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    Antonio FIORENTINO

    Insegnamento di CHIMICA ORGANICA

    Corso di laurea magistrale a ciclo unico in FARMACIA

    SSD: CHIM/06

    CFU: 15,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 120,00

    Periodo di Erogazione: Annualità Singola

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    La prima parte del corso affronta lo studio di:
    1) teorie del legame di valenza e dell’orbitale molecolare; ibridazione del carbonio; geometria molecolare; interazioni intermolecolari.
    2) gruppo funzionale: classificazione dei composti organici; calcolo del numero di ossidazione del carbonio, carica formale.
    3) stereochimica: chiralità e stereocentri; enantiomeri e diastereoisomeri; configurazione R/S e E/Z; risoluzione racemica.
    4) meccanismi di reazione: eterolisi ed omolisi; elettrofili e nucleofili; reazioni di addizione, eliminazione e sostituzione; regioselettività e stereospecificità.
    5) struttura, proprietà, nomenclatura e reattività di: alcani, cicloalcani, alcheni, alchini, alcoli e fenoli; eteri, epossidi, tioli e solfuri, ammine.

    La seconda parte del corso tratta:
    1) lo studio della struttura, proprietà, nomenclatura e reattività di aldeidi e chetoni, acidi carbossilici e derivati, nitrili,
    2) le reazioni di formazione del legame semplice carbonio-carbonio, formazione di enoli ed enolati, immine, enammine, alfa-alchilazione ed alfa-alogenazione di enoli ed enolati, reazioni di addizione e condensazione aldolica e di Claisen, reazione di addizione di Michael e di Mannich.
    3) i carbocicli e gli eterocicli aromatici con particolare riferimento al concetto di aromaticità e allo studio sistematico di struttura, nomenclatura, fonti naturali, proprietà fisiche, metodi di sintesi e reattività
    4) l’analisi retrosintetica e sintesi di composti organici polifunzionali mediante approcci per disconnessione, formazione di legami carbonio-carbonio, protezione/deprotezione di gruppi funzionali.

    La terza parte del corso studia
    1) le proprietà e reattività delle classi di composti organici di rilevanza biologica: amminoacidi e peptidi, carboidrati, lipidi e acidi nucleici.
    2) le reazioni pericicliche

    Il corso prevede, inoltre, attività pratiche di laboratorio e cenni sulle tecniche spettroscopiche per lo studio dei composti organici

    Testi di riferimento

    P.Y. Bruice CHIMICA ORGANICA III edizione – EdiSES, Napoli

    M.V. D’Auria, O. Taglialatela Scafati, A. Zampella GUIDA RAGIONATA ALLO SVOLGIMENTO DI ESERCIZI DI CHIMICA ORGANICA. Con aggiornamento online, LOGHIA, Napoli, 2017

    Obiettivi formativi

    Al termine dell’attività formativa lo studente avrà consolidato le conoscenze e competenze relative alla chimica organica di base ed avere acquisito conoscenze e competenze relative alla chimica organica in funzione degli esami successivi e per lo studio dei farmaci.
    In particolare, l’insegnamento si prefigge di fornire i concetti generali della materia, che sono alla base della chimica dei composti organici, necessari per affrontare futuri studi in campo biochimico e chimico-farmaceutico.
    Al termine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze teoriche sulla struttura e reattività di molecole organiche e abilità pratiche di manipolazione (nel rispetto delle norme di sicurezza vigenti) dei composti organici mediante l’esecuzione di semplici reazioni chimiche e applicazioni di tecniche analitiche per la loro caratterizzazione.
    Nello specifico lo studente sarà in grado di:
    1) conoscere le principali classi di composti organici
    2) applicare le regole fondamentali della nomenclatura IUPAC
    3) dedurre le proprietà chimico-fisiche e stereochimiche della struttura molecolare e prevederne la reattività sulla base dei principali meccanismi di reazione trattati
    4) ragionare criticamente per poter applicare le reazioni studiate a semplici sequenze sintetiche per la produzione di molecole richieste, argomentando le scelte
    5) acquisire la consapevolezza dell’importanza della sicurezza in laboratorio, così come le conoscenze teoriche e le abilità pratiche nelle fondamentali operazioni di laboratorio, relative alla sintesi, all'isolamento, alla purificazione e alla caratterizzazione di composti organici.

    Prerequisiti

    Conoscenze acquisite nel corso di Chimica generale ed inorganica (esame propedeutico). Lo studente deve possedere le conoscenze fondamentali su: struttura dell’atomo; orbitali atomici; teoria degli orbitali molecolari; struttura elettronica e legami; acidi e basi; equilibrio chimico; bilanciamento redox

    Metodologie didattiche

    Il corso prevede la frequenza obbligatoria ed è articolato in 112 ore di lezioni frontali svolte dal docente in cui verrà esposta la teoria e verrà applicata a molteplici esempi e risoluzioni di esercizi, 8 ore di laboratorio (quattro sessioni di 2 ore nel laboratorio didattico di Chimica) e 255 ore di studio individuale. Nel suo lavoro personale lo studente dovrà assimilare conoscenze e concetti alla base della chimica organica e risolvere esercizi.
    Il corso prevede la frequenza obbligatoria ad attività di laboratorio correlate agli argomenti trattati che comprendono esperienze in cui agli studenti, che lavoreranno in gruppi di tre componenti, è chiesto di eseguire semplici reazioni di sintesi, operazioni di isolamento e purificazione di composti organici e acquisizione di misure utili per la loro identificazione. Nelle attività pratiche di laboratorio devono essere seguite scrupolosamente le norme di sicurezza illustrate per operare in un laboratorio di chimica. Dovranno essere consegnate relazioni sulle singole esercitazioni di laboratorio. La frequenza verrà registrata mediante la raccolta delle firme durante le esercitazioni. Lo studente non potrà assentarsi dalle attività di laboratorio per più del 25% delle ore. In caso di particolari esigenze (studenti-lavoratori, gravidanza, etc.), previa richiesta documentata al docente, il CCdS si esprimerà relativamente alla frequenza delle attività di laboratorio.
    Il corso prevede, inoltre, l’applicazione degli argomenti esposti attraverso lo svolgimento di esercitazioni numeriche in aula sugli argomenti trattati e sotto la supervisione del docente o di un tutor. Lo svolgimento di esercizi a casa è sottoposto a chiarimenti e a correzioni da parte del docente negli orari di ricevimento.

