Chimica Organica

Corso di Laurea Triennale in SCIENZE BIOLOGICHE

Data ultimo  aggiornamento: 14 Luglio 2024

Anno Accademico 2023/2024

Programma del Corso (DEFINITIVO), valido per gli esami dal 1 Gennaio 2024  al 31 Dicembre 2024

Il programma è scritto in modo dettagliato affinché possa essere utilizzato anche come guida per lo studio e come mappa concettuale.


( A) Chimica Organica Generale: tavola periodica degli elementi (solo gruppi principali, senza metalli di transizione), struttura elettronica degli atomi (in particolare quelli del primo e secondo periodo), regola dell’ottetto, tipi di legami (ionici/covalenti), teoria VB, teoria VSEPR, strutture di Lewis, carbocationi (sp2), carbanioni (sp3), radicali (sp2) e loro geometrie. Elettronegatività e polarità dei legami covalenti, momento di dipolo di legame, momento di dipolo molecolare (somma vettoriale dei momenti di dipolo dei legami), cariche formali, numeri di ossidazione del carbonio (legami con elementi elettronegativi; calcolo dettagliato del numero di ossidazione di ciascun atomo di C; calcolo "algebrico" della somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi di C di una molecola), metodo di bilanciamento mediante semi-reazioni redox (0° pre-bilanciare gli atomi che subiscono redox, 1° bilanciare gli elettroni, 2° bilanciare le cariche usando H+ o OH-, 3° bilanciare le masse con H2O), risonanza, formule di struttura condensate, formule di struttura tridimensionali (formalismo dei legami a cuneo pieno o tratteggiato), formule di struttura a linee; acidità (secondo Bronsted-Lowry, secondo Lewis, valori tipici di pKa dei principali acidi organici al C, all’O, all’N, allo S (vedi tabella fornita dal docente), effetti strutturali sulla acidità: effetti induttivi, mesomerici, elettronegatività, dimensione, ibridizzazione), forze intermolecolari (Van der Waals, legame a idrogeno), stima delle energie dei legami (0.1-1-10-100 kcal/mole), nomenclatura tradizionale e IUPAC, conformazione degli alcani e dei cicloalcani (cenni al ciclopentano, e forme a sedia del cicloesano, sostituenti assiali ed equatoriali, interazioni 1,3-diassiali), proiezioni di Newman, tensione torsionale, tensione sterica, tensione angolare ; coniugazione, energia di risonanza, aromaticità, cenni agli eteroaromatici. 

Stereochimica e chiralità, sovrapponibilità e non sovrapponibilità dell’immagine speculare, piani di simmetria molecolari, carbonio asimmetrico, nomenclatura di Cahn-Ingold-Prelog R e S della configurazione del carbonio asimmetrico, nomenclatura D/L della gliceraldeide, nomenclatura d,l e nomenclatura (+)/(-) sulla base della rotazione del piano della luce polarizzata, nomenclatura cis/trans e E/Z della stereochimica degli alcheni, nomenclatura cis/trans dei cicloalcani disostituiti, proiezioni di Haworth, nomenclatura eritreo/treo di composti con due carboni chirali, attività ottica, rotazione specifica [alfa],  polarimetria, purezza ottica, eccesso enantiomerico, miscele racemiche, composti meso, proiezioni di Fischer, diastereoisomeri. 

Nomenclatura IUPAC, priorità dei gruppi funzionali (acidi>esteri>ammidi>nitrili>aldeidi>chetoni>alcoli>ammine>alcheni>alchini>alcani>eteri>alogenuri), nomi dei gruppi funzionali come prefissi e suffissi.

(B) Reazioni dei gruppi funzionali.

(B1) Alcani: nomenclatura, proprietà fisiche, reazioni di combustione e loro bilanciamento.

