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DIPARTIMENTO DI SCIENZE CHIMICHE
Corso di laurea in Chimica
Anno accademico 2016/2017 - 1° anno
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO M - Z
12 CFU - 2° semestre
Docenti titolari dell'insegnamento
SALVATORE FOTI - Modulo CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
Email: [email protected]
Ediﬁcio / Indirizzo: Dipartimento di Scienze Chimiche - Viale A. Doria, 6
Telefono: 095 7385027
Orario ricevimento: da lunedì a venerdì previo appuntamento
VERA MUCCILLI - Modulo CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
Email: [email protected]
Ediﬁcio / Indirizzo: Dipartimento Scienze Chimiche, V. Le A. Doria 6
Telefono: 095 7385029 - 5041
Orario ricevimento: Tutti i giorni previo appuntamento
OBIETTIVI FORMATIVI
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
Conoscenza di base dei composti organici, della loro struttura tridimensionale e dei loro
meccanismi di reazione.
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
Il corso fornisce conoscenza delle fondamentali nozioni di sicurezza da adottare in un laboratorio di
chimica organica.
Sono analizzate le fondamentali tecniche e le strumentazioni base della sintesi organica.
Sono presentate le comuni tecniche di puriﬁcazione dei composti organici e le basilari metodologie
di riconoscimento e caratterizzazione di composti organici.
I concetti illustrati vengono messi in pratica nel corso delle sessioni di laboratorio
PREREQUISITI RICHIESTI
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
Conoscenza di base della struttura atomica, del legame chimico, equilibrio chimico e concetto di
acido e base.
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
Conoscenze di Chimica Generale: legame chimico, acidità e basicità, etc
FREQUENZA LEZIONI
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
Obligatoria
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
La frequenza alle lezioni e alle esercitazioni di laboratorio è obbligato
CONTENUTI DEL CORSO
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
1. INTRODUZIONE
Origine del termine "organico" e signiﬁcato attuale.
Le strutture elettroniche degli atomi. Rapprentazioni di Lewis. Il legame chimico. Legame ionico,
potenziale di ionizzazione e aﬃnità elettronica. Legame covalente ed elettronegatività. Lunghezza
di legame e forza di legame. Carica formale. La teoria della risonanza. Meccanica quantistica:
forma degli orbitali atomici s e p. Orbitali ibridi sp, sp2, sp3. Struttura del metano, dell’ammoniaca
e dell’acqua. Doppio e triplo legame.
Principali gruppi funzionali e relative classi di composti.
2. ALCANI
Struttura degli alcani, serie omologhe, isomeria strutturale, nomenclatura corrente. Principi
generali della nomenclatura IUPAC e applicazione nel caso degli alcani. Classiﬁcazione degli atomi
di carbonio e di idrogeno. Conformazioni degli alcani. Proiezioni di Newman. Proprietà ﬁsiche. Forze
di dispersione. Fonti naturali e cenni sulla lavorazione del petrolio. Reattività – Con alogeni. Con
ossigeno.
3. CICLOALCANI
Struttura, nomenclatura e proprietà ﬁsiche. Conformazioni e stabilità relative del ciclopropano,
ciclobutano, ciclopentano, cicloesano. Contributi alla tensione d’anello: distorsione dell’angolo di
legame, tensione di eclissamento e interazione diassiale. Idrogeni assiali ed equatoriali nel
cicloesano. Conformazioni preferite dei cicloesani sostituiti. Isomeria cis-trans nei cicloalcani.
4. ACIDI E BASI
Acidità e basicità: acidi secondo Arrhenius, Brønsted-Lowry e Lewis. Deﬁnizione del pKa. Reazioni
acido-base: posizione dell'equilibrio e forza relativa degli acidi e delle basi.