    Metodi di valutazione

    La frequenza alle attività di laboratorio e la consegna delle relazioni sulle singole esercitazioni sono obbligatorie, rispettando le scadenze indicate.
    Allo studente è data la possibilità di sostenere una prova scritta di autovalutazione in itinere, strutturata in modo analogo all’esame scritto, ma limitata al programma svolto, con successiva correzione. Potrà avvalersi della presenza di un esercitatore per ricevimento in aula in cui gli studenti potranno chiedere chiarimenti e proporre la risoluzione di esercizi.
    Lo studente potrà avvalersi del materiale didattico (dispense, esercizi, ecc.) messo a disposizione sul sito web di Ateneo (sharepoint) e sul blog “chimica organica Vanvitelli” (http://chimorg-sun.blogspot.com/)
    Il docente è disponibile per ricevimento studenti nei giorni indicati sulla scheda insegnamento e su richiesta inoltrata via e-mail.

    Altre informazioni

    L’esame consiste nel superamento, con una votazione di almeno 16/30, di una prova scritta, della durata di 120 minuti, dove lo studente, attraverso domande a risposta aperta, dovrà applicare le conoscenze acquisite sulla nomenclatura, sulla reattività e sugli aspetti stereochimici dei composti organici ad esercizi di sintesi organica. Il superamento della prova scritta è propedeutico all’esame orale.
    Durante lo svolgimento del corso sono effettuati accertamenti periodici mediante prove scritte di verifica, della durata di 90 minuti ciascuna, con domande a risposta aperta. Il superamento di tali prove di accertamento esonererà lo studente dalla prova scritta. In carenza o insufficienza degli accertamenti periodici lo studente dovrà sostenere la prova scritta nelle date previste dal calendario di esami.
    L’esame orale è volto a valutare la capacità di ragionamento e di collegamento tra i vari argomenti del corso ed è costituito da domande sulla sintesi di composti organici, in cui sarà valutata la capacità di organizzare l’esposizione sui relativi aspetti meccanicistici e stereochimici, dalla discussione di un argomento teorico e di una classe di biomolecole. Saranno, inoltre, discussi gli aspetti pratici e teorici di una esercitazione di laboratorio.
    La valutazione finale sarà espressa in trentesimi e terrà conto dell’esito della prova orale (80%), della prova scritta (15%) e delle relazioni consegnate (5%).

    Programma del corso

    1. INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLA CHIMICA ORGANICA

    ELEMENTI DI CHIMICA GENERALE: STRUTTURA ELETTRONICA E LEGAME. Struttura dell’atomo – distribuzione degli elettroni nell’atomo – legami covalenti – rappresentazioni della struttura di un composto – orbitali atomici – introduzione alla teoria degli orbitali molecolari – formazione di legami singoli, doppi e tripli nei composti organici: ibridazione degli orbitali, lunghezza di legame, forza di legame, angoli di legame - struttura di carbocationi, carbanioni e radicali – i legami dell’ammoniaca e dellop ione ammonio – i legami dell’acqua – i legami degli acidi alogenidrici – ibridazione e geometria molecolare - momenti dipolari delle molecole.

    ACIDI E BASI: CONCETTI FONDAMENTALI NELLA CHIMICA ORGANICA. Introduzione ad acidi e basi – pKa e pH - acidi e basi organiche - come prevedere l’esito di una reazione acido-base - come determinare la posizione di un equilibrio - influenza della struttura di un acido sul suo valore di pKa - influenza dei sostituenti sulla forza di un acido - introduzione agli elettroni delocalizzati - riepilogo dei fattori che determinano la forza di un acido - influenza del pH sulla struttura di un composto organico - soluzioni tampone - acidi e basi di Lewis.

    INTRODUZIONE AI COMPOSTI ORGANICI: NOMENCLATURA, PROPRIETÀ FISICHE E STRUTTURA. I gruppi alchilici - nomenclatura degli alcani - nomenclatura dei cicloalcani - nomenclatura degli alogenuri alchilici - nomenclatura degli eteri - nomenclatura degli alcoli - nomenclatura delle ammine – nomenclatura dei composti biciclici - la struttura di alogenuri alchilici, alcoli, eteri e ammine - le interazioni non covalenti - solubilità dei composti organici – conformeri: rotazione intorno al legame singolo carbonio-carbonio - proiezioni di Newman - cicloalcani e tensione d’anello - conformeri del cicloesano - conformeri dei cicloesani monosostituiti - conformeri dei cicloesani disostituiti – cicloesani condensati.


    2.REAZIONI DI ADDIZIONE ELETTROFILA, STEREOCHIMICA E DELOCALIZZAZIONE ELETTRONICA

    ISOMERI: LA DISPOSIZIONE DEGLI ATOMI NELLO SPAZIO. Isomeri cis-trans; nomenclatura E/Z degli isomeri di un alchene: regole di Chan, Ingold e Prelog - chiralità: centri asimmetrici e stereocentri; rappresentazione degli enantiomeri; sistema di nomenclatura R/S - formule prospettiche, rappresentazioni a cavalletto e proiezioni di Fisher; attività ottica - isomeri contenenti più di un centro asimmetrico; stereoisomeria di composti ciclici; composti meso.

