Obiettivi Formativi

Conseguire un’ampia conoscenza di base sulla nomenclatura, rappresentazione tridimensionale delle strutture, inclusa la chiralità e le proprietà chimiche e fisiche delle molecole organiche. Distinguere i diversi gruppi funzionali e conoscerne le loro proprietà e reattività. Identificare le classi dei principali composti organici e conoscerne i più comuni metodi di preparazione. Essere in grado di interpretare e razionalizzare le reazioni organiche in termini di meccanismo di reazione, sulla base delle fondamentali correlazioni struttura/reattività e utilizzando un approccio metodologico scientifico. Saper prevedere il decorso di una reazione, razionalizzandone anche gli aspetti stereochimici, attraverso ragionamento e analogia utilizzando i meccanismi di reazione.

Learning Goals

Learning objectives - Students at the end of the course should have acquired a broad basic knowledge of the nomenclature, standard and three-dimensional structural representation of organic molecules, including their chirality and their chemical and physical properties. They should be able to: recognize the different functional groups and comment on their properties and reactivity; identify the main families of organic compounds and be familiar with the most common synthetic methods for their preparation; understand and rationalize organic reactions in terms of mechanism and structure/reactivity correlations by using a systematic scientific approach; predict and explain the outcome of a reaction and the stereochemistry of the intermediates/products formed by means of analogies and reference to generally accepted reaction mechanisms.

Metodi didattici

Il corso si articola in lezioni frontali (4 CFU; 1 CFU = 6h) ed esercitazioni (2 CFU; 1 CFU =12h). Le lezioni frontali sono somministrate prevalentemente alla lavagna (ma prevedono anche l’utilizzo di diapositive/lucidi e l’impiego di modelli molecolari). Le esercitazioni sono organizzate in modo da permettere l’acquisizione di quei processi logico-deduttivi necessari per risolvere un problema di chimica organica organizzando una strategia adeguata.

Teaching Methods

Teaching methods - The course will consist of lectures (4 CFU; 1 CFU equals 6h) and exercise sessions (2 CFU; 1 CFU equals 12h). Lectures involve the use of a blackboard (slides and transparencies as well as molecular model are also used). The practice sessions are designed in such a way as to allow the acquisition of the logical-deductive processes necessary to solve an organic chemistry problem by designing an appropriate strategy.

Prerequisiti

L’esame di Chimica Generale ed Inorganica è propedeutico a quello di Chimica Organica I e pertanto è dato per scontato che lo studente conosca già i concetti di base di chimica generale (ad es.: la struttura atomica, l'ibridizzazione degli atomi, il legame chimico, il calcolo delle concentrazioni, ecc.).

Prerequisites

Entry requirements - Prior to taking the Organic Chemistry I examination, students must have passed that of General and Inorganic Chemistry. Students should therefore already be familiar with the basic concepts of general chemistry (e.g., atomic structure, hybridization, the chemical bond, concentration calculations, etc.).

Verifiche dell'apprendimento

L’esame finale è orale. L’esame orale è preceduto da una prova preliminare scritta costituita da una serie di domande. In seguito al raggiungimento di un punteggio pari almeno al 50% di quello massimo previsto dalla prova stessa, verrà consigliato al candidato di accedere alla prova d’esame orale.

Assessment

Final assessment -Students must pass an oral exam at the end of the course. Prior to the oral exam, candidates will be assessed with a preliminary written test consisting of a series of questions. Candidates must achieve a score of at least 50% on this test in order to qualify for the oral. The oral exam will test the candidates' knowledge of the whole course syllabus as well as their ability to communicate ideas clearly and effectively.