(B2) Alcheni: nomenclatura, proprietà fisiche. Sintesi di alcheni mediante reazioni di beta-eliminazione da alogenuri, disidratazione di alcoli, riduzione di alchini in due modi diversi. Reattivà: reazioni di addizione elettrofila: idroalogenazione (secondo Markovnikov), idratazione con catalisi acida, reazione di idroborazione/ossidazione, dialogenazione, formazione di aloidrine e loro uso per la sintesi di epossidi; epossidazione con MCPBA, apertura dell’epossido in ambiente acido (attacco nucleofilico al carbonio più sostituito che meglio sopporta la carica positiva), apertura dell'epossido in ambiente basico (attacco nucleofilico al carbonio meno sostituito dunque meno incomgbrato), idrogenazione catalitica e calori di idrogenazione, ossidazione con permanganato diluito in ambiente basico a freddo senza scissione, ossidazione con permanganato concentrato in ambiente acido a caldo con scissione, regiochimica e stereochimica di tutte le reazioni, regioselettività, regola di Markovnikov.

(B3) Alchini: nomenclatura, proprietà fisiche. Reattività: reazioni degli alchini: deprotonazione di alchini terminali e impiego dei corrispondenti acetiluri come nucleofili in reazioni di sostituzione nucleofila (usando alogenuri come substrati) e addizione nucleofila (a carbonili); riduzione di alchini ad alcani, ad alcheni cis (H2, Pd-Lindlar), ad alcheni trans (Na, NH3, senza meccanismo); addizione di acqua ad alchini in catalisi acida (omettendo lo ione Hg++ nel meccanismo); tautomeria cheto-enolica acido- e base-catalizzata.

(B4) Cenni agli Alcheni coniugati: struttura alcheni coniugati, sovrapposizione tra orbitali, formule di risonanza.

(B5) Areni: struttura e nomenclatura dei principali composti aromatici, nomenclatura, proprietà fisiche e chimiche, aromaticità, cenni ai composti eteroaromatici, caratteristiche acide del fenolo, dello ione anilinio, dell'acido benzoico;  sostituzioni elettrofile aromatiche su anelli senza sostituenti, intermedio di Wheland (complesso σ); bromurazione, nitrazione e acilazione di Friedel-Crafts (con meccanismo) applicate unicamente al benzene; riduzione del nitrobenzene ad anilina; effetto dei gruppi elettrondonatori ed elettronattrattori sull’acidità di acidi benzoici, di fenoli, di ioni anilinio (e quindi sulla basicità delle aniline).

(B6) alogenuri alchilici: struttura e proprietà, importanti solventi clorurati, nomenclatura IUPAC e tradizionale, polarità del legame C-X, sostituzioni nucleofile SN2 e SN1, eliminazioni E2 ed E1, cenni alle leggi cinetiche, stereochimica di tutte le reazioni, stereochimica della SN2 (inversione di Walden), discussione sull’effetto della struttura sui meccanismi SN2, SN1, E2, E1; regiochimica di Zaitsev per le eliminazioni; formazione dei reattivi di Grignard, e loro uso come nucleofili in reazioni con aldeidi, chetoni, derivati degli acidi carbossilici (es. esteri), reazione con CO2 per l'omologazione C1.

(B7) alcoli, fenoli, tioli: struttura e proprietà, nomenclatura IUPAC e tradizionale, fenoli, acidità di alcoli e fenoli, effetti mesomerici e induttivi nell’acidità dei fenoli, proprietà redox di catecolo e idrochinone, stabilità dei radicali derivati dai fenoli, formazione di alcossidi e fenossidi (fenati o fenolati). Sintesi di alcol da alogenuri e da alcheni, da composti carbonilici per riduzione o per attacco nucleofilico di nucleofili con carbonio nucleofilico, da epossidi (apertura anello epossidico in ambiente acido o basico). Reazioni degli alcoli; ossidazione con acido cromico in ambiente acquoso (con meccanismo), ossidazione di alcoli primari con PCC in solvente organico a dare aldeidi (senza meccanismo), reazioni con acidi alogenidrici e reattivo di Lucas (con meccanismo), disidratazione di alcoli a formare alcheni (regiochimica di Zaitsev), sintesi di eteri (Williamson); struttura, proprietà e nomenclatura dei tioli (mercaptani), acidità dei tioli, proprietà redox (formazione di disolfuri). Proprietà redox di fenoli, reazione dei fenoli con radicali.