    ALCHENI: STRUTTURA, NOMENCLATURA E INTRODUZIONE ALLA REATTIVITÀ • TERMODINAMICA E CINETICA. Formule molecolari e grado di insaturazione - nomenclatura degli alcheni - struttura degli alcheni - reattività dei composti organici e gruppi funzionali - reattività degli alcheni: uso delle frecce curve – termodinamica e cinetica - velocità di una reazione chimica - la differenza tra ∆G‡ ed Ea - diagramma dell’energia libera in funzione della coordinata di reazione – catalisi.

    LE REAZIONI DEGLI ALCHENI • LA STEREOCHIMICA DELLE REAZIONI DI ADDIZIONE. Addizione di acido alogenidrico agli alcheni - stabilità dei carbocationi - struttura dello stato di transizione - regioselettività delle reazioni di addizione elettrofila: regola di Markovnikov - Addizione di acqua agli alcheni - addizione di alcol agli alcheni - trasposizione dei carbocationi – ossimercuriazione/alcossimercuriazione-demercuriazione - addizione di borano agli alcheni: idroborazione–ossidazione - addizione di alogeni agli alcheni - addizione di un perossiacido agli alcheni – ossidrilazione degli alcheni - addizione di ozono agli alcheni: l’ozonolisi - reazioni regioselettive, stereoselettive e stereospecifiche - stereochimica delle reazioni di addizione elettrofila.

    LE REAZIONI DEGLI ALCHINI • INTRODUZIONE ALLE SINTESI MULTISTADIO Nomenclatura degli alchini - nomenclatura dei composti che contengono più di un gruppo funzionale - struttura degli alchini - proprietà fisiche degli idrocarburi insaturi - reattività degli alchini - addizione di acidi alogenidrici e di alogeni agli alchini - addizione di acqua agli alchini - idroborazione-ossidazione degli alchini - addizione di idrogeno agli alchini - acidità di un idrogeno legato a un carbonio sp - uso degli ioni acetiluro nella sintesi organica - introduzione alla sintesi multistadio.

    DELOCALIZZAZIONE ELETTRONICA E SUO EFFETTO SU STABILITÀ, pKa E PRODOTTI DI UNA REAZIONE • AROMATICITÀ, EFFETTI ELETTRONICI
    Gli elettroni delocalizzati spiegano la struttura del benzene - i legami nel benzene - strutture limite di risonanza e ibrido di risonanza - come disegnare le strutture limite di risonanza - predire la stabilità delle strutture limite di risonanza - energia di risonanza - la delocalizzazione elettronica aumenta la stabilità - stabilità secondo la teoria degli orbitali molecolari: orbitali HOMO e LUMO - effetto della localizzazione elettronica sul pka - effetti elettronici - la delocalizzazione elettronica può influenzare il prodotto di una reazione - reazioni dei dieni - controllo termodinamico e controllo cinetico - reazione di Diels–Alder: una reazione di addizione 1,4 - analisi retrosintetica della reazione di Diels-Alder - il benzene è un composto aromatico - i due criteri per l’aromaticità - applicazione dei criteri dell’aromaticità – aromaticità e antiaromaticità – composti eterociclici aromatici - aromaticità secondo la teoria degli orbitali molecolari - presenza dei sostituenti influenza il pKa di fenoli, acidi benzoici e ioni anilinio.

    3. REAZIONI DI SOSTITUZIONE E DI ELIMINAZIONE

    REAZIONI DI SOSTITUZIONE E DI ELIMINAZIONE DEGLI ALOGENURI ALCHILICI. La reazione SN2 - fattori che influenzano le reazioni SN2 - La reazione SN1 - fattori che influenzano le reazioni SN1 - competizione fra reazioni SN2 e SN1 - reazioni di eliminazione degli alogenuri alchilici - La reazione E2 - la reazione E1 - competizione fra reazioni E1 ed E2 - La stereoselettività delle reazioni E2 ed E1 - eliminazione da cicloesani sostituiti - prevedere i prodotti di reazione di un alogenuro alchilico con un nucleofilo/base - alogenuri benzilici, allilici, vinilici e arilici - Effetti del solvente - effetti della solvatazione - le reazioni di sostituzione ed eliminazione nella sintesi organica - competizione tra reazioni intermolecolari e reazioni intramolecolari.

    REAZIONI DI ALCOLI, ETERI, EPOSSIDI, AMMINE E COMPOSTI CONTENENTI ZOLFO. Reazioni di sostituzione nucleofila degli alcoli: formazione di alogenuri alchilici - altri metodi usati per convertire gli alcoli in alogenuri alchilici - conversione di un alcol in un estere solfonico - reazione di eliminazione degli alcoli: disidratazione - ossidazione degli alcoli - reazioni di sostituzione nucleofila degli eteri - reazioni di sostituzione nucleofila degli - ossidi di arene - le ammine non subiscono reazioni di sostituzione nucleofila o di eliminazione - gli alcaloidi - gli idrossidi di ammonio quaternario subiscono reazioni di eliminazione - tioli, solfuri e ioni solfonio.

    COMPOSTI ORGANOMETALLICI. Composti organolitio e organomagnesio - transmetallazione - organocuprati - reazioni di accoppiamento catalizzate da palladio: reazioni di Suzuki, Stille e Heck - metatesi degli alcheni.

    I RADICALI. Reattività degli alcani - Clorurazione e bromurazione degli alcani - stabilità dei radicali - la distribuzione dei prodotti dipende dalla probabilità e dalla reattività - il principio di reattività-selettività - addizione dei radicali agli alcheni - stereochimica delle reazioni radicaliche di sostituzione e addizione - sostituzione radicalica degli idrogeni allilici e benzilici.

