SCIENZE DEL FARMACO E DELLA SALUTEChimica e tecnologia farmaceuticheAnno accademico 2022/2023

1001871 - CHIMICA ORGANICA II

Docente: Antonio RESCIFINA

Risultati di apprendimento attesi

Il corso mira a fornire una mentalità critica e scientifica ed un uso razionale delle capacità mnemoniche, favorendo l’abilità di applicare le conoscenze teoriche alla risoluzione dei problemi.

Ciò significa superare il limite della mera “ripetizione mnemonica” di concetti che, così facendo, sarebbero finalizzati al semplice apprendimento. Mentalità critica e scientifica ad un tempo costituiscono un obiettivo di alto livello; esso necessita di una sintesi tra operatività mentale ed effettiva realizzazione: la prima si esplica nella progettazione di un esperimento, nel controllo razionale-intuitivo delle fasi di esecuzione e calcolo e nella fase di valutazione dei risultati; la seconda si esplica nella vera e propria esecuzione dell’esperimento, anche a livello virtuale.

Pertanto, al termine del corso, l’allievo dovrà essere in grado di:

D1  Conoscenza e Capacità di Comprensione

D2  Capacità di Applicare Conoscenza e Comprensione

D3  Autonomia di Giudizio

D4  Abilità Comunicative

D5  Capacità di Apprendimento

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Le attività del corso sono costituite da lezioni frontali ed esercitazioni in aula. A queste si aggiungeranno alcuni "studi di casi" inerenti molecole di interesse chimico-farmaceutico. Allo studente è richiesto di partecipare attivamente alla discussione sugli argomenti esposti ed in particolare agli studi di casi.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Prerequisiti richiesti

Propedeuticità: Chimica Organica 1.

Proprietà acido-base dei composti organici, stereochimica di base, proprietà e reattività dei gruppi funzionali della chimica organica.

Conoscenza di un metodo di studio adeguato; si consigliano i seguenti siti e letture:

Frequenza lezioni

Frequenza obbligatoria secondo le norme del regolamento didattico del CdS in CTF come riportato nel seguente link.

Contenuti del corso

Il corso è costituito da 3 moduli, corrispondenti a 9 crediti di cui 7 di lezioni frontali e 2 di esercitazioni in aula che verranno effettuate alla fine del terzo modulo.

Per permettere allo studente di seguire senza difficoltà gli argomenti trattati e di reperirli in modo rapido ed efficace è stato stilato un programma che segue pedissequamente l’indice generale del Bruice “Chimica Organica” e del Clayden “Organic Chemistry”; i capitoli e le unità didattiche relativi a quest’ultimo sono evidenziati in rosso.


MODULO 1. Composti bioorganici

 20. 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 modificata (Serianni-Barker) – 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 – Formazione di Eteri, Esteri ed Acetali Ciclici – Agliconi – Disaccaridi – Polisaccaridi.

Ø Paragrafi: 20.1–20.8 e 20.10–20.16; appunti di lezione

 21. 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 – Alcuni peptidi interessanti – Strategie di sintesi peptidica – Sintesi peptidica automatizzata – Introduzione alla struttura delle proteine – Come determinare la struttura primaria di un polipeptide o di una proteina.

Ø Paragrafi: 21.1–21.13

 

MODULO 2. Argomenti speciali

 27. Polimeri di sintesi

Esistono due classi principali di polimeri di sintesi – Introduzione ai polimeri per crescita a catena – Polimerizzazione radicalica – Il teflon: una scoperta accidentale – Codici di riciclo – Polimerizzazione cationica – Polimerizzazione anionica – Polimerizzazione con apertura d’anello – Stereochimica della polimerizzazione • catalizzatori di Ziegler-Natta – Polimerizzazione dei dieni – Copolimeri – Introduzione ai polimeri per crescita a stadi – Classi di polimeri per crescita a stadi – Progettare un polimero – Proprietà fisiche dei polimeri – Il riciclo dei polimeri – Polimeri biodegradabili.

Ø Paragrafi: 27.1–27.14

 8/28/34/35. Reazioni pericicliche

Le tre tipologie di reazioni pericicliche: Reazioni elettrocicliche, di cicloaddizione e trasposizioni sigmatropiche – Orbitali molecolari e simmetria degli orbitali – Reazioni elettrocicliche – Reazioni di cicloaddizione – Trasposizioni sigmatropiche – A new sort of reaction – General description of the Diels-Alder reaction – Reazione di DielsAlder: una reazione di addizione 1,4 – Analisi retrosintetica della reazione di Diels-AlderThe frontier orbital description of cycloadditions – Regioselectivity in Diels-Alder reactions – The Woodward-Hoffmann description of the Diels-Alder reaction – Trapping reactive intermediates by cycloadditions – Other thermal cycloadditions – Photochemical [2 + 2] cycloadditions – Thermal [2 + 2] cycloadditions – Making five-membered rings: 1,3-dipolar cycloadditions – Sigmatropic rearrangements – Orbital descriptions of [3,3]-sigmatropic rearrangements – The direction of [3,3]-sigmatropic rearrangements – [2,3]-Sigmatropic rearrangements – Sigmatropic hydrogen and carbon shifts – Electrocyclic reactions.