(B8) eteri ed epossidi: struttura e proprietà, nomenclatura, momento di dipolo, sintesi di Williamson, sintesi di epossidi da alcheni o da aloidrine; reazioni di apertura dell'anello epossidico (con nucleofili forti sul C meno ingombrato, con nucleofili deboli sul C più ingombrato previa protonazione dell'ossigeno ossiranico)

(B9) aldeidi e chetoni: struttura, nomenclatura, momento di dipolo e forze intermolecolari, legame a H con solventi protici, stati di ossidazione rispetto ad alcoli primari e secondari e acidi carbossilici. Sintesi: da alcoli primari o secondari, via scissione ossidativi di alcheni (chetoni), via idratazione di alchini (chetoni), via acilazione di Friedel-Crafts; aspetti stereochimici dell’addizione nucleofila al carbonio carbonilico, meccanismo generale di addizione di nucleofili forti o deboli (questi ultimi con catalisi acida), addizione di composti organometallici (Grignard) RMgX e ioni acetiluro, riduzione con NaBH4 o LiAlH4, idratazione in ambiente acido e basico, formazione di cianidrine, cenni all'uso delle cianidride (riduzione a dare amminoalcoli, idrolisi a dare alfa-idrossi acidi), formazione di immine (basi di Schiff), formazione di emiacetali, acetali, emichetali e chetali, e cenni ai monosaccaridi, disaccaridi, glicosidi; ossidazioni di aldeidi ad acidi; non-acidità dell'H-aldeidico, acidità degli idrogeni-alfa di aldeidi e chetoni, tautomeria cheto-enolica in ambiente acido o basico, formazione di anioni enolato in ambiente basico, cenni alla reazione/condensazione aldolica in ambiente basico tra aldeidi o tra chetoni che posseggono H-alfa.

(B10) ammine: struttura e proprietà, nomenclatura, basicità delle ammine (alchilammine vs anilina; primarie-secondarie-terziarie, piridina), formazione di sali d’ammonio. Sintesi: via riduzione di immine, di nitrili, di nitro-composti (es. nitrobenzene), sintesi di Gabriel per ammine primarie.

(B11) acidi carbossilici e derivati. Struttura, nomenclatura tradizionale e IUPAC, proprietà fisiche; legame a idrogeno di acidi carbossilici; acidità di acidi carbossilici, relazioni struttura/acitidà, pKa. Sintesi di acidi mediante ossidazione di alcoli e aldeidi, numero di ossidazione del C negli alcoli, carbonili, acidi carbossilici, sintesi mediante scissione ossidativa di alcheni, reazione di reattivi di Grignard con CO2; Reazioni degli acidi carbossilici: esterificazione di Fischer (catalisi acida), sintesi di cloruri acilici con SOCl2 (senza meccanismo). Struttura, nomenclatura e proprietà dei derivati degli acidi carbossilici (cloruri acilici, anidridi, esteri e lattoni, ammidi e lattami), cenni ai tioesteri, spiegazione dell’ordine di reattività dei derivati degli acidi carbossilici; reazioni dei cloruri acilici: acilazione di Friedel-Crafts; idrolisi per formare acidi carbossilici, alcolisi per formare esteri, amminolisi per formare ammidi, reazione con carbossilati per formare anidridi (specialmente: anidridi miste); reazioni delle anidridi: idrolisi per formare acidi carbossilici, alcolisi per formare esteri, amminolisi per formare ammidi; reazioni degli esteri: idrolisi acido catalizzata a formare acidi + alcoli, idrolisi in ambiente basico (saponificazione) a formare carbossilati + alcol, transesterificazione acido catalizzata, amminolisi per formare ammidi; reazioni delle ammidi: idrolisi acido catalizzata a formare acidi carbossilici e sali d’ammonio, idrolisi in ambiente basico a formare carbossilato e ammina; cenni all'idrolisi acida e basica di nitrili; reazioni degli esteri con reattivi di Grignard (doppia addizione). Appunti sulle reazioni di sostituzione nucleofilica acilica dei derivati degli acidi carbossilici (link pdf).


Slides del corso telematico a.a. 2021/22

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Slides del corso telematico a.a. 2020/21

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Svolgimento dell'esame

Testi di riferimento/approfondimento/esercizi



Altri testi

N.B. Si possono usare anche vecchie edizioni dei testi sopra citati (non è necessario acquistare l'ultima edizione)

(*) Include un piccolo kit di modellini molecolari

Selezione di materiale didattico online

Materiale didattico preparato dal docente (link alla cartella Google Drive)

Tracce di esami (talvolta con svolgimento) - Link a google drive (link)