    4. COMPOSTI CARBONILICI

    REAZIONI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI E DEI DERIVATI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI. nomenclatura degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici - struttura degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici - proprietà fisiche dei composti carbonilici - come reagiscono gli acidi carbossilici e i derivati degli acidi carbossilici - le reattività relative degli acidi carbossilici e dei derivati degli acidi carbossilici - reazioni degli alogenuri - reazioni degli esteri - idrolisi e transesterificazione degli esteri catalizzate da acidi - idrolisi degli esteri favorita dallo ione idrossido - reazioni degli acidi carbossilici - reazioni delle ammidi - idrolisi e alcolisi delle ammidi catalizzata da acidi - idrolisi promossa da ioni idrossido delle ammidi - idrolisi di un’immide: la sintesi di Gabriel delle ammine primarie - nitrili - anidridi degli acidi carbossilici - acidi dicarbossilici - attivazione chimica degli acidi carbossilici - attivazione biologica degli acidi carbossilici.

    LE REAZIONI DI ALDEIDI E CHETONI • ULTERIORI REAZIONI DEI DERIVATI
    degli acidi carbossili - Nomenclatura delle aldeidi e dei chetoni - reattività relative dei composti carbonilici - reattività di aldeidi e chetoni - reazioni dei composti carbonilici con i nucleofili al carbonio - reazioni dei compost carbonilici con lo ione idruro - approfondimento sulle reazioni di riduzione - reazioni chemoselettive - reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili all’azoto - reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili all’ossigeno - gruppi protettori - reazioni di aldeidi e chetoni con i nucleofili allo zolfo - reazioni di aldeidi e chetoni con un perossiacido - reazione di Wittig - Addizione nucleofila ad aldeidi e chetoni α,β-insaturi - Addizione nucleofila ai derivati degli acidi carbossilici α,β-insaturi - Interconversione cis-trans catalizzata da enzimi - Reazioni di addizione coniugata nei sistemi biologici 786

    LE REAZIONI AL CARBONIO α. Acidità dell’idrogeno α - tautomeri cheto-enolici - interconversione cheto-enolica - alogenazione del carbonio a di aldeidi e chetoni - alogenazione del carbonio a degli acidi carbossilici - formazione di uno ione enolato - alchilazione del carbonio α - alchilazione e acilazione del carbonio a tramite un intermedio enamminico - alchilazione del carbonio β - un’addizione aldolica forma una β-idrossialdeide o un β-idrossichetone - la disidratazione di un prodotto di addizione aldolica forma aldeidi e chetoni α,β-insaturi - addizione aldolica incrociata - condensazione di Claisen: formazione di β-chetoesteri - altre condensazioni incrociate - reazioni di condensazione e di addizione aldolica intramolecolari - l’anellazione di Robinson - condensazione di Knövenagel - condensazione di enolati di derivati di acidi carbossilici: condensazione di Perkin - Condensazione di Mannich - reazione di Henry - decarbossilazione di β-chetoacidi - sintesi malonica - sintesi acetacetica.

    5. I COMPOSTI AROMATICI

    REAZIONI DEL BENZENE E DEI BENZENI SOSTITUITI. Nomenclatura dei benzeni monosostituiti - meccanismo generale delle reazioni di sostituzione elettrofila aromatica - alogenazione del benzene - nitrazione del benzene - solfonazione del benzene - acilazione di Friedel-Crafts del benzene - alchilazione di Friedel-Crafts del benzene - carbocationi primari incipienti - Alchilazione del benzene mediante acilazione-riduzione - Uso delle reazioni di accoppiamento nell’alchilazione del benzene - Trasformazioni chimiche dei sostituenti sull’anello benzenico - nomenclatura dei benzeni disostituiti e polisostituiti - effetto dei sostituenti sulla reattività - effetto dei sostituenti sull’orientamento - il rapporto orto-para - ulteriori considerazioni sugli effetti dei sostituenti - uso dei sali di diazonio per la sintesi di benzeni sostituiti - azobenzeni - meccanismo della formazione di uno ione diazonio - sostituzione nucleofila aromatica.

    REAZIONI DEI COMPOSTI ETEROCICLICI. Nomenclatura dei composti eterociclici - eterocicli aromatici pentatomici - eterocicli aromatici esatomici – la reattività dei composti eterociclici aromatici - ammine eterocicliche di importanza biologica

    6. SINTESI ORGANICA

    STRATEGIA SINTETICA. Sintesi multistadio – analisi retrosintetica - disconnessioni, sintoni ed equivalenti sintetici - la sintesi dei composti organici - i farmaci semisintetici - formazione di nuovi legami carbonio-carbonio - sintesi dei benzeni mono e disostituiti - sintesi dei benzeni trisostituiti - sintesi di compost ciclici.

    REAZIONI PERICICLICHE. Le tre tipologie di reazioni pericicliche - Orbitali molecolari e simmetria degli orbitali - Reazioni elettrocicliche - Reazioni di cicloaddizione - Trasposizioni sigmatropiche .


    7. COMPOSTI BIOORGANICI

    AMMINE • ALCALOIDI. Nomenclatura - Proprietà acido-base delle ammine - reattività delle ammine come basi e come nucleofili - sintesi di ammine – principali classi di alcaloidi: pirrolidinici, piridinici, tropanici, pirrolizidinici, isochinolinici, indolici, chinolinici e steroidici.

    LA CHIMICA ORGANICA DEI CARBOIDRATI. Classificazione dei carboidrati - La notazione D e L - configurazione degli aldosi - configurazione dei chetosi - reazioni dei monosaccaridi in soluzione basica - reazioni di ossido-riduzione dei monosaccaridi - allungamento della catena: la sintesi di Kiliani-Fischer - accorciamento della catena: la degradazione di Wohl - i monosaccaridi formano emiacetali ciclici - il glucosio è il più stabile fra gli aldoesosi - formazione di glicosidi - l’effetto anomerico - zuccheri riducenti e non riducenti - disaccaridi - polisaccaridi - i carboidrati sulla superficie cellulare - dolcificanti sintetici.

