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Chimica Organica I con laboratorio

Corsi di laurea:
Scienze chimiche
Docenti:
Gandolfi Remo, Marinone Albini Franca, Quadrelli Paolo
Anno accademico:
2008/2009
Codice corso:
81475
Crediti formativi:
15
Ambiti:
CHIM/06
Decreto Ministeriale:
509/99
Ore di lezione:
151

Moduli

Modulo:
Chimica Organica I
Docente:
Gandolfi Remo
Ore di lezione:
75
Crediti formativi:
9
Ambito:
CHIM/06

Programma

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE CHIMICHE

PROGRAMMA DEL CORSO DI CHIMICA ORGANICA 1░ CORSO

A.A. 2008-2009

1. Introduzione

Configurazione elettronica degli atomi. Orbitali ibridi del carbonio. Dagli orbitali atomici agli orbitali molecolari tramite il metodo LCAO (combinazione lineare di orbitali atomici). L’orbitale molecolare s e p in alcani, alcheni ed alchini. Combinazione di orbitali molecolari: costruzione formale delle molecole.

PolaritÓ dei legami e momenti dipolari delle molecole. Effetto induttivo ed effetto di risonanza.

Acidi e basi in chimica organica: definizione secondo Lowry e Br°nsted, misura di aciditÓ e basicitÓ (pKa e pKb), effetto dei sostituenti su aciditÓ e basicitÓ. Definizione secondo Lewis; la teoria di Pearson degli acidi e basi dure e molli.

Regole di nomenclatura di: alcani, alcheni, alchini (lineari e ramificati) e cicloalcani; radicali relativi; composti aromatici; composti mono- e polifunzionali (regole di prioritÓ).

2. Il Metano e gli Alcani

Alogenazione radicalica: reazione a catena, passaggio determinante la velocitÓ di reazione, scala di reattivitÓ degli alogeni, regioselettivitÓ, stabilizzazione dei radicali.

Conformazione degli alcani: rotameri, conformazioni, barriere conformazionali in etano, propano e butano, conformazione gauche e anti.

3. Stereochimica

L’atomo di carbonio chirale e l’attivitÓ ottica. Configurazione di prodotti con un centro chirale: enantioneri, racemi.

La configurazione R/S e le regole di Cahn, Ingold e Prelog. La formula in croce (proiezione di Fischer) e interconversione tra le varie forme di rappresentazione. Definizione di un centro chirale come R o S.

Strutture a pi¨ centri chirali: determinazione della configurazione.

I diastereoisomeri: relazione con enantiomeri, configurazioni treo ed eritro, strutture meso.

Formazione di un primo e di un secondo centro chirale.

Risoluzione di racemati.

4. Gli Alogenuri Alchilici e la Reazione di Sostituzione Nucleofila e di Eliminazione

Ordine di reazione, cinetiche del primo e del secondo ordine: esempi e meccanismi.

Le reazioni di sostituzione nucleofila alifatica bimolecolare (SN2): meccanismo, stereochimica, effetto del solvente, reattivitÓ in funzione del substrato alchilico, del gruppo uscente, del nucleofilo.

La reazione di sostituzione nucleofila monomolecolare (SN1): meccanismo, stereochimica, effetto del solvente, reattivitÓ dei substrati, effetto del gruppo uscente e del nucleofilo; il carbocatione intermedio e le sue trasposizioni.

I diversi meccanismi della reazione di eliminazione.

Reazione bimolecolare (E2): assenza di trasposizioni, effetto isotopico, assenza di scambio, effetto elemento, orientamento di Saytzeff, stereochimica anti.

Reazione monomolecolare (E1): trasposizioni, reattivitÓ ed orientamento.

Fattori influenzanti la competizione tra la reazione di sostituzione nucleofila e la reazione, di eliminazione.

5. Alcheni

Etilene: energia degli orbitali molecolari p , l’orbitale di legame e di antilegame.

La configurazione del doppio legame: isomeria cis/trans, isomeria Z/E.

Le reazioni degli alcheni. Addizione di idrogeno. Reazioni di addizione di elettrofili (meccanismo, addizione secondo Markovnikov): addizione di acidi alogenidrici, addizione di acqua (idratazione). Addizione di alogeni, addizione di acido ipoalogenoso (ione alonio e formazione delle aloidrine). Reazione di idroborazione (successiva trasformazione in alcoli, formale addizione anti-Markovnikov). Reazione di ossidrilazione: formazione di 1,2-dioli con permanganato o peracidi (meccanismo, stereochimica, addizione sin o anti).

