Scienze Ambientali

Concetti generali. Acidità secondo Arrhenius, Brønsted-Lowry e Lewis. Scala di acidità. Fattori che influenzano la forza degli acidi e delle basi di Brønsted-Lowry: ibridazione, polarizzabilità, elettronegatività, effetto induttivo, risonanza, legame idrogeno, solvente. Meccanismi di reazione: reagenti, prodotti, intermedi e complessi attivati, evidenze cinetiche e non-cinetiche (cenni). [2 ore] Alcani e cicloalcani. Nomenclatura, ibridazione, isomeria strutturale, conformazione di alcani lineari e cicloalcani, ibridazione e angolo di legame. Calori di combustione e tensione di anello. Relazioni fra struttura e proprietà fisiche. Proiezioni di Newman. Reazioni degli alcani: combustione e alogenazione radicalica (cenni). [2 ore] Alcheni. Nomenclatura, ibridazione, stabilità, isomeria geometrica. Nomenclatura E-Z per gli stereoisomeri degli alcheni. Relazioni fra struttura e proprietà fisiche. Reazioni degli alcheni: addizione ionica di acidi alogenidrici (struttura e stabilità dei carbocationi, regola di Markovnikov e postulato di Hammond), di acqua e di alogeni; epossidazione (reazione con peracidi, cenni), idroborazione-ossidazione, idrogenazione catalizzata da metalli di transizione (Pd) e calori di idrogenazione (cenni). [4 ore] Alchini. Nomenclatura, ibridazione, struttura. Reazioni degli alchini: addizione di idrogeno catalizzata dal palladio (cenni), addizione di acidi alogenidrici, addizione di alogeni, addizione di acqua catalizzata da acido solforico e sali di mercurio (cenni), acidità degli alchini terminali (reazioni di addizione e di sostituzione nucleofila). [2 ore] Stereoisomeria. Chiralità. Centri stereogenici. Enantiomeri e diastereoisomeri. Forme meso. Elementi di simmetria: centro di simmetria, asse di simmetria, piano di simmetria. Nomenclatura degli enantiomeri: il sistema R-S (Cahn, Ingold e Prelog). Attività ottica. Racemi. Potere rotatorio specifico. Eccesso enantiomerico. Proiezioni di Fischer. [4 ore] Alogenuri alchilici. Struttura e proprietà fisiche. Nomenclatura. Sostituzione nucleofila alifatica: meccanismi limite SN1 ed SN2. Evidenze cinetiche e non-cinetiche. Stereochimica. Fattori che influenzano la reattività (substrato, nucleofilo, gruppo uscente, solvente). Competizione tra meccanismi SN1 e SN2. Beta-eliminazione. E1: meccanismo, regiochimica (regola di Zaytsev). E2: meccanismo, regiochimica, stereochimica. Reazioni con meccanismo E2 nei sistemi cicloesanici. Competizione tra E1 e E2: effetto della struttura dell’alogenuro alchilico, del solvente, della base. Competizione tra SN e E: competizione tra SN1 e E1, competizione tra SN2 e E2 (effetto del substrato, del nucleofilo/base, del solvente). Meccanismo E1cb (cenni). [4 ore] Alcoli. Nomenclatura, proprietà fisiche. Reazioni degli alcoli: proprietà acido-base. Trasformazione dei gruppi funzionali: reazione con acidi alogenidrici, con cloruro di tionile, con alogenuri del fosforo e cloruro di tosile (cenni). Ossidazione a composti carbonilici e carbossilici (meccanismo generale dell’ossidazione con acido cromico; utilizzo del piridinio clorocromato); disidratazione degli alcoli. Protezione (cenni). [2 ore] Eteri e epossidi. Nomenclatura. Reazioni degli eteri: scissione acido-catalizzata con HX. Epossidi: nomenclatura, apertura degli epossidi (acido-catalizzata e nucleofila). Eteri corona. [1 ora] Aldeidi e chetoni. Nomenclatura. Reazioni di addizione: Reazione con idruri del boro e dell’alluminio, con alchini terminali, con i reattivi organomagnesio, acqua, alcoli (acetali come gruppi protettori). Reazioni di addizione-eliminazione: reazione con ammine primarie e secondarie. Tautomeria cheto-enolica in ambiente acido e in ambiente basico. Fattori che influenzano l’equilibrio cheto-enolico. Condensazione aldolica, condensazione aldolica incrociata. [6 ore] Acidi carbossilici. Nomenclatura, proprietà fisiche. Reazioni degli acidi carbossilici: reazione acido-base, reazione con alcoli, con LiAlH4 (cenni), con SOCl2 (cenni), con PBr3 (cenni). [1 ora] Ammine. Nomenclatura. Chiralità. Inversione piramidale. Chiralità dei sali di ammonio quaternari. Basicità delle ammine alifatiche e aromatiche. Carboidrati e amminoacidi, cenni di struttura e proprietà [2 ore] Derivati degli acidi carbossilici. Alogenuri acilici, anidridi, esteri, ammidi, nitrili. Nomenclatura, proprietà fisiche. Reazioni dei derivati degli acidi: con acqua (cloruri degli acidi, anidridi, esteri, ammidi); con alcoli (cloruri degli acidi, anidridi, esteri); con ammoniaca o ammine (cloruri degli acidi, anidridi, esteri), con organomagnesio (esteri), con LiAlH4 (esteri, ammidi: cenni). [2 ore] Composti aromatici. Aromaticità, anti-aromaticità e non-aromaticità. Regola di Hückel. Ioni aromatici. Benzene ed eterocicli aromatici. Nomenclatura. Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica: meccanismo, effetto dei sostituenti (reattività e orientamento): alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts. Sostituzione nucleofila aromatica. Fenoli. [4 ore]

Lo studente deve avere padronanza dei concetti base della chimica, con particolare riferimento a: nomenclatura, reazioni chimiche, stechiometria, struttura molecolare, struttura elettronica, modello del legame di valenza, funzioni di stato in termodinamica. Tali concetti vengono ripresi brevemente quando necessario, ma la loro conoscenza è indispensabile per la fruizione del corso.

W. H. Brown ”Chimica Organica” Ed. Edises 2023 J. Mc Murry ”Chimica Organica” Ed. Piccin 2017 T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle ”Chimica Organica” Ed. Zanichelli 2008

La frequenza alle lezioni è facoltativa ma fortemente consigliata

La prova scritta ha lo scopo di valutare le abilità dello studente nella rappresentazione delle molecole (struttura e nomenclatura) e la conoscenza dei principi di reattività delle più comuni classi di composti in chimica organica. La prova orale misura la capacità di esposizione dei concetti del corso e l’individuazione dei collegamenti fra i vari argomenti presentati.

Il corso è tenuto tramite lezioni frontali. L’impiego della lavagna -tradizionale o digitale- consente allo studente di prendere agevolmente appunti. Vengono proiettate solo strutture particolarmente complesse, fotografie e tabelle.