    AMMINOACIDI, PEPTIDI E PROTEINE. Nomenclatura degli amminoacidi - configurazione degli amminoacidi - proprietà acido-basiche degli amminoacidi - il punto isoelettrico - separazione degli amminoacidi - metodi di sintesi degli amminoacidi - risoluzione di una miscela racemica di amminoacidi - legami peptidici e legami disolfuro - strategie di sintesi peptidica - sintesi peptidica automatizzata - introduzione alla struttura delle proteine.

    LA CHIMICA ORGANICA DEI LIPIDI. Acidi grassi - acidi grassi omega - cere - trigliceridi - saponi e micelle - fosfolipidi - prostaglandine - terpeni - biosintesi dei terpeni - come le statine abbassano il livello di colesterolo - biosintesi del colesterolo - steroidi - steroidi sintetici.

    LA CHIMICA ORGANICA DEGLI ACIDI NUCLEICI. Nucleosidi e nucleotidi - Gli acidi nucleici sono costituiti da sottounità nucleotidiche - DNA e RNA – sintesi di oligonucleotidi.


    IL LABORATORIO DI CHIMICA ORGANICA: Norme di sicurezza in laboratorio; cifre significative, precisione e accuratezza; filtrazione, estrazione, cristallizzazione; cromatografia: principi generali, meccanismi di separazione, cromatografia su strato sottile e su colonna.

    CENNI SULLE TECNICHE SPETTROSCOPICHE PER L'IDENTIFICAZIONE DEI COMPOSTI ORGANICI: Spettroscopia Infrarossa (IR) - Spettroscopia Ultravioletta e Visibile (UV-VIS) - Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) - Spettrometria di Massa (MS).

    ESPERIENZE PRATICHE DI LABORATORIO
    1) Estrazione dei principi attivi da farmaci analgesici e separazione di composti organici mediante cromatografia su strato sottile
    2) Estrazione acido-base: separazione di sostanze organiche in miscela tramite estrazione liquido-liquido.
    3) Reazione SN2: idrolisi dello ioduro di metile
    4) Reazione di sostituzione nucleofila acilica: sintesi del paracetamolo
    5) Condensazione aldolica incrociata: sintesi del dibenzalacetone
    6) Zuccheri riducenti: test di Fehling-Benedict ed idrolisi del saccarosio

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    The first part of the course is devoted to
    1) valence bond and molecular orbital theories; hybridization of orbitals; molecular geometry; intermolecular forces.
    2) the concept of functional groups: organic compounds classification; calculation of oxidation number of the carbon.
    3) stereochemistry; definition of chirality in organic chemistry and stereocenters; enantiomers and diastereomers; R/S and E/Z configuration; racemic resolution.
    4) reaction mechanisms; heterolysis and hemolysis; electrophiles and nucleophiles; addiction, elimination and substitution mechanisms; regioselectivity and stereospecificity.
    5) structure, physicochemical properties, nomenclature and reactivity of alkanes, cycloalkanes, alkenes, alkynes, alcohols, phenols, ethers, epoxides, thiols and sulphides, amines

    The second part of the course allows students to acquire knowledge on
    1) Study of structure, properties, nomenclature and reactivity of aldehydes and ketones, carboxylic acids and derivatives, nitriles
    2) carbon-carbon bond-forming reactions, synthesis of enols and enolates, imines and enamines, alpha-alkylation and alpha-halogenation of enols and enolates, aldol additions and condensations and variants thereof, Claisen condensations and related reactions, Michael and Mannich addition reactions, examples of transposition reactions
    3) carbocyclic and heterocyclic aromatics with particular reference on aromaticicty concept, and on the study of structure, nomenclature, natural sources, properties, synthesis and reactivity
    4) retrosynthetic analysis and synthesis of organic multifunctional compounds

    The third part of the course concern with
    1) properties and reactivity of biomolecules: amino acids. And peptides, carbohydrates, lipids, nucleic acids
    2) pericyclic reactions

    Moreover, the course includes practical lab activities and principles of spectroscopic techniques

    Textbook and course materials

    P.Y. Bruice ORGANIC CHEMISTRY VIII edition – EdiSES, Napoli

    M.V. D’Auria, O. Taglialatela Scafati, A. Zampella GUIDA RAGIONATA ALLO SVOLGIMENTO DI ESERCIZI DI CHIMICA ORGANICA. Con aggiornamento online, LOGHIA, Napoli, 2017

    Course objectives

    At the end of the course the student is expected to strengthen knowledge of basic organic chemistry and acquire learning and knowledge of advanced organic chemistry as a platform for the study of subsequent courses and the study of drugs.
    In particular, the aim of the course is to furnish general contents on the matter, that are fundamentals for the study of organic compounds, prerequisite for further biochemical and pharmaceutical studies.
    At the end of the course, the student will acquire theoretical knowledges on the structure and reactivity of organic compounds and basic principles for the handling of chemical organic agents and chemical preparations, in the respect of current regulations on the security, through simple chemical reactions and application of analytical techniques for their identification.
    In particular, the student will be able to:
    1) knowledge the main classes of organic products
    2) apply the basic rules of IUPAC nomenclature
    3) deduce the physicochemical and stereochemical properties of organic compounds and to predict their reactivity on the basis of the studied reaction mechanisms
    4) critically reflect, in order to apply the studied mechanisms to simple synthetic schemes for the production of the required molecules, discussing on the choices
    5) acquire the awareness of the importance of safety and security in security in the laboratory laboratory, as well as the theoretical knowledge and practical skills in the basic

    Prerequisites

    Knowledges acquired in the course on General and inorganic chemistry (propaedeutic exam). The student must have basic knowledges on: atom structure; atomic orbitals; electronic structure and bonding; molecular orbital theory; acids and basis; chemical equilibrium; redox balancing.

