1000396 - CHIMICA ORGANICA III

Il corso si propone di fornire le informazioni di base in merito ad argomenti chiave di chimica organica, quali amminoacidi, proteine e basi azotate. Il corso introdurrà anche i concetti base della Chimica Supramolecolare, ovvero la chimica basata sulle interazioni non-covalenti. Inoltre, il corso si propone di fornire le chiavi per la comprensione di reazioni chimiche, anche complesse, e di fornire gli strumenti per la previsione della reattività dei composti organici. A tale scopo, verranno affrontate nuove reazioni chimiche, quali le reazioni pericicliche, condensazioni e nuove reazioni catalizzate per la formazione di nuovi legami C-C. Uno degli obbiettivi principali del corso sarà la comprensione della catalisi, soprattutto in chimica organica. All’interno della catalisi, sarà approfondita la catalisi enzimatica, cercando di soffermarsi sulla natura chimica di un enzima e sul suo principio di funzionamento.

Al termine del corso, lo studente sarà in grado di prevedere il decorso sintetico un una sintesi, capirne i meccanismi e intervenire per modificarne alcuni parametri chiave.

Il corso si propone di sviluppare 4 obbiettivi formativi specifici:

1. Illustrare ed approfondire alcuni argomenti di Chimica Organica, fra cui amminoacidi e proteine, la catalisi, le reazioni pericicliche, le reazioni mediante composti organometallici, la retrosintesi, focalizzando lo studio di questi argomenti sia da un punto di vista meccanicistico che Chimico Organico Fisico.
2. Approfondire alcune importanti reazioni organiche, analizzandone il meccanismo di reazione.
3. Sviluppare la capacità di progettare e realizzare nuovi percorsi sintetici per l'ottenimento di nuove molecole organiche.
4. Analizzare le principali tipologie di interazioni non-covalenti e le loro applicazioni nella moderna Chimica Organica Sintetica, con riferimento alla Chimica Supramolecolare.

In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso si pone l’obbiettivo di trasferire allo studente le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione:

• Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo;
• Capacità di razionalizzare e prevedere la reattività delle molecole organiche;
• Capacità di distinguere la differenza fra interazioni covalenti e non covalenti;
• Capacità di prevedere il decorso cinetico di una reazione.

Capacità di applicare conoscenza:

• Capacità di progettare un percorso sintetico adeguato all’ottenimento di una precisa molecola organica;
• Capacità di prevedere il decorso di una reazione in funzione di precisi parametri sperimentali;
• Capacità di individuare le condizioni di reazioni ottimali per una strategia sintetica.

Autonomia di giudizio:

• Capacità di ragionamento critico;
• Autovalutazione dell’apprendimento tramite interazioni in aula con i colleghi e con il docente.

Abilità comunicative:

• Capacità di descrivere in forma orale e scritte, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, uno degli argomenti trattati, facendo uso sia di presentazioni power point che della lavagna.

Il corso verrà svolto interamente mediante lezioni frontali in aula, sia mediante l'ausilio di presentazioni power point che della lavagna (strumento fondantale per capire i meccanismi di reazione e i principi che regolano la reattività delle molecole).

Periodicamente verranno organizzati dei tavoli di lavoro, utilizzando anche piattaforme informatiche, per verificare il livello di apprendimento e per chiarire dubbi relativi agli argomenti trattati.

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.

Buona conoscenza della Chimica Generale e della Chimica Organica di base. Conoscenza dei principi base che guidano la reattività delle molecole.

Obbligatoria. 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.

