CORSO DI LAUREA IN CHIMICA
Programma del corso di Chimica Organica II
Docente: Prof. Massimo Bietti
Parte Prima: Introduzione alla Sintesi Organica
Testo consigliato:
F. A. Carey, R. J. Sundberg Advanced Organic Chemistry Part B: Reactions
and Synthesis 5th edition, Springer, 2007
Attribuzione degli stati di ossidazione al C. Determinazione della variazione dello stato di
ossidazione nel corso di una reazione.
Cenni sui criteri di controllo delle reazioni, definizione dei concetti di chemoselettività,
regioselettività, stereoselettività e stereospecificità. Esempi.
Alchilazione di Enolati e di altri Nucleofili al Carbonio
Generazione e proprietà di enolati e di altri carbanioni stabilizzati. Generazione di enolati mediante
deprotonazione. Regioselettività e stereoselettività nella formazione di enolati a partire da chetoni
ed esteri. Altri metodi per la generazione di enolati. Effetti del solvente sulla struttura e reattività
degli enolati. Alchilazione degli enolati. Competizione tra C-alchilazione ed O-alchilazione.
Alchilazione di enolati altamente stabilizzati. Alchilazione di enolati di chetoni. Alchilazione di
aldeidi, esteri, acidi carbossilici, ammidi e nitrili. Generazione e alchilazione di dianioni.
Alchilazione intramolecolare di enolati. Controllo dell’enantioselettività nelle reazioni di
alchilazione: uso di N-acilossazolidinoni quali ausiliari chirali. Gli analoghi azotati degli enoli ed
enolati: enammine e anioni delle immine e degli idrazoni. (Capitolo 1: paragrafi 1.1, 1.2.1-1.2.6,
1.3).
Reazioni dei Nucleofili al Carbonio con i Composti Carbonilici
Reazioni di condensazione. Meccanismo generale. Controllo della regio- e stereoselettivita delle
reazioni aldoliche di aldeidi e chetoni. Reazioni aldoliche degli enolati di litio. Reazioni aldoliche
degli enolati di boro. Reazioni aldoliche degli enolati degli esteri e di altri derivati carbonilici.
Cenni sulla reazione di Mukaiyama. Reazioni aldoliche intramolecolari, anellazione di Robinson.
Reazioni di addizione di immine e ioni imminio. Reazione di Mannich. Reazioni di condensazione
catalizzate dalle ammine, reazione di Knoevenagel. Acilazione di nucleofili al carbonio. Reazioni di
condensazione di Claisen e Dieckmann. Acilazione di enolati e di altri nucleofili al carbonio.
Reazioni di olefinazione di nucleofili al carbonio stabilizzati. Reazione di Wittig. Modificazione di
Schlosser della reazione di Wittig. Reazione di Wadsworth-Emmons. Reazione di Horner-Wittig.
Reazioni di α-trimetilsililcarbanioni con composti carbonilici, reazione di Peterson. Reazione di
olefinazione di Julia. Reazioni che procedono attraverso addizione- ciclizzazione. Reazioni delle
ilidi dello zolfo. Addizione nucleofila-ciclizzazione di α-alogenoesteri, reazione di Darzens.
Addizione coniugata di nucleofili al carbonio, reazione di Michael. Addizione coniugata di enolati.
Processi tandem di addizione coniugata-alchilazione. Addizione coniugata di reagenti
organometallici. Addizione coniugata di cianuro. (Capitolo 2: paragrafi 2.1, 2.1.1, 2.1.2, 2.1.2.1,
2.1.2.2, 2.1.3, 2.1.4, 2.1.6, 2.2, 2.2.1, 2.2.3, 2.3, 2.3.1, 2.3.2, 2.4, 2.4.1, 2.4.1.1, 2.4.1.2, 2.4.2, 2.4.3,
2.5, 2.5.1, 2.5.2, 2.6, 2.6.1, 2.6.2, 2.6.5, 2.6.6).
Interconversione, Protezione e Deprotezione di Gruppi Funzionali mediante sostituzione
Conversione di alcoli in agenti alchilanti: solfonati e alogenuri alchilici, reazione di Mitsunobu.