5. STEREOCHIMICA
Isomeri strutturali e stereoisomeri. Chiralità e stereocentri. Enantiomeri. Nomenclatura degli
enantiomeri: il sistema R-S. Proiezioni di Fischer. Molecole con più stereocentri: enantiomeri e
diastereomeri; forme meso. Proprietà ﬁsiche degli enantiomeri. Attività ottica: luce polarizzata e
polarimetro. Potere rotatorio speciﬁco. Purezza ottica ed eccesso enantiomerico. Metodi di
risoluzione di miscele racemiche.
6. ALCHENI
Struttura del doppio legame. Nomenclatura. Isomeria. Nomenclatura cis-trans e Z-E. Proprietà
ﬁsiche. Reattività – Concetti generali sui meccanismi di reazione. Addizioni elettroﬁle: addizione di
acidi alogenidrici e regioselettività (stabilità relativa dei carbocationi e regola di Markovnikov);
addizione di acqua (idratazione acido-catalizzata. Riarrangiamento dei carbocationi. Addizione di
bromo e cloro in solvente non nucleoﬁlo e nucleoﬁlo e stereoselettività; idroborazione-ossidazione.
Reazioni di ossidazione: con permanganato di potassio; con tetrossido di osmio e perossido di
idrogeno; con ozono; con peracidi. Idrogenazione catalitica, calori di idrogenazione e stabilità
relativa degli alcheni.
Preparazioni - Deidroalogenazione degli alogenuri alchilici (Þalogenuri alchilici). Disidratazione degli
alcoli (Þalcoli). Idrogenazione chimica e catalitica di un alchino (Þalchini). Reazione di Wittig
(Þcomposti carbonilici).
7. DIENI
Classiﬁcazione. Struttura dei dieni coniugati secondo la teoria del legame di valenza. Stabilità
relativa delle forme limiti e loro contributo all'ibrido di risonanza. Energia di risonanza. Addizione
elettroﬁla ai dieni coniugati: addizioni -1,2 e -1,4. Controllo termodinamico e cinetico dell'addizione
ai sistemi coniugati.
8. ALCHINI
Struttura del triplo legame. Nomenclatura. Proprietà ﬁsiche. Reattività – Acidità: acetiluri. Idrogenazione catalitica e chimica. Idroborazione e tautomeria cheto-enolica. Addizione di alogeni.
Addizione di acidi alogenidrici. Addizione di acqua al triplo legame. Preparazioni - Ottenimento
dell'acetilene dal carburo di calcio e dalla pirolisi del metano. Deidroalogenazione dei dialogenuri
vicinali. Reazione di acetiluri con alogenuri alchilici.
9. ALOGENURI ALCHILICI
Struttura e nomenclatura. Proprietà ﬁsiche. Preparazioni - Alogenazione degli alcani: meccanismo
dell’alogenazione radicalica; scissione omolitica dei legami. stabilità relativa e struttura dei radicali
alchilici primari, secondari e terziari. Reattività relativa degli alogeni nelle reazioni di alogenazione.
Clorurazione degli alcani superiori: reattività relative degli idrogeni primari, secondari, terziari e
stabilità relative dei rispettivi radicali. Reazioni regioselettive (postulato di Hammond);
stereochimica dell’alogenazione radicalica. Addizione di acidi alogenidrici agli alcheni e agli alchini
(Þalcheni e alchini); addizione di alogeni agli alcheni (Þalcheni); alogenazione degli alcoli con
reattivi alogenanti e con HX (Þalcoli).
Reattività – Meccanismo, cinetica e stereochimica della sostituzione nucleoﬁla alifatica SN2
(Sostituzione Nucleoﬁla Bimolecolare) ed SN1 (Sostituzione Nucleoﬁla Monomolecolare). Fattori che
inﬂuenzano il meccanismo SN1 ed SN2. b- eliminazione: meccanismo E2 ed E1. Fattori che
inﬂuenzano il meccanismo E1 ed E1. Competizione fra sostituzione ed eliminazione. Raﬀronto tra le
SN1 e le SN2, le E1 ed E2.