    Teaching methods

    The course consists in 112 hours of frontal lessons carried out by the teacher in which will be described the theory, applied to different examples and to the resolution of exercises, 8 hours of laboratory (4 sessions of 2 hours in the lab of Chemistry), and 255 hours of individual work. Attendance is compulsory. During its individual work, the student must acquire basic knowledge and concepts of the organic chemistry and resolve exercises.
    The students are subjected to the compulsory attendance requirements for lab activities. These activities consist in practical experiments in which students, working in groups of three, have to carry out simple syntheses of organic compounds, their isolation of and purification and the analysis for their identification. During the practical lessons, students have to scrupulously comply with internal safety rules, explained in order to operate in a chemical laboratory. Reports on lab lessons have to be delivered. During laboratory experiments, students can register their attendance with their signature. The student cannot miss more than 25% of the classes.
    The course provides for exercises in the classroom under the supervision of the teacher or a tutor. Students have opportunities to ask explanations or to correct their homework exercises during the office hours indicated by the teacher in the timetable.

    Evaluation methods

    The attendance to the laboratory and the delivery of the reports on the exercitations are mandatory.
    To the student is given the possibility to take a written test during the course, organized like the written exams but limited to the performed program. Students can benefit of the presence of a teaching assistant.
    Additional instruction material is available on the web site of the University and on the blog “chimica organica Vanvitelli” (http://chimorg-sun.blogspot.com/).
    The teacher is available to receive students on the basis of the timetable and by e-mail.

    Other information

    The exam consists in the successful completion, with the minimum value of 16/30, of the written test, last 120 minutes, where the student, through open questions have to apply the knowledges acquired on the nomenclature, the reactivity, the stereochemistry of organic compounds, to organic synthesis exercises. The written test is propaedeutic to the final exam.
    During the course, in itinere tests will be carried out. Each test last 90 minutes is organized, similarly to the written exam, open questions. The student that pass these tests is directly admitted to the oral exam.
    The oral exam aims to the evaluation of the thinking capacities and linking among the different subject of the course. It is constituted by questions on the synthesis of organic compounds, in which the attitude to organize the exposition on the mechanistic and stereochemical aspects will be assessed. Moreover will be discussed a theoretical topic and a class of biomolecules, as well as the practical and theoretical aspect of a laboratory experience.
    The final evaluation will be expressed in thirtieths and will take into account of the results of the oral exam (80%), of the written test (15%), and of the delivered reports (5%).

    Course Syllabus

    1. AN INTRODUCTION TO THE STUDY OF ORGANIC CHEMISTRY

    REMEMBERING GENERAL CHEMISTRY: ELECTRONIC STRUCTURE AND BONDING. The structure of an atom – distribution of the electrons in an atom - ionic and covalent bonds - how the structure of a compound is represented - atomic orbitals - an introduction to molecular orbital theory
    how single, double, and triple bonds are formed in organic compounds: hybridization, bond lengths, bond strengths, and bond angles - carbocations, radicals, carbanions - the bonds in ammonia and in the ammonium ion -the bonds in water - the bond in a hydrogen halide - hybridization and molecular geometry - The dipole moments of molecules.

    ACIDS AND BASES: CENTRAL TO UNDERSTANDING ORGANIC CHEMISTRY. An introduction to acids and bases - pKa and pH - organic acids and bases - how to predict the outcome of an acid–base reaction - how to determine the position of equilibrium - how the structure of an acid affects its pKa value - how substituents affect the strength of an acid - an introduction to delocalized electrons - a summary of the factors that determine acid strength - how pH affects the structure of an organic compound - buffer solutions - lewis acids and bases.

    AN INTRODUCTION TO ORGANIC COMPOUNDS: NOMENCLATURE, PHYSICAL PROPERTIES, AND REPRESENTATION OF STRUCTURE. Alkyl groups - the nomenclature of alkanes - the nomenclature of cycloalkanes - the nomenclature of alkyl halides - the nomenclature of ethers - the nomenclature of alcohols - the nomenclature of amines - the nomenclature of bicyclic compounds - the structures of alkyl halides, alcohols, ethers, and amines - the physical properties of organic compounds – conformers: rotation occurs about carbon–carbon single bonds – Newman projections - cycloalkanes and angle strain - conformers of cyclohexane - conformers of monosubstituted cyclohexanes - conformers of disubstituted cyclohexanes - fused cyclohexane rings

    2. ELECTROPHILIC ADDITION REACTIONS, STEREOCHEMISTRY, AND ELECTRON DELOCALIZATION

    ISOMERS: THE ARRANGEMENT OF ATOMS IN SPACE. Cis–Trans Isomers Result From Restricted Rotation - Naming Alkene isomers by the E,Z system: Chan Ingold, and Prelog rules - chirality: asymmetric centers and stereocenters - how to draw enantiomers - Naming Enantiomers by the R,S system – perspective formula, sawhorse projections, and fisher projections - optical activity - compounds with more than one asymmetric center - stereoisomers of cyclic compounds - meso compounds.

    ALKENES: STRUCTURE, NOMENCLATURE, AND AN INTRODUCTION TO REACTIVITY • THERMODYNAMICS AND KINETICS. Molecular formulas and the degree of unsaturation - the nomenclature of alkenes - the structure of alkenes - how an organic compound reacts depends on its functional group - how alkenes react: curved arrows show the flow of electrons - thermodynamics and kinetics - the rate of a chemical reaction - the difference between ∆G‡ ed Ea - a reaction coordinate diagram describes the energy changes that take place during a reaction – catalysis.