Introduzione di gruppi funzionali mediante sostituzione nucleofila al carbonio saturo. Effetti del
mezzo. Nitrili, nucleofili all'ossigeno, all'azoto, allo zolfo e al fosforo. Scissione di legami carbonioossigeno in eteri ed esteri. Interconversione di derivati degli acidi carbossilici: acilazione degli
alcoli, esterificazione di Fischer, preparazione delle ammidi. Introduzione e rimozione di gruppi
protettori. Protezione di gruppi ossidrilici: acetali, eteri, silil eteri, esteri. Protezione di dioli.
Protezione di gruppi amminici, reazione di iodolattonizzazione (Cap. 4, par. 4.2.1). Protezione di
gruppi carbonilici. Protezione di acidi carbossilici, esteri e lattoni. (Capitolo 3: paragrafi 3.1, 3.1.1,
3.1.2, 3.2, 3.2.1-3.2.7, 3.3, 3.4, 3.4.1-3.4.3, 3.5, 3.5.1-3.5.4).
Addizioni Elettrofile a Doppi Legami Carbonio-Carbonio
Addizioni a doppi legami via organoborani. Idroborazione. Reazioni degli organoborani:
ossidazione, amminazione, alogenazione. (Capitolo 4: paragrafi 4.5.1, 4.5.2).
Riduzione di Legami Multipli Carbonio-Carbonio, Gruppi Carbonilici e altri Gruppi Funzionali
Addizione di idrogeno a legami multipli carbonio-carbonio. Utilizzo di catalizzatori eterogenei ed
omogenei nella idrogenazione di doppi legami carbonio-carbonio. Riduzione parziale di alchini.
Trasferimento di idrogeno dalla diimmide. Idrogenazione catalitica di gruppi carbonilici e di altri
gruppi funzionali. Reagenti donatori di idruro del III gruppo. Confronto della reattività dei comuni
reagenti donatori di idruro. Riduzione parziale di derivati degli acidi carbossilici. Riduzione di
immine e ammidi ad ammine. Riduzione di composti carbonilici α,β-insaturi. Stereoselettività della
riduzione con idruri: chetoni ciclici, chetoni aciclici, controllo della stereoselettività mediante
chelazione. Riduzione di altri gruppi funzionali ad opera dei reagenti donatori di idruro. Reazioni di
riduzione mediante donatori di atomo di idrogeno. Reazioni di riduzione mediante metalli disciolti.
Addizione di idrogeno: riduzione di chetoni ed enoni, riduzione di composti aromatici (riduzione di
Birch) ed alchini. Rimozione riduttiva di gruppi funzionali. Accoppiamento riduttivo di composti
carbonilici. Deossigenazione riduttiva di composti carbonilici. Riduzione del gruppo carbonilico a
metilene: reazione di Clemmensen, reazione di Wolff-Kishner, riduzione di tosilidrazoni di chetoni
α,β-insaturi. Riduzione di composti carbonilici ad alcheni, reazione di Shapiro. (Capitolo 5:
paragrafi 5.1, 5.1.1, 5.1.2, 5.1.4, 5.2, 5.3.1, 5.3.2, 5.3.4, 5.5, 5.6, 5.6.1-5.6.3, 5.7, 5.7.1, 5.7.2)
Reazioni di Cicloaddizione
Reazioni di Diels-Alder: caratteristiche generali, effetto dei sostituenti, catalisi da acidi di Lewis,
scopo e applicazioni sintetiche, reazioni intramolecolari. Reazioni di cicloaddizione 1,3-dipolari:
regioselettività e stereochimica, applicazioni sintetiche, catalisi da acidi di Lewis. Cicloaddizioni
[2+2] e reazioni correlate per la sintesi di ciclobutani. Reazioni di cicloaddizione tra cheteni ed
alcheni. Formazione di ciclobutani attraverso processi non concertati. Reazioni fotochimiche di
cicloaddizione: reazioni inter- ed intramolecolari di alcheni e dieni, reazioni tra enoni ed alcheni,
reazioni tra composti carbonilici ed alcheni (reazione di Paterno-Buchi). (Capitolo 6: paragrafi
6.1.1-6.1.4, 6.1.7, 6.2, 6.2.1-6.2.3, 6.3, 6.3.1, 6.3.2). Per un approfondimento sulle reazioni di
cicloaddizione vedi anche: F. A. Carey, R. J. Sundberg Advanced Organic Chemistry Part A:
Structure and Mechanisms 5th edition, Springer, 2007. In particolare Capitolo 10: paragrafi 10.1
(caratteristiche generali delle reazioni di cicloaddizione), 10.2.1-10.2.3 (reazioni di Diels-Alder),
10.3 (cicloaddizioni 1,3-dipolari), 10.4 (cicloaddizioni [2+2]).