Ø Paragrafi: 8.14, 8.15 e 28.1–28.5; Chapters 34 and 35; appunti di lezione

 36. Participation, rearrangement, and fragmentation

Neighbouring groups can accelerate substitution reactions – Rearrangements occur when a participating group ends up bonded to a different atom – Carbocations readily rearrange – The pinacol rearrangement – The dienone-phenol rearrangement – The benzylic acid rearrangement – The Favorskii rearrangement – Migration to oxygen: the BaeyerVilliger reaction – The Beckmann rearrangement – Polarization of C–C bonds helps fragmentation – Fragmentations are controlled by stereochemistry – Ring expansion by fragmentation – Controlling double bonds using fragmentation – The synthesis of nootkatone: fragmentation showcase.

 11/38. Synthesis and reactions of carbenes

Diazomethane makes methyl esters from carboxylic acids – Photolysis of diazomethane produces a carbene – How do we know that carbenes exist? – Ways to make carbenes – Carbenes can be divided into two types – How do carbenes react? – Carbenes react with alkenes to give cyclopropanes – Insertion into C–H bonds – Rearrangement reactions – Nitrenes are the nitrogen analogues of carbenes – Alkene e alchini metathesis.

Ø Paragrafo: 11.5; Chapter 38

 11/40. Organometallic chemistry of palladium, boron, tin, rhodium, and ruthenium

Reazioni di accoppiamento catalizzate da palladio – Grubbs, Schrock, Suzuki ed Heck ricevono il premio Nobel – Transition metals extend the range of organic reactions – The 18 electron rule – Bonding and reactions in transition metal complexes – Palladium is the most widely used metal in homogeneous catalysis – The Heck reaction couples together an organic halide or triflate and an alkene – Cross-coupling of organometallics and halides – Allylic electrophiles are activated by palladium(0) – Palladium-catalysed amination of aromatic rings – Alkenes coordinated to palladium(II) are attacked by nucleophiles – Palladium catalysis in the total synthesis of a natural alkaloid – An overview of some other transition metals.

Ø Paragrafo: 11.4; Chapter 40

 39. Determining reaction mechanisms

There are mechanisms and there are mechanisms – Determining reaction mechanisms: the Cannizzaro reaction – Be sure of the structure of the product – Systematic structural variation – The Hammett relationship – Other kinetic evidence for reaction mechanisms – Acid and base catalysis – The detection of intermediates – Stereochemistry and mechanism – Summary of methods for the investigation of mechanism.

 

MODULO 3. Retrosintesi e Stereoselettività

 28. Retrosynthetic analysis

Creative chemistry – Retrosynthetic analysis: synthesis backwards – Disconnections must correspond to known, reliable reactions – Synthons are idealized reagents – Multiple step syntheses: avoid chemoselectivity problems – Functional group interconversion – Two-group disconnections are better than one-group disconnections – C–C disconnections – Available starting materials – Donor and acceptor synthons – Two-group C–C disconnections – 1,5-Related functional groups – “Natural reactivity” and “umpolung”.

 31. Saturated heterocycles and stereoelectronics

Introduction – Reactions of saturated heterocycles – Conformation of saturated heterocycles: Heteroatoms in rings have axial and equatorial lone pairs – Some substituents of saturated heterocycles prefer to be axial: the anomeric effect – The anomeric effect in spiroketals – Related effects in other types of compounds – Making heterocycles: ring-closing reactions – Diastereotopic groups.

 32. Stereoselectivity in cyclic molecules

Introduction – Stereochemical control in six-membered rings – Reactions on small rings – Regiochemical control in cyclohexene epoxides – Stereoselectivity in bicyclic compounds – Fused bicyclic compounds – Spirocyclic compounds – Reactions with cyclic intermediates or cyclic – transition states.

 33. Diastereoselectivity

Looking back – Prochirality – Additions to carbonyl groups can be diastereoselective even without rings – Stereoselective reactions of acyclic alkenes – Aldol reactions can be stereoselective – Single enantiomers from diastereoselective reactions.

 41. Asymmetric synthesis

Nature is asymmetric – The chiral pool: Nature’s chiral centres “off the shelf” – Resolution can be used to separate enantiomers – Chiral auxiliaries – Chiral reagents – Asymmetric catalysis – Asymmetric formation of carbon–carbon bonds – Asymmetric aldol reactions.