Reazione con ozono (ozonizzazione), meccanismo ed importanza nella attribuzione della struttura delle olefine.

Reazione di carbeni con olefine.

Reazione di addizione radicalica con orientamento anti-Markovnikov.

6. Dieni coniugati ed Alchini

Il butadiene: gli orbitali molecolari, loro energia ed energia di risonanza.

La reazione di addizione 1,2 o 1,4: attacco sotto controllo cinetico o termodinamico.

Sintesi e reattivitÓ degli alchini: aciditÓ degli alchini terminali.

7. Cicloalcani

Sintesi di cicloalcani; la teoria della tensione di Baeyer.

Analisi conformazionale del cicloesano. Relazione tra energia potenziale e conformazioni.

Cicloesani 1,2- 1,3- ed 1,4-disostituiti, effetto del gruppo terz-butilico.

Aspetti stereochimici delle reazioni sui cicloalcani e sui cicloalcheni: reazioni di eliminazione e di addizione sin o anti. La configurazione dei cicloalcani disostituiti: enantiomeria reale ed enantiomeria conformazionale.

8. Benzene e composti aromatici

Benzene: gli orbitali molecolari, loro energia ed energia di risonanza.

Concetto di aromaticitÓ, la regola di HŘckel: strutture aromatiche ed anti-aromatiche.

Sintesi di derivati del benzene.

La reazione di sostituzione elettrofila aromatica: meccanismo generale. La reazione di nitrazione, solfonazione, alogenazione ed alchilazione di Friedel-Crafts. Effetto dei sostituenti. razionalizzazione dell’effetto sulla velocitÓ (attivanti o disattivanti) e sull’orientazione (orto-para o meta orientanti)

Gli areni: sintesi e reattivitÓ.

9. Alcoli ed Eteri

Sintesi degli alcoli: idratazione degli alcheni, ossimercuriazione/demercuriazione, idroborazione, regioselettivitÓ della reazione di idroborazione: il 9-BBN.

I reattivi di Grignard: uso nelle sintesi di alcoli.

La reattivitÓ degli alcoli. La reazione di disidratazione: meccanismo, reversibilitÓ, ordine di reattivitÓ e orientamento. La reazione con acidi alogenidrici e con alogenuri non-metallici: eliminazione o sostituzione del gruppo -OH con un alogeno (possibili meccanismi). Comportamento acido degli alcoli: formazione degli alcolati.

Sintesi di Williamson degli eteri, reazione di scissione degli eteri in ambiente acido.

10. Aldeidi e Chetoni

Il gruppo carbonilico: comportamento e reattivitÓ.

Sintesi: riduzione di cloruri acilici, ossidazione di alcoli, acilazione di Friedel-Crafts, ossidazione di metilbenzeni, la trasposizione pinacolica.

ReattivitÓ: addizione nucleofila al carbonile (riduzione ad alcoli, addizione di reattivi di Grignard, addizione di cianuri, di acqua, di alcoli - acetali e semi-acetali). L’addizione di derivati dell’ammoniaca. Il riarrangiamento di Beckmann. La riduzione di Wolff-Kishner.

La reazione di Canizzaro.

La alogenazione in a al carbonile.

11. Fenoli

Effetto della struttura sull’aciditÓ.

Sintesi: la reazione di ossidazione del cumene.

ReattivitÓ: uso dei fenoli nella sintesi di eteri, esteri e reattivitÓ dell’anello aromatico.

Le reazioni di Kolbe, di Reimer-Tiemann e la trasposiszione di Claisen.

12. Acidi carbossilici e loro derivati funzionali

Acidi carbossilici: fonti industriali e reazioni di sintesi (ossidazioni, carbonatazione dei reattivi di Grignard, idrolisi dei nitrili).

ReattivitÓ degli acidi carbossilici. Loro trasformazione nei corrispondenti derivati funzionali: preparazione di alogenuri acilici, esteri, ammidi. La difficile riduzione ad alcoli primari. Alogenazione in a (reazione di Hell, Volhard, Zelinsky).