    THE REACTIONS OF ALKENES • THE STEREOCHEMISTRY OF ADDITION REACTIONS. The addition of a hydrogen halide to an alkene - carbocation stability - structure of the transition state - electrophilic addition reactions are regioselective: Markovnikov rule - the addition of water to an alkene - the addition of an alcohol to an alkene - carbocation will rearrange if it can form a more stable carbocation - oxymercuration–demercuration - the addition of borane to an alkene: hydroboration–oxidation - the addition of a halogen to an alkene - the addition of a peroxyacid to an alkene – alkene dihydroxylation - ozonolysis - the addition of hydrogen to an alkene - the relative stabilities of alkenes - regioselective, stereoselective, and stereospecific reactions- the stereochemistry of electrophilic addition reactions of alkenes

    THE REACTIONS OF ALKYNES • AN INTRODUCTION TO MULTISTEP SYNTHESIS. The nomenclature of alkynes - how to name a compound that has more than one functional group - the physical properties of unsaturated hydrocarbons - the structure of alkynes - alkynes are less reactive than alkenes - the addition of hydrogen halides and the addition of halogens to an alkyne - the addition of water to an alkyne - the addition of borane to an alkyne: hydroboration–oxidation - the addition of hydrogen to an alkyne - a hydrogen bonded to an sp carbon is “acidic” - synthesis using acetylide ions - an introduction to multistep synthesis.

    DELOCALIZED ELECTRONS AND THEIR EFFECT ON STABILITY, pKa, AND THE PRODUCTS OF A REACTION. Delocalized electrons explain benzene’s structure - the bonding in benzene - resonance contributors and the resonance hybrid - how to draw resonance contributors - the predicted stabilities of resonance contributors - delocalization energy is the additional stability delocalized electrons give to a compound - benzene is an aromatic compound - the two criteria for aromaticity - applying the criteria for aromaticity - aromatic heterocyclic compounds - antiaromaticity - a molecular orbital description of aromaticity and antiaromaticity - more examples that show how delocalized electrons increase stability - a molecular orbital description of stability: HOMO and LUMO - how delocalized electrons affect pka values - delocalized electrons can affect the product of a reaction - reactions of dienes - thermodynamic versus kinetic control - the Diels–Alder reaction Is a 1,4-addition Reaction - retrosynthetic analysis of the Diels–Alder reaction - a molecular orbital description of aromaticity - aromatic heterocyclic compounds

    3. SUBSTITUTION AND ELIMINATION REACTIONS

    SUBSTITUTION and ELIMINATION REACTIONS OF ALKYL HALIDES. the mechanism for an SN2 reaction - factors that affect SN2 reactions - the mechanism for an SN1 reaction - factors that affect SN1 reactions - benzylic halides, allylic halides, vinylic halides, and aryl halides - competition between SN2 and SN1 reactions - the role of the solvent in SN1 and SN2 reactions - intermolecular versus intramolecular reactions - the E2 reaction - an E2 reaction is regioselective - the E1 reaction - benzylic and allylic halides - competition between E2 and E1 reactions - E2 and E1 reactions are stereoselective - elimination from substituted cyclohexanes - competition between substitution and elimination -substitution and elimination reactions in synthesis.

    REACTIONS OF ALCOHOLS, ETHERS, EPOXIDES, AMINES, AND THIOLS. Nucleophilic substitution reactions of alcohols: forming alkyl halides - other methods used to convert alcohols into alkyl halides - converting an alcohol into a sulfonate ester - elimination reactions of alcohols: dehydration - oxidation of alcohols - nucleophilic substitution reactions of ethers - nucleophilic substitution reactions of epoxides - arene oxides - amines do not undergo substitution or elimination reactions - quaternary ammonium hydroxides undergo elimination reactions - thiols, sulfides, and sulfonium salts.

    ORGANOMETALLIC COMPOUNDS.
    Organolithium and organomagnesium compounds - transmetallation 538
    organocuprates - palladium-catalyzed coupling reactions: Suzuki, Stille and Heck cross-coupling reactions - alkene metathesis.

    RADICALS • REACTIONS OF ALKANES. Alkanes are unreactive compounds - the chlorination and bromination of alkanes - radical stability depends on the number of alkyl groups attached to the carbon with the unpaired electron - the distribution of products depends on probability and reactivity - the reactivity–selectivity principle - the addition of radicals to an alkene - the stereochemistry of radical substitution and radical addition reactions - radical substitution of benzylic and allylic hydrogens.

    4. CARBONYL COMPOUNDS

    REACTIONS OF CARBOXYLIC ACIDS AND CARBOXYLIC ACID DERIVATIVES
    The nomenclature of carboxylic acids and carboxylic acid derivatives - the structures of carboxylic acids and carboxylic acid derivatives - the physical properties of carbonyl compounds - how carboxylic acids and carboxylic acid derivatives react - the relative reactivities of carboxylic acids and carboxylic acid derivatives - reactions of acyl chlorides - reactions of esters - acid-catalyzed ester hydrolysis and transesterification - hydroxide-ion-promoted ester hydrolysis - reactions of carboxylic acids - reactions of amides - hydroxide-ion-promoted hydrolysis of amides - hydrolysis of an imide: a way to synthesize a primary amine - nitriles - acid anhydrides - dicarboxylic acids - how chemists activate carboxylic acids - how cells activate carboxylic acids

    REACTIONS OF ALDEHYDES AND KETONES • MORE REACTIONS OF CARBOXYLIC ACID DERIVATIVES. The nomenclature of aldehydes and ketones - how aldehydes and ketones react - reactions of carbonyl compounds with carbon nucleophiles - reactions of carbonyl compounds with hydride ion - chemoselective reactions - reactions of aldehydes and ketones with nitrogen nucleophiles - reactions of aldehydes and ketones with oxygen nucleophiles - protecting groups - reactions of aldehydes and ketones with sulfur nucleophiles - reactions of aldehydes and ketones with a peroxyacid- the wittig reaction forms an alkene - disconnections, synthons, and synthetic equivalents - synthesizing organic compounds - semisynthetic drugs - nucleophilic addition to α,β-unsaturated aldehydes and ketones - nucleophilic addition to α,β-unsaturated carboxylic acid derivatives - conjugate addition reactions in biological systems.