• AMMINOACIDI E PROTEINE
  • amminoacidi, proprietà acido-base, peptidi, polipeptidi e proteine, struttura dei polipeptidi e delle proteine, sintesi di polipeptidi, struttura tridimensionale delle proteine
• REAZIONI PERICICLICHE
  • Dieni coniugati, orbitali molecolari e simmetria, cicloaddizioni (Dies-Alder), reazioni elettrociciche, trasposizioni sigmatropiche, reazioni pericicliche, sintesi e struttura dei bicicloalcani
• CATALISI
  • Catalisi: Aspetti generali ed aspetti energetici. Effetto di prossimità e orientazione. Tipi di catalisi (elettrofila, metallica, acido-base, nucleofila). Catalisi acido-base di Bronsted generale e specifica. Catalisi intramolecolare
  • Catalisi Enzimatica: Concetti generali. Classificazione degli enzimi, Meccanismi di catalisi enzimatica: carbossipeptidasi A, proteasi serinica, lisozima, glucosio-6-fosfato isomerasi, aldolasi. Cinetica della catalisi enzimatica. Equazione di Michaelis-Menten. Il significato di KM, Kcat e kcat/KM. [S] vs KM: diagramma energia-coordinata di reazione.
  • Inibitori enzimatici: inibizione reversibile competitiva, inibizione reversibile non competitiva, inibizione reversibile incompetitiva, inibizione irreversibile.
  • Enzimi artificiali
• COMPOSTI ORGANOMETALLICI E FORMAZIONE DI NUOVI LEGAMI C-C
  • Il legame nei composti organometallici, i composti organolitio e i reattivi di Grignard, nomenclatura
  • Reattività dei composti di organometallici: reazioni coupling C-C (o di accoppiamento), reattivi di Gilman, reazione di Heck, reazione di Stille, reazione di Suzuki, reazione di Sonogashira, reazione di Negishi,
  • Reazioni di metatesi: Ring Opening Metathesis Polymerization (ROMP), Ring Closing Metathesis (RCM), Acyclic Diene Metathesis polymerization (ADMET), CM (Cross Metathesis)
  • Click Chemistry: reazioni di cicloaddizione 1,4 e 1,5
• RETROSINTESI
  • Strategie di sintesi organica: retrosintesi e disconnessioni.
  • Decarbossilazione di b-chetoacidi. Formazione di esteri metilici mediante diazometano, Sintesi di Williamson degli eteri, Sintesi di alleni. Sintesi di eteri. Sintesi di esteri e ammidi mediante carbodiimmidi
  • Sintesi di alcheni: reazione di Wittig, Reazione di Horner-Wadsworth-Emmons.
  • Reazioni di trasferimento di ossigeno: Ossidazioni di alcheni, ossidazione con OsO₄, ozonolisi, chimica degli epossidi (sintesi e reattività), Epossidi come intermedi nella sintesi organica, Riarrangiamento pinacolico, ossidazione di Bayer-Williger, riduzione di Wolff-Kishner.
  • Metodologie di disconnessione: sintesi di composti aromatici, ordine degli eventi, disconnessioni C-X, chemoselettività, sintesi di ammine, gruppi protettori, disconnessioni C-C (alcoli, aldeidi e chetoni, composti carbonilici), regioselettività nelle alchilazioni di chetoni, disconnessione di alcheni (eliminazione da alcoli, Wittig sintesi di dieni), uso dell’acetilene, doppie disconnessioni (Dies-Alder, composti 1,3), sintesi di anelli (da 3 a 6 termini).
  • Esempi di disconnessioni
• INTERAZIONI NON COVALENTI
  • Interazioni di coppia ionica (ion pairing). Ponti salini. Interazioni elettrostatiche (ione dipolo, dipolo-dipolo, di Van der Waals, ione-diolo indotto, dipolo permanente-dipolo indotto). Legame idrogeno (natura, geometria, forza di legami idrogeno normali, effetti della solvatazione, legami H assistiti dalla risonanza, effetti della polarizzazione, interazioni secondari). Interazioni p: catione-p, interazione di Stacking (p - p). Effetto idrofobico: Aggregazione dei composti organici in acqua. Costante di idrofobicità.
• ACIDI NUCLEICI
  • Nucleosidi e nucleotidi, Altri nucleotidi importanti, Struttura del DNA, Acidi ribonucleici e trascrizione dell’RNA, Codice genetico.

1. Chimica Organica 5e Edises Brown,Foote, Anslyn
2. P. Y. BRUICE - Chimica organica - 2a Edizione EdiSES
3. Warren, Wyatt- Organic Synthesis: the Disconnection approach 2 ed. Wiley 2011
4. Materiale didattico fornito dal docente

L'esame verrà sostenuto oralmente. Gli argomenti di esame saranno strettamente inerenti a quelli svolti durante le lezioni.

L'obbiettivo dell'esame sarà valutare:

• il raggiungimento degli obbiettivi del corso ed in particolare:
  • la capacità di progettare una sintesi utilizzando l'approccio retrosintetico
  • la comprensione dei meccanismi di reazione analizzati durante le lezioni, proponendo meccanismi plausibili anche per reazioni nuove
  • la comprensione delle differenti tipologie di catalisi
  • la comprensione delle differenze fra le varie tipologie di interazioni non covalenti

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

Disconnessione di una molecola organica

Ottimizzazione del proceso di sintesi

Definizione di catalisi

Principi termodinamici che regolano le interazioni host-guest

Reazioni elettrocicliche