10. ALCOLI
Struttura. Nomenclatura. Proprietà ﬁsiche: il legame idrogeno. Reattività - Acidità e basicità degli
alcoli. Reazioni con metalli attivi. Formazione di alogenuri alchilici: reazione con acidi alogenidrici e
saggio di Lucas; reazioni con cloruro di tosile, SOCl2, PX3, PX5. Disidratazione ad alcheni e regola di
Zaitsev. Il riarrangiamento pinacolico. Ossidazione di alcoli primari e secondari con bicromato e con
piridinio clorocromato. Ossidazione dei glicoli con acido periodico. Formazione di esteri organici
(Þacidi carbossilici).
Preparazioni- Addizione di H2O agli alcheni (Þalcheni); ossimercuriazione-riduzione degli alcheni
(Þalcheni); idroborazione-ossidazione (Þalcheni); idrolisi di alogenuri alchilici (Þalogenuri alchilici);
addizione di organo-metallici alle aldeidi e ai chetoni (Þcomposti carbonilici); riduzione dei composti
carbonilici (Þcomposti carbonilici); riduzione di acidi carbossilici ed esteri (Þacidi carbossilici e
derivati funzionali degli acidi carbossilici).
11. ETERI ED EPOSSIDI
Struttura e nomenclatura degli eteri. Proprietà ﬁsiche. Preparazioni- Sintesi di Williamson. Disidratazione degli alcoli. Addizione di alcoli agli alcheni. Reattività - Scissione con acidi; formazione di
idroperossidi.
Struttura e nomenclatura degli epossidi. Preparazioni- Ossidazione degli alcheni con perossiacidi;
sostituzione nucleoﬁla interna nelle aloidrine. Reattività – Scissione acida e basica.
12. ALDEIDI E CHETONI
Struttura. Nomenclatura. Proprietà ﬁsiche. Reattività- Addizione di nucleoﬁli al carbonio: addizione
di reattivi di Grignard; addizione di alchini; addizione di HCN; reazione di Wittig. Addizione di
nucleoﬁli ossigenati: addizione di acqua; addizione di alcoli (semiacetali e acetali). Addizione di
nucleoﬁli azotati: reazioni con derivati dell'ammoniaca (ammine, idrossilammina, idrazina,
fenilidrazina, semicarbazide). Tautomeria cheto-enolica. Reazioni al carbonio a: alogenazione in  e
reazione aloformica; la condensazione aldolica. Reazioni di ossidazione delle aldeidi: saggi di
Tollens e di Fehling; ossidazione spontanea in presenza di ossigeno. Ossidazione dei chetoni.
Riduzione ad alcoli con NaBH4 e con LiAlH4 e con idrogeno in presenza di catalizzatori; riduzione ad
idrocarburi in ambiente acido e basico. Preparazioni- Ossidazione di alcoli secondari (Þalcoli);
ossidazione di alcoli primari con clorocromato di piridinio (Þalcoli); ossidazione di glicoli con acido
periodico (Þalcoli); idratazione degli alchini (Þalchini); idroborazione-ossidazione degli alchini
(Þalchini); riduzione dei derivati degli acidi (Þderivati degli acidi).
13. ACIDI CARBOSSILICI
Struttura. Nomenclatura. Proprietà ﬁsiche. Acidità; eﬀetto dei sostituenti sull'acidità in acidi
alifatici; formazione di sali; saponi. Reattività- Esteriﬁcazione; reazione con diazometano;
trasformazione in alogenuri acilici; formazione di ammidi; riduzione con idruro di litio e alluminio.
Reazioni sulla catena laterale per gli acidi alifatici. Alogenazione in : reazione di Hell, Vholard,
Zelinsky. Preparazioni: ossidazione di alcoli primari e di aldeidi (Þalcoli); ossidazione di metilchetoni
con la reazione aloformica (Þaldeidi); carbonatazione dei reattivi di Grignard; idrolisi dei nitrili.