Il materiale didattico distribuito dal docente è reperibile su Studium al seguente link.

Testi di riferimento

  1. Chimica Organica – P. Y. Bruice – 3ª Ed. EdiSES (include un kit di modelli molecolari).
  2. Organic Chemistry – J. Clayden, N. Greeves, and S. Warren – 2nd Ed. Oxford University Press.
  3. Solutions Manual to Accompany Organic Chemistry – J. Clayden, N. Greeves, and S. Warren – 2nd Ed. Oxford University Press.


AutoreTitoloEditoreAnnoISBN
Paula Yurkanis BruiceChimica Organica – 3ª EdizioneEdises20179788879599351
Jonathan Clayden, Nick Greeves, and Stuart WarrenOrganic Chemistry – 2ª EditionOxford University Press20129780199270293
Jonathan Clayden, Nick Greeves, and Stuart WarrenSolutions Manual to Accompany Organic Chemistry – 2ª EditionOxford University Press20139780199663347

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1LA CHIMICA ORGANICA DEI CARBOIDRATI1. Paragrafi: 20.1–20.8 e 20.10–20.16; appunti di lezione
2AMMINOACIDI, PEPTIDI E PROTEINE1. Paragrafi: 21.1–21.13
3POLIMERI DI SINTESI1. Paragrafi: 27.1–27.14
4REAZIONI PERICICLICHE1. Paragrafi: 8.14, 8.15 e 28.1–28.5 – 2. Chapters 34 and 35; appunti di lezione
5PARTICIPATION, REARRANGEMENT, AND FRAGMENTATION2. Chapter 36
6SYNTHESIS AND REACTIONS OF CARBENES1. Paragrafo: 11.5 – 2. Chapter 38
7ORGANOMETALLIC CHEMISTRY OF PALLADIUM, BORON, TIN, RHODIUM, AND RUTHENIUM1. Paragrafo: 11.4 – 2. Chapter 40
8DETERMINING REACTION MECHANISMS2. Chapter 39
9RETROSYNTHETIC ANALYSIS2. Chapter 28
10SATURATED HETEROCYCLES AND STEREOELECTRONICS2. Chapter 31
11STEREOSELECTIVITY IN CYCLIC MOLECULES2. Chapter 32
12DIASTEREOSELECTIVITY2. Chapter 33
13ASYMMETRIC SYNTHESIS2. Chapter 41

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Per superare il corso l’allievo dovrà sostenere una prova scritta non strutturata ed una prova orale; alla prova orale si accede totalizzando, nella prova scritta, un minimo di 18 punti su 35.

La prova scritta, della durata di un’ora e quarantacinque minuti (1:45), consiste di 7 quesiti a stimolo chiuso e risposta aperta, ciascuno del valore massimo di 5 punti, che copriranno l’intero programma svolto. La prova scritta si riterrà superata con un punteggio minimo di 18/35.

Durante lo svolgimento dell’esame non è consentito consultare libri, appunti o dispositivi elettronici di alcun tipo.

La prova orale consiste in una discussione, della durata di circa 45–60 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunti dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma. La prova orale consentirà, inoltre, di verificare la capacità di comunicazione dell’allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell’esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorico.

Lo studente sarà chiamato ad esporre in modo dettagliato alcuni argomenti e a fare le analisi retrosintetiche di piccole molecole utilizzando i diversi approcci presentati durante le lezioni. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere l’approccio generale alla risoluzione di un problema sintetico e di avere la capacità di progettare una sintesi adeguata tenendo conto delle questioni stereochimiche. I principi teorici saranno discussi e verrà valutata la capacità di applicazione razionale a problemi pratici. Verrà valutata la capacità dello studente di analizzare vie sintetiche diverse per l’ottenimento di uno stesso prodotto e lo spirito critico sviluppato grazie ad una robusta acquisizione dei principi teorici trattati durante il corso.

La prova orale termina con una valutazione in trentesimi alla cui formulazione numerica concorrono i seguenti elementi:

Il voto finale sarà stabilito tenendo conto dei punteggi conseguiti in entrambe le prove. È importante sottolineare che la prova orale non va intesa come finalizzata all’innalzamento del voto conseguito nello scritto ma, nel caso abbia esito negativo, il voto potrà abbassarsi fino anche a determinare la bocciatura.

Il superamento dell’esame con il minimo dei voti richiede una conoscenza sufficiente degli argomenti trattati nelle varie parti del programma. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso e di essere in grado di raccordarli in modo logico e coerente.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Un esempio di verifica non strutturata è disponibile al seguente link.


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