Reagenti Organometallici del Li e Mg
Preparazione e proprietà dei reagenti di organomagnesio. Preparazione e proprietà dei reagenti di
organolitio: preparazione utilizzando litio metallico, mediante litiazione, mediante scambio
alogeno-metallo, mediante scambio metallo-metallo. Reazioni dei composti di organomagnesio e
organolitio: reazioni con agenti alchilanti, reazioni con composti carbonilici. Stereoselettività
nell'addizione a chetoni. (Capitolo 7: paragrafi 7.1, 7.1.1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2).
Reazioni che Coinvolgono Carbeni, Nitreni ed Intermedi Correlati
Struttura e proprietà dei carbeni. Carbeni singoletto e tripletto, specie carbenoidi. Reattività dei
carbeni. Metodi per la generazione dei carbeni: da diazo composti, da solfonilidrazoni, da diazirine,
mediante α-eliminazione da alogenuri e da composti di organomercurio. Reazioni di addizione.
Ciclopropanazione con reagenti di alogenometilzinco, reazione di Simmons-Smith.
Ciclopropanazione catalizzata da metalli di transizione. Altri metodi per la ciclopropanazione.
Reazioni di inserzione. Reazioni di trasposizione. Reazioni correlate: trasposizione di Wolff.
Proprietà e reazioni dei nitreni. Reazioni correlate: trasposizioni di Curtius, Hofmann, Schmidt e
Beckmann. (Capitolo 10: paragrafi 10.2, 10.2.1-10.2.3, 10.2.3.1-10.2.3.4, 10.2.4, 10.2.6-10.2.9).
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Ossidazioni
Ossidazioni di alcoli ad aldeidi, chetoni o acidi carbossilici. Ossidanti basati su metalli di
transizione: reagenti del cromo, manganese e rutenio. Ossidazioni mediate da DMSO, ossidazione
di Swern. Ossidazioni mediante il reattivo di Dess-Martin. Ossidazioni mediante ioni ossoammonio.
Addizione di ossigeno a legami multipli carbonio-carbonio. Ossidanti basati su metalli di
transizione. Preparazione di 1,2-dioli e 1,2-dioni (reagenti del manganese, rutenio ed osmio).
Epossidazione di alcheni e alcoli allilici (reagenti del vanadio e titanio), epossidazione asimmetrica
di Sharpless. Epossidazione di alcheni mediante reagenti perossidici: impiego di perossiacidi, acqua
ossigenata, diossirano. Trasformazione successive degli epossidi: apertura nucleofilica e solvolitica,
apertura riduttiva, trasposizione a composti carbonilici, apertura base-catalizzata a dare alcoli
allilici. Scissione ossidativa dei doppi legami carbonio-carbonio: mediante ossidanti basati su
metalli di transizione, mediante ozonolisi. Ossidazione di aldeidi e chetoni: mediante reagenti del
cromo e manganese, mediante reagenti perossidici (ossidazione di Baeyer-Villiger), mediante SeO2.
Ossidazione di metil chetoni mediante reazione con alogeni in ambiente alcalino. Scissione
ossidativa di gruppi funzionali: scissione di 1,2-dioli, decarbossilazione ossidativa, reazione di
Hunsdiecker. Ossidazioni a carboni non funzionalizzati. (Capitolo 12: paragrafi 12.1, 12.2.112.2.3, 12.4, 12.5.1, 12.5.2.1, 12.5.3, 12.6, 12.7).
Esempi di Sintesi Multistadio
Progettazione ed analisi sintetica. Cenni di analisi retrosintetica. Sintoni. Sintesi lineari e
convergenti. Definizione di equivalenti sintetici, umpolung. Esempi. Controllo della stereochimica.
Sintesi illustrative. Juvabione: con disconnessione a 4-metossiacetofenone (K. Mori et al. 1968,
Schemi 13.3 e 13.4), con disconnessione a limonene (B. A. Pawson et al. 1970, Schemi 13.6 e
13.7). Longifolene: con disconnessione al chetone di Wieland-Miescher (E. J. Corey et al. 1964,
Schemi 13.23 e 13.24. J. E. McMurry et al. 1972, Schema 13.25). (Capitolo 13: paragrafi 13.1,
13.2.1, 13.2.2).