14. DERIVATI FUNZIONALI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI
Struttura. Nomenclatura. Proprietà ﬁsiche. Reattività- La sostituzione nucleoﬁla acilica: meccanismo di addizione-eliminazione; sostituzione acilica catalizzata da acidi. Confronto della
sostituzione acilica con quella alchilica. Reazione con acqua (idrolisi). Reazione con alcoli.
15. AMMINE ALIFATICHE
Struttura. Nomenclatura. Proprietà ﬁsiche. Reattività- Basicità; eliminazione di Hofmann;
Eliminazione di Cope; trasposizione di Beckmann; reazioni con acido nitroso.
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
IL LABORATORIO:
Norme di comportamento e dispositivi di sicurezza nel laboratorio di chimica organica.
Incidenti e pronto soccorso. Vetreria di laboratorio.
TECNICHE GENERALI DI PURIFICAZIONE DEI COMPOSTI ORGANICI:
Filtrazione. Cristallizzazione. Essiccamento. Sublimazione. Distillazione (a pressione atmosferica,
ridotta, frazionata e in corrente di vapore). Estrazione con solvente e coeﬃciente di ripartizione.
DETERMINAZIONE DELLE COSTANTI FISICHE:
Punto di ebollizione. Punto di fusione.
CROMATOGRAFIA:
di adsorbimento: su colonna e su strato sottile.
ESERCITAZIONI IN LABORATORIO
Puriﬁcazione di un composto organico mediante cristallizzazione
Distillazione semplice (separazioni di due liquidi e determinazione del punto di ebollizione)
Determinazione del punto di fusione
Estrazione con solventi (separazione di sostanze organiche)
Preparazione del sapone
Sintesi dell’aspirina
Utilizzo del polarimetro
TESTI DI RIFERIMENTO
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
1. W. H. Brown, C. S. Foote, B. L. Iverson. Chimica Organica, (EdiSES)
2. Streitwieser, C. H. Heathcock, E. M. Kosower, Chimica Organica (EdiSES);
3. Seyhan Ege, Chimica Organica, (Sorbona);
4. P. Vollhardt, Chimica Organica, (Zanichelli);
5. J. McMurry, Chimica Organica (Piccin)
6. B. Botta, Chimica Organica (edi-ermes)
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
1. D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz. Il laboratorio di Chimica Organica. Ed. Sorbona
2. M. D’Ischia. La Chimica Organica in Laboratorio. Ed. Piccin
3. R. M. Roberts, J. C. Gilbert, S.F. Martin. Chimica Organica Sperimentale.Zanichelli
PROGRAMMAZIONE DEL CORSO
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
* Argomenti
1
* 1. Introduzione alla chimica organica
2
* 2. Struttura dell’atomo. Il legame chimico; legame ionico; energia di
ionizzazione; aﬃnità elettronica; legame covalente puro; elettronegatività;
legame covalente polarizzato.
3
* 4. La struttura dell’atomo secondo la meccanica quantistica. Orbitali ibridi sp3,
sp2, sp. Struttura del metano, dell’ammoniaca e dell’acqua.
4
* 5. Gruppi funzionali. Gli alcani. Isomeri strutturali. Nomenclatura IUPAC;
5
* 6. Conformazioni degli alcani. Proiezioni di Newman.
6
* 7. Cicloalcani; nomenclatura, struttura, conformazioni. Isomeria cis-trans.
Proprietà ﬁsiche. Fonti degli idrocarburi. Reattività.
7
* 8. Acidi e basi.
8
* 9. Stereochimica; diasteroisomeri ed enantiomeri; molecole chirali e achirali;
proiezioni di Fisher.
9
* 10. Attività ottica; polarimetro; forme meso; separazioni di enantiomeri.
Riferimenti
testi
10 * 11. Alcheni; struttura del doppio legame; nomenclatura cis-trans ed E-Z;
proprietà ﬁsiche; reazioni di addizione elettroﬁla. Addizione di HCl al doppio
legame; regola di Markownikof; carbocationi; Addizione di acqua; addizione di
alogeni.
