1.

Introduzione alla Chimica Organica: origine della vita, la chimica organica nella vita di oggi. Il legame chimico: orbitali atomici e teoria degli orbitali molecolari. Orbitali molecolari di frontiera. La geometria molecolare. Richiamo ai concetti di acido e base e alle reazioni redox.

2.

Il Carbonio: la struttura tetraedrica negli alcani, orbitali ibridizzati sp³ e legami σ. Altri atomi con ibridizzazione sp³. Atomo di carbonio trigonale negli alcheni: orbitali ibridizzati sp² e legami π, altri atomi con orbitali ibridizzati sp². Atomo di carbonio negli alchini: orbitali ibridizzati sp. Legami covalenti con carboni sp³, sp² e sp: lunghezza e forza dei legami. Elettronegatività del carbonio, legami e reattività chimica. Gruppi funzionali al carbonio: alogenuri, alcoli, eteri, composti carbonilici, carbossilici e derivati, ammine, nitrili. Il benzene. Concetti di risonanza e tautomeria cheto-enolica. Struttura, gruppi funzionali e forze intermolecolari: interazioni dipolo-dipolo, legame a idrogeno, legami di Van der Waals.

3.

Introduzione alle reazioni organiche e loro meccanismi: relazioni termodinamiche. Diagrammi di energia: S.T. o complesso attivato. Valori termodinamici relativi allo S.T. Cinetica di una reazione; velocità e ordine di una reazione, rapporto con G di attivazione e passaggio determinante la velocità. Omolisi ed eterolisi di legami covalenti. Carbocationi e carbanioni e stabilità relative. Radicali e criteri di stabilità. Carattere acido o basico dei vari gruppi funzionali. Effetto dei cambiamenti di struttura sull’acidità e la basicità. Effetto induttivo e di risonanza. Definizione di reagenti elettrofili e nucleofili. Concetto di regio e stereoselettività di una reazione organica.

4.

Alcani e Cicloalcani: struttura e nomenclatura IUPAC, radicali alchilici. Isomeri strutturali. Isomeria e proprietà fisiche. Isomeria conformazionale: definizione ed esempi via diagrammi di energia (etano e butano). Origine degli alcani nel petrolio; processi di cracking. Reattività degli alcani verso gli alogeni: alogenazione radicalica.  I cicloalcani: stabilità relativa e tensione d’anello. Ciclopentano e cicloesano. Conformazione del cicloesano e dei cicloesani sostituiti: idrogeni assiali ed equatoriali, la stereoisomeria cis-trans. Analisi conformazionale. Principali metodi di sintesi di alcani e cicloalcani.

5.

Stereochimica: isomeri costituzionali e stereoisomeri. Enantiomeri e diastereoisomeri. Nascita dell’asimmetria. Chiralità. Carbonio chirale e stereocentro. Relazioni tra stereoisomeri configurazionali: enantiomeri e racemi. Luce polarizzata ed attività ottica. Regole di rappresentazione di composti chirali (R,S o D,L). Strutture proiettive di Fisher. Composti con più stereocentri: diastereoisomeri e mesoforme. Stereoisomeria nei composti ciclici: configurazioni e conformazioni. Risoluzione racemica e sintesi asimmetrica. La stereoisomeria dei composti ciclici.

6.

Alcheni e alchini: nomenclatura IUPAC; gruppi allile e vinile. Isomeria geometrica e proprietà chimico-fisiche; stabilità degli alcheni con diversa sostituzione. Reattività: addizioni elettrofile di acidi alogenidrici, acqua, acido solforico, alogeni (Br₂). Meccanismo, stereochimica e cinetica delle reazioni, regola di Markovnikov. Formazione di alcoli per idroborazione, ossimercuriazione e demercuriazione. La formazione di aloidrine. Ossidazione di doppi legami: formazione di glicoli con permanganato di potassio e tetrossido di osmio; reazioni con peracidi e formazione di epossidi. Stereoselettività nelle reazioni di ossidazione. Reazione di idrogenazione: catalisi (omogenea ed eterogenea), meccanismo e cinetica; stereo e chemoselettività della reazione di idrogenazione. Alchini: definizioni e nomenclatura; acidità degli alchini, acetiluri metallici. Addizioni elettrofile al triplo legame, meccanismo e regioselettività. Idrogenazione del triplo legame parziale e totale. Addizione di acqua: prodotti di reazione. Principali metodi di sintesi di alcheni ed alchini. 

7.

Reazioni di sostituzione nucleofila ed eliminazione al carbonio saturo: cinetica e meccanismo delle reazioni SN₁ e SN₂; competizione tra i due meccanismi; stereochimica delle reazioni via SN₁ o SN₂. Nucleofili e nucleofilicità: confronti tra diversi nucleofili. Effetto sterico, polarizzabilità. Solventi nelle reazioni di sostituzione; classificazione ed effetto. Gruppi uscenti: definizione e confronto; trasformazione di gruppi uscenti. Reazioni di eliminazione: cinetica e meccanismo delle reazioni E₁ ed E₂; regioselettività e stereochimica nelle reazioni di eliminazione. Competitività tra reazioni di sostituzione ed eliminazione. La chimica degli alogenuri alchilici: preparazione e reattività.