ReattivitÓ dei nitrili.

I derivati degli acidi (alogenuri, anidridi, ammidi, esteri): reattivitÓ, la reazione di sostituzione nucleofila acilica (idrolisi acida e basica degli esteri, reazione di transesterificazione, reazione con reattivi di Grignard, riduzioni).

I peracidi: reattivitÓ (la reazione di epossidazione, l’ossidazione di Baeyer-Villinger).

Trigliceridi, saponi, micelle e detergenti.

13. Ammine

Effetto della struttura sulla basicitÓ e sulla barriera all’inversione dell’azoto.

Preparazioni: fonti industriali, riduzione dei nitroderivati, ammonolisi degli alogenuri alchilici (i sali di ammonio e la chiralitÓ), amminazione riduttiva con NaB(CN)H3, riduzione dei nitrili e delle ammidi, la trasposizione di Hofmann e quella di Curtius.

ReattivitÓ: la alchilazione delle ammine e l’eliminazione di Hofmann (orientazione e meccanismo E1cB); lo stato di transizione variabile di Bunnett. Ammidi e solfammidi, la reattivitÓ dell’anello aromatico sostituito da gruppi amminici.

La reazione delle ammine primarie, secondarie e terziarie con acido nitroso.

I sali di diazonio: reazioni di Sandmeyer e la sostituzione del gruppo diazo con alogeni, H e CN, le potenzialitÓ sintetiche

Le reazioni dei sali di diazonio senza perdita di azoto: la riduzione ad idrazine e la reazione di copulazione (sintesi dei coloranti azoici).

14. Alogenuri arilici

Sintesi e reattivitÓ.

La reazione di sostituzione nucleofila aromatica. Il meccanismo di Addizione/Eliminazione: il complesso di Meisenheimer, ordine di reattivitÓ degli alogeni

Il meccanismo di Eliminazione/Addizione e l’intermedio benzino, ordine di reattivitÓ degli alogeni. La rappresentazione elettronica del benzino, reattivitÓ.

15. Le Macromolecole di importanza industriale

Monomeri e polimeri.

Tipi di reazione di polimerizzazione: polimeri di addizione e polimeri di condensazione, polimerizzazione per accrescimento a stadi ed a catena.

La polimerizzazione per accrescimento a catena: reazioni radicaliche, copolimerizzazioni, reazioni anioniche e radical-anioniche, reazioni cationiche.

Reazioni di polimerizzazione a stereochimica controllata: tatticitÓ del polimero. I catalizzatori di Ziegler-Natta.

Polimerizzazioni per accrescimento a stadi: poliammidi, poliesteri, poliuretani, bakelite.

La gomma naturale e la guttaperca. Le gomme sintetiche.

Bibliografia

1) T. W. Graham Solomons e C. B. Fryle, CHIMICA ORGANICA, Zanichelli

2) J. McMurry, CHIMICA ORGANICA, Piccin

3) W. H. Brown, C. S. Foote e B. L. Iverson, CHIMICA ORGANICA, Edises

4) J. Clayden, N. Greeves, S. Warren. P. Woters, ORGANIC CHEMISTRY, Oxford University Press


Modulo:
Laboratorio di Chimica Organica I - mod. I
Docente:
Marinone Albini Franca
Ore di lezione:
38
Crediti formativi:
3
Ambito:
CHIM/06

Modulo:
Laboratorio di Chimica Organica I - mod. II
Docente:
Quadrelli Paolo
Ore di lezione:
38
Crediti formativi:
3
Ambito:
CHIM/06

Programma

Nelle Esperienze di Laboratorio vengono trattate, in teoria e in pratica, le principali tecniche per l'isolamento, la purificazione e la caratterizzazione di semplici composti organici. Vengono inoltre proposte alcune facili reazioni, la cui realizzazione consente l'acquisizione di una miglior manualitÓ in laboratorio.

Introducono la parte pratica del Corso alcune note sulla Sicurezza in Laboratorio.

Bibliografia

1) R. T. Morrison, R. N. Boyd; "Chimica Organica"; CEA-Milano.

2) D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz; "Il laboratorio di Chimica Organica"; SORBONA-Milano.


Elenco appelli e prove

Nessuna prova presente

Credits: apnetwork.it