11 * 12. Idroborazione-ossidazione; Ossidazione degli alcheni con tetrossido di
osmio, con ozono e con peracidi; riduzione catalitica. Stabilità degli alcheni.
Dieni; classiﬁcazione; stabilità dei dieni coniugati; addizione 1,2 e 1,4 di HCl ai
dieni coniugati
12 * 13. Alchini: struttura e nomenclatura; proprietà ﬁsiche; acidità degli alchini
terminali. Addizione di alogeni, addizione di acqua; tautomeria cheto-enolica;
idroborazione-ossidazione; riduzione catalitica e chimica
13 * 14. Alogenuri alchilici: struttura, nomenclatura proprietà ﬁsiche; metodi di
preparazione: somma di acidi alogenidrici e di alogeni agli alcheni e agli
alchini; alogenazione degli alcoli, alogenazione degli alcani; radicali; reazioni
regioselettive.
14 * 15. Reattività degli alogenuri alchilici; meccanismi SN2 e SN1 nelle sostituzioni
nucleoﬁle; Reazioni di eliminazione E2 ed E1. Confronto tra sostituzione ed
eliminazione. Reattivi di Grignard.
15 * 16. Gli alcoli; nomenclatura; struttura del gruppo alcolico; proprietà ﬁsiche; il
legame ad idrogeno; reazione con acidi alogenidrici, con i reattivi alogenanti,
con cloruro di tosile; formazione di alcheni alcheni.Eteri ed epossidi
16 * 17. Composti carbonilici: Nomenclatura. Proprietà ﬁsiche. Addizione di
nucleoﬁli all’ossigeno,all’azoto, al carbonio. Alfa-alogenazione in ambiente
acido e basico; condensazione aldolica. Ossidazione e riduzione.
17 * 18. Acidi carbossilici: Nomenclatura, proprietà ﬁsiche; struttura. Acidità.
Formazione di sali; saponi. Esteriﬁcazione; trasformazione in alogenuri acilici;
formazione di ammidi; riduzione con idruro di litio e alluminio. Reazioni sulla
catena laterale
18 * 19. Derivati funzionali degli acidi carbossilici. Struttura, nomenclatura,
proprietà ﬁsiche. Sostituzione nucleoﬁla acilica: meccanismo di addizioneeliminazione. Reazione con acqua (idrolisi).
19 * 20. Ammine alifatiche. Struttura. Nomenclatura. Proprietà ﬁsiche. ReattivitàBasicità; eliminazione di Hofmann; Eliminazione di Cope; trasposizione di
Beckmann; reazioni con acido nitroso.
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
* Argomenti
1
* Tutti gli argomenti del programma sono ritenuti essenziali per il superamento
dell’esame
Riferimenti
testi
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non
suﬃciente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera suﬃciente o anche più che suﬃciente
alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
MATERIALE DIDATTICO
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
Dispense e materiale di approfondimento disponibili online su Studium
(http://studium.unict.it/dokeos/2016/courses/1003805C0/)
PROVA D'ESAME
MODALITÀ D'ESAME
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
prova orale
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
Esame orale integrato al Modulo 1
DATE D'ESAME
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 1)
PRIMA SESSIONE
09.02.17
08.03.17
PROLUNGAMENTO
20.04.17 Riservato
SECONDA SESSIONE
28.06.17
18.07.17
TERZA SESSIONE
12.09.17
03.10.17
INTERMEDIO
14.11.17 Riservato
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
PRIMA SESSIONE
09.02.17
08.03.17
PROLUNGAMENTO
20.04.17 Riservato
SECONDA SESSIONE
28.06.17
18.07.17
TERZA SESSIONE
12.09.17
03.10.17
INTERMEDIO
14.11.17 Riservato
PROVE IN ITINERE
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
Non previste
PROVE DI FINE CORSO
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
Puriﬁcazione e caratterizzazione di un composto incognito
ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI
CHIMICA ORGANICA I E LABORATORIO (Mod. 2)
Distillazione
Estrazione con solventi
Caratteristiche dei solventi
etc.