8.

Alcoli, eteri ed epossidi: struttura e nomenclatura; proprietà chimico-fisiche degli alcoli e degli eteri. Preparazione degli alcoli. Le reazioni degli alcoli. Trasformazione di alcoli in alogenuri alchilici. Metodi di protezione della funzione ossidrilica. Trasformazione della funzione alcolica in tosilato e mesilato, buoni gruppi uscenti. Preparazione di eteri (Sintesi di Williamson). Reazione di aloidrine per la preparazione di epossidi (sostituzione nucleofila intramolecolare). Rottura del legame etereo. Apertura di epossidi.

9.

I composti organometallici: preparazione di composti organolitio ed organomagnesio. Reazioni dei composti organometallici con epossidi e con composti carbonilici.

10.

Aldeidi e chetoni: aldeidi e chetoni: il gruppo carbonilico, sua struttura e reattività verso reagenti nucleofili ed elettrofili. Nomenclatura e proprietà fisiche di aldeidi e chetoni. Principali metodi di sintesi di aldidi e chetoni. Reazione di addizione nucleofila: formazione di emiacetale e acefali, formazione di immine e enammine, addizione di ilidi al fosforo. Reazioni con reattivi di Grignard. Composti carbonilici come acidi e basi (enoli ed enolati, tautomeria). Reazioni di condensazione aldolica. Formazione regioselettiva di enolati. Reazioni di addizione a composti carbonilici -insaturi: reazione di addizione di Michael.

11.

I sistemi insaturi coniugati: il catione allilico: forme di risonanza e stabilità. I dieni coniugati e loro stabilità. L’attacco elettrofilo ai dieni coniugati: addizione 1,2 e 1,4.

12.

La chimica dei composti aromatici:: benzene, strutture di Kekulè, aromaticità negli areni e nei composti eteroaromatici. Regola di Huckel. Nomenclatura e proprietà dei composti aromatici: alogenuri, acidi carbossilici, fenoli, ammine, composti aromatici policondensati. Reazione di sostituzione elettrofila aromatica (nitrazione, alogenazione, solfonazione, reazioni di Friedel-Crafts): meccanismo e dati cinetici. Orientamento nella reazione di sostituzione su anelli con un sostituente. Gruppi attivanti e disattivanti, orientamento nella sostituzione. Sostituzione su anelli con più di un sostituente. Fenoli ed aniline. Reazioni di sostituzione nucleofila aromatica: attivazione dell’anello, orientamento, meccanismo di reazione. Reazione di ossidazione di catene laterali di composti aromatici. Reazioni di riduzione di sistemi aromatici.

13.

Acidi carbossilici e loro derivati: Proprietà del gruppo carbossilico. Acidità. Nomenclatura e proprietà chimico-fisiche. Preparazioni degli acidi carbossilici. Trasformazione degli acidi carbossilici nei principali derivati: alogenuri, anidridi, ammidi e esteri. Reattività del gruppo carbossilico: addizione nucleofila-eliminazione al carbonio acilico. Preparazione dei cloruri acilici via cloruro di tionile. Preparazione delle anidridi. Preparazione degli esteri: il meccanismo della reazione di esterificazione di Fisher. Idrolisi dei derivati degli acidi. La reazione di decarbossilazione. I composti -dicarbonilici: la condensazione di Claisen, la sintesi acetoacetica e la sintesi malonica.

14.

Ammine: Struttura e loro diffusione in natura. Nomenclatura e proprietà chimico-fisiche Basicità. Preparazioni: reazione di ammoniaca e ammine con alogenuri alchilici; riduzione delle azidi, di immine e di nitrocomposti. Nitrosazione di ammine aromatiche. La reazione di Sandmeyer e sintesi di azocomposti.

15.

Composti eterociclici: Nomenclatura. Composti eterociclici aromatici. Reazioni degli eterocicli come acidi e basi. Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica degli eterocicli pentaatomici e loro benzocondensati. Eterocicli azotati: pirrolo e piridina. Basicità di pirrolo e piridina. Reazioni di sostituzione aromatica sulla piridina.

16.

Carboidrati: struttura e distribuzione. Stereochimica degli zuccheri. Proiezione di Fisher. Determinazione della configurazione assoluta. La mutarotazione. Reazione di formazione di emiacetali: strutture cicliche dei monosaccaridi. Formule di Haworth. Effetto anomerico. Formazione dei glucosidi.  Reazioni di ossidazione dei monosaccaridi: ossidazione con periodato, reattivo di Benedict e di Tollens. Zuccheri riducenti. La reazione con fenilidrazina. Principali monosaccaridi: glucosio e fruttosio. Disaccaridi: lattosio, maltosio e saccarosio. Polisaccaridi: amido e cellulosa.

17.

Amminoacidi e peptidi: Struttura, proprietà e stereochimica. Classificazione degli amminoacidi presenti nelle proteine. Gli amminoacidi come acidi e basi. Determinazione della struttura dei peptidi: struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Degradazione delle proteine in peptidi e amminoacidi: idrolisi acida, degradazione enzimatica. Sintesi di peptidi: attivazione del gruppo carbossilico e formazione del legame peptidico.