Parte Seconda: Biomolecole
Testi consigliati:
W. H. Brown, C. S. Foote, B. L. Iverson Chimica Organica 3a edizione,
EdiSES, 2005
K. P. C. Vollhardt, N. E. Schore Chimica Organica 3a edizione, Zanichelli,
2005
Lipidi
Definizione. Acidi grassi. Trigliceridi. Indurimento degli oli. Saponi e detergenti. Prostaglandine.
Terpeni. Steroidi. Fosfolipidi. Vitamine Liposolubili (A, D, E, K). (Brown, Capitolo 5: paragrafo
5.4. Capitolo 26: paragrafi 26.1-26.6).
Carboidrati
Definizione. La nomenclatura e le strutture dei carboidrati. Le conformazioni e le forme cicliche
degli zuccheri. Gli anomeri degli zuccheri semplici: la mutarotazione del glucosio. Ossidazione ad
acidi carbossilici: acidi aldonici ed acidi aldarici. Scissione ossidativa degli zuccheri. Riduzione ad
alditoli. Reazioni con fenilidrazina: fenilidrazoni e fenilosazoni. Formazione di esteri ed eteri: i
glicosidi. La costruzione e la degradazione graduali degli zuccheri: sintesi di Kiliani-Fischer,
degradazioni di Ruff e Wohl. Le configurazioni relative degli aldosi: dimostrazione di Fischer.
Disaccaridi: saccarosio, maltosio, cellobiosio, lattosio. Polisaccaridi: cellulosa, amido, glicogeno.
(Vollhardt, Capitolo 24: paragrafi 24.1-24.12).
Composti eterociclici
Nomenclatura. Composti eterociclici non aromatici. Struttura e proprietà degli eterociclopentadieni
aromatici: pirrolo, furano, tiofene. Sintesi di Paal-Knorr e sue varianti. Sintesi di Knorr. Reazioni
degli eterociclopentadieni aromatici. Sostituzione elettrofila aromatica: regio selettività, confronto
con il benzene. Proprietà acido-base del pirrolo. Derivati benzencondensati: indolo, benzofurano,
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benzotiofene: reazioni di sostituzione elettrofila aromatica. Azoli. Struttura e proprietà acido-base
dell’imidazolo. Piridina. Struttura e proprietà acido-base. Sintesi di Hantzsch. Reazioni della
piridina. Sostituzione elettrofila aromatica. Sostituzione nucleofila aromatica: reazione di
Chichibabin, reazione con reattivi di Grignard o litiorganici, sostituzioni con gruppo uscente
alogeno. Diazine. Pirimidina. Purina. Benzopiridine: chinolina e isochinolina. Reazioni di
sostituzione aromatica.
(Vollhardt, Capitolo 25: paragrafi 25.1-25.7).
Amminoacidi, peptidi, proteine e acidi nucleici
Struttura e proprietà acido-base degli amminoacidi. Punto isoelettrico. Sintesi degli amminoacidi:
sintesi di Gabriel, sintesi di Strecker, sintesi via bromurazione di Hell-Volhard-Zelinsky seguita da
amminazione. Peptidi e proteine: legame peptidico, estremità N- e C-terminale. Struttura primaria e
secondaria, α-elica e foglio pieghettato. Struttura terziaria e quaternaria. Determinazione della
struttura primaria. Sequenziamento degli amminoacidi: metodo di Sanger, degradazione di Edman.
Scissione delle catene polipeptidiche con enzimi idrolitici. Sintesi dei polipeptidi. Sintesi in fase
solida di Merrifield. Acidi nucleici: DNA ed RNA. Basi puriniche e pirimidiniche, nucleosidi e
nucleotidi. La doppia elica del DNA. La replicazione del DNA. Cenni sulla sintesi delle proteine:
trascrizione e traduzione, RNA messaggero ed RNA transfer.
(Vollhardt, Capitolo 26: paragrafi 26.1-26.10).
L'esame è basato su di una prova scritta ed una orale e durante lo svolgimento del corso sono
previste due prove in itinere (scritte).
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