    REACTIONS AT THE α-CARBON. The acidity of an α-hydrogen - keto–enol tautomers - keto–enol interconversion - halogenation of the α-carbon of aldehydes and ketones - halogenation of the α-carbon of carboxylic acids - forming an enolate ion - alkylating the α-carbon - alkylating and acylating the a-carbon via an enamine intermediate - alkylating the β-carbon - an aldol addition forms a β-hydroxyaldehyde or a β-hydroxyketone - the dehydration of aldol addition products forms α,β-unsaturated aldehydes and ketones - a crossed aldol addition - a Claisen condensation forms a β-keto ester - other crossed condensations - intramolecular condensations and intramolecular aldol additions - the Robinson annulation - CO2 can be removed from a carboxylic acid that has a carbonyl group at the 3-position - the malonic ester synthesis: a way to synthesize a carboxylic acid - the acetoacetic ester synthesis: a way to synthesize a methyl ketone.

    5. AROMATIC COMPOUNDS

    REACTIONS OF BENZENE AND SUBSTITUTED BENZENES. The nomenclature of monosubstituted benzenes - the general mechanism for electrophilic aromatic substitution reactions - halogenation of benzene - nitration of benzene - sulfonation of benzene - Friedel–Crafts acylation of benzene - Friedel–Crafts alkylation of benzene - incipient primary carbocations - alkylation of benzene by acylation–reduction - using coupling reactions to alkylate benzene - how some substituents on a benzene ring can be chemically changed - the nomenclature of disubstituted and polysubstituted benzenes - the effect of substituents on reactivity - the effect of substituents on orientation - the ortho–para ratio - additional considerations regarding substituent effects - the synthesis of trisubstituted benzenes - synthesizing substituted benzenes using arenediazonium salts - azobenzenes - the mechanism for the formation of a diazonium ion - nucleophilic aromatic substitution.

    REACTIONS OF HETEROCYCLIC COMPOUNDS. The nomenclature of heterocyclic compounds - aromatic five-membered-ring heterocycles aromatic six-membered-ring heterocycles – reactivity of heterocyclic compounds - some heterocyclic amines have important Roles in Nature

    6. ORGANIC SYNTHESIS

    DESIGNING A SYNTHESIS. Multistep synthesis - retrosynthetic analysis - disconnections, synthons, and synthetic equivalents - making new carbon–carbon bonds - the synthesis of monosubstituted and disubstituted benzenes - the synthesis of trisubstituted benzenes - the synthesis of cyclic compounds.

    PERICYCLIC REACTIONS. There Are Three Kinds of Pericyclic Reactions - Molecular Orbitals and Orbital Symmetry - Electrocyclic Reactions - Cycloaddition Reactions - Sigmatropic Rearrangements.

    7. BIOORGANIC COMPOUNDS

    MORE ABOUT AMINE • ALKALOIDS. More About Nomenclature - More About the Acid–Base Properties of Amines - Amines React as Bases and as Nucleophiles - Synthesis of Amine – principal classes of alkaloids: pyrrolidines, pyridines, tropanes, pyrrolizidines, isoquinolines, indoles, quinolines, and steroids

    THE ORGANIC CHEMISTRY OF CARBOHYDRATES. Classifying carbohydrates - the D and L notation - the configurations of aldoses - the configurations of - the reactions of monosaccharides in basic solutions - oxidation–reduction reactions of monosaccharides - lengthening the chain: the Kiliani–Fischer synthesis - shortening the chain: the Wohl degradation - monosaccharides form cyclic hemiacetals - glucose is the most stable aldohexose - formation of glycosides - the anomeric effect -reducing and nonreducing sugars - disaccharides - polysaccharides - carbohydrates on cell surfaces - artificial sweeteners.

    AMINO ACIDS, PEPTIDES, AND PROTEINS. The nomenclature of amino acids
    the configuration of amino acids - acid–base properties of amino acids - the isoelectric point - separating amino acids - synthesis of amino acids - resolution of racemic mixtures of amino acids - peptide bonds and disulfide bonds - the strategy of peptide bond synthesis: N-protection and C-activation - automated peptide synthesis - an introduction to protein structure.

    THE ORGANIC CHEMISTRY OF LIPIDS. Fatty acids are long-chain carboxylic acids - omega fatty acids - waxes are high-molecular-weight esters - fats and oils are triglycerides - soaps and micelles - phospholipids are components of cell membranes - prostaglandins regulate physiological responses - terpenes contain carbon atoms in multiples of five - how terpenes are biosynthesized - how statins lower cholesterol levels - how nature synthesizes cholesterol - steroids - synthetic steroids.

    THE CHEMISTRY OF THE NUCLEIC ACIDS. Nucleosides and Nucleotides - Nucleic Acids Are Composed of Nucleotide Subunits – DNA and RNA – oligonucleotide synthesis.


    LABORATORY OF ORGANIC CHEMISTRY: safety rules in the lab; significant digits, precision and accuracy; filtration, extraction, crystallization; chromatography: general principles, separation mechanisms; thin layer chromatography and column chromatography.

    SPECTROSCOPIC TECHNIQUES: Infrared Spectroscopy (IR) - Ultraviolet and Visible Spectroscopy (UV-VIS) - Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) - Mass spectrometry (MS).

    LABORATORY PRACTICAL EXPERIENCES
    1) Extraction of active principles from analgesic drugs and separation of organic compounds by thin layer chromatography
    2 Acid-base extraction: separation of organic compounds by liquid-liquid extraction.
    3) SN2 reaction: hydrolysis of methyl iodide
    4) Nucleophilic Acyl Substitution: Synthesis of paracetamol
    5) Aldol reaction: synthesis of dibenzalacetone
    6) Reducing and nonreducing sugars: Fehling-Benedict test and sucrose hydrolysis.

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