilazioni selettive di chetoni non simmetrici. Reazione di Meyers;
Ditiani e Cianidrine come carbanioni (acil anioni). Generazione ed alchilazione dei dianioni. Generazione ed
alchilazione delle enammine e degli anioni amminici. Carbanioni da immine e da idrazoni). Condensazioni
aldoliche catalizzate dalle basi e dagli acidi, reazione di Claisen-Schmidt. Anellazione di Robinson.
Condensazioni con nitroalcani e nitrili (Thorpe e Thorpe-Zigler). Sintesi delle aldeidi: [ossidazione di alcoli
primari e dei gruppi aril metilici, idratazione degli alchini, ozonolisi degli alcheni], riduzione controllata di
cloruri acilici, esteri e nitrili.
Sintesi dei chetoni: [ossidazione di alcoli secondari, ozonolisi degli alcheni, acilazione di Friedel-Crafts,
idratazione degli alchini], addizione di litio dialchilcuprati a cloruri acilici ed addizione di reattivi di organo litio
o Grignard ai nitrili.
Acidi carbossilici
Reattività: Acidità (Fattori che influenzano l’acidità degli idrogeni carbossilici e l’acidità degli idrogeni in
posizione  nei loro derivati) e basicità (Fattori che influenzano la basicità dell’ossigeno carbonilico dei
derivati), Sostituzione Nucleofila al Carbonio Acilico (meccanismo e scala di reattività dei derivati degli acidi).
Reazione di idrolisi in ambiente acido e basico dei derivati degli acidi. Reazione di Hell-Volhard-Zelinski,
Alchilazione in . Omologazione di acidi carbossilici. Degradazioni (reazione di Hundsdiecker)
Sintesi di: acidi carbossilici (ossidazione degli alcooli primari ed di aldeidi, ozonolisi di alcheni bisostituiti e di
alchini, addizione dei composti organo-metallici a CO2) cloruri acilici, anidridi, esteri lattoni, ammidi, lattami,
nitrili. Derivati dell’acido carbonico e decarbossilazione
Derivati degli acidi (Cloruri, anidridi, esteri, ammidi e nitrili)
Alogenuri acilici
sintesi (acidi carbossilici con cloruro di tionile, o PX3 o PX5, trans alogenazione)
Reazioni: riduzioni Rosemund, LiAl(OR)3H, LiAlH4
Anidridi
Sintesi alogenuri acilici con carbosssilati, anidride acetica con acidi carbossilici, disidratazione di acidi
carbossilici,
Esteri
Sintesi (Reazione di Fischer, reazione con diazometano, trans esterificazione; reazione di Bayer –Villinger.
Reazioni:con ammoniaca o ammine prim. e sec; riduzioni: con DIBAL-H, LiAlH4.
Ammidi: sintesi( pirolisi di carbossilati di ammonio, alogenuri acilici o anidridi con ammoniaca o ammine prim
e sec (reazione di Schotten-Baumann; idrolisi parziale dei nitrili, degradazione di Hofman,, Curtius.Reazioni:
trans amminazione riduzione con LiAlH4, e altri agenti riducenti
Nitrili: Sintesi (reazione di sostituzione di alogenuri alchilici con cianuro. disidratazione di ammidi primarie,
disidratazione delle ossime con anidride acetica).Reazioni: addizione di alcooli (imminoesteri), di ammine
(ammidine), riduzione con LiAlH4, H2, DIBAL-H.
Ammine alifatiche e aromatiche
Reazioni: Proprietà acido-base. Fattori che ne influenzano la basicità (effetti di solvatazione, di
delocalizzazione di elettroni pi-greco, stato di ibridazione dell’azoto, effetti induttivi e mesomerici di
sostituenti). Proprietà nucleofile dell’azoto: alchilazione, acilazione, ossidazione, nitrosazione.
Eliminazioni di Hofmann e di Cope. Saggio di Hinsberg. Sali di diazonio aromatici e loro applicazioni
(Reazioni di Sandmeyer e di Schiemann. Diazocopulazione
Sintesi: ammonolisi degli alogenuri, alchilazione di immidi (sintesi di Gabriel), riduzione di
nitrocomposti, ammidi e nitrili, amminazione riduttiva, trasposizioni di Hofmann e di Curtius e di
Schmidt.
Composti bicarbonilici
Acidi bicarbossilici: comportamento termico. Reazioni: Sintesi acetoacetica e sintesi malonica. Come intermedi
di sintesi: Alchilazioni dirette degli esteri. Reazioni di Mannich e di Stork.
Condensazioni di Claisen, di Dieckmann.
Composti organometallici.
Struttura, nomenclatura e proprietà fisiche. Carattere basico e nucleofilo del carbonio legato al metallo.
Composti organo litio; reattivi di Grignard; composti organo zinco; composti organo rame, composti organo
palladio.
Idrossialdeidi e idrossichetoni
Condensazione aciloinica e bezoinica. Effetto del calore.
Idrossi acidi
idrolisi di -alocarbossilici, idrolisi di cianidrine Formazione di lattoni
Composti carbonilici -insaturi
Reazioni: Addizioni nucleofile di composti azotati, ossigenati, e carboniosi (addizione di Michael). Addizione
normale e coniugata.
Sintesi: Condensazione di Knoevenagel, di Perkin, , Stobbe
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Testi consigliati: a) CHIMICA ORGANICA a cura di Bruno Botta, Autori: Appendino. Botta, Cacchi,
Chiacchio, Corsaro, … Taddei. Ed. Edi-Ermes (Milano) ISBN 978-88-7051-327-1. b) W. H. Brown;
c) P. Y. Briuce; d) K. Peter e C. Vollhardt; e) A. Streitwieser, C. H. Heathcock; f) Norman e Coxon;
Propedeuticità: Chimica Generale
Svolgimento dell’esame: l’esame si articola in una prova scritta ed una orale. La prova scritta sarà basata
sulla nomenclatura di semplici composti organici, sulla acidità e basicità, sulla sintesi di composti organici a
più stadi e sulla individuazione di alcuni dei meccanismi organici studiati durante il corso. Per accedere alla
prova orale occorre aver superato la prova scritta.