Programma del Corso

Struttura elettronica degli atomi. Legami chimici. Regola dell’ottetto. Strutture di Lewis e cariche formali. Orbitali atomici e molecolari. Ibridazioni sp3, sp2, sp del carbonio. Gruppi funzionali e classi di composti organici. Principi generali di nomenclatura. Acidi e basi in chimica organica. Specie elettrofile e nucleofile. Concetto di stato di transizione, intermedio e prodotto di reazione. Diagrammi di reazione. Energia di attivazione e urto efficace. Reattività in chimica organica. Reazioni radicaliche e ioniche. Formule di risonanza. Alcani e cicloalcani – Nomenclatura e proprietà. Isomeri di struttura ed isomeri conformazionali. Formule di Newman. Analisi conformazionale in sistemi lineari e ciclici. Stereochimica – Chiralità e molecole chirali. Stereocentri e stereo isomeri. Enantiomeri e racemi. Configurazioni assolute e relative. Regole di Cahn-Ingold-Prelog. Luce polarizzata e attività ottica. Composti con più stereocentri: diastereoisomeri, forme meso. Cicloesani disostituiti. Formule di Fisher. Risoluzione di racemi. Alcheni – Nomenclatura e proprietà. Isomeria E/Z (cis/trans). Stabilità relative degli alcheni. Preparazione di alcheni: deidroalogenazione, disidratazione di alcoli e idrogenazione parziale di alchini. Reazioni di addizione elettrofile al doppio legame carbonio-carbonio (H2O, HX, X2). Formazione di aloidrine. Stabilità dei carbocationi. Effetti induttivi. Iperconiugazione. Trasposizione di carbocationi. Regola di Markovnikov. Reazioni regioselettive, stereoselettive e stereospecifiche. Idroborazione-ossidazione. Ossimercuriazione-demercuriazione. Idrogenazione catalitica. Calori di idrogenazione. Ossidazione a dioli ed epossidi. Scissione ossidativa. Ozonolisi. Alchini – Nomenclatura e proprietà. Acidità degli alchini terminali. Preparazione di alchini: deidroalogenazione e sostituzione nucleofila con ioni acetiluro. Idrogenazione totale e parziale. Addizione elettrofila: di alogeni, acidi alogenidrici, acqua. Idroborazione-ossidazione. Alogenoalcani – Nomenclatura e proprietà. Preparazioni di alogenoalcani: alogenazione radicalica di alcani, alogenazione allilica, addizione radicalica di HBr ad alcheni. Reazioni di sostituzione nucleofila ed eliminazione monomolecolare e bimolecolare (SN1/SN2 e E1/E2). Competizione tra sostituzioni ed eliminazioni. Alcoli – Nomenclatura e classificazione. Acidità e basicità. Formazione di alcossidi. Preparazione di alcoli: da alcheni. Disidratazione di alcoli. Conversione in alogenoalcani (con alogenuri di fosforo e cloruro di tionile). Sintesi di alchil/aril solfonati (mesilati, triflati, tosilati). Ossidazione di alcoli. Eteri ed Epossidi – Nomenclatura e proprietà degli eteri. Preparazione di eteri: sintesi di Williamson, disidratazione di alcoli. Scissione acido-catalizzata di eteri. Preparazione di epossidi: ossidazione di alcheni con perossiacidi. Idrolisi base- e acido-catalizzata di epossidi. Dieni – Isolati, coniugati e cumulati (alleni). Stabilità dei dieni coniugati. Reazioni di addizione elettrofila 1,2 e 1,4 ai dieni coniugati. Controllo cinetico e termodinamico. Reazione di Diels-Alder. Composti organometallici – Composti di Grignard e organolitio, preparazione e reattività. Aldeidi e chetoni – Nomenclatura e proprietà. Preparazione di aldeidi e chetoni: idratazione e idroborazione-ossidazione di alchini. ossidazione di alcoli, riduzione di derivati di acidi carbossilici. Reazioni di addizione nucleofila al gruppo carbonilico. Addizione di reattivi organometallici, ioni acetiluro, acido cianidrico, acqua, alcoli e dioli, ammine. Reazione di Witting. Ossidazione di aldeidi e chetoni. Reazioni di riduzione con idrogeno ed idruri misti. Reazioni al carbonio in alfa. Formazione dello ione enolato. Tautomeria cheto-enolica. Condensazione aldolica.

Course Syllabus

COURSE SYLLABUS Introductory concepts – Electronic configurations of atoms, chemical bonds, Lewis structures, formal charges. Atomic and molecular orbitals. Carbon hybridization. Classification and nomenclature of organic compounds. Broensted-Lowry and Lewis acids and bases. Nucleophiles and electrophiles species. Transition state, reaction intermediate. Energy diagrams, activation energy. Radical and ionic reactions. Resonance structures. Alkanes and cycloalkanes – nomenclature, properties and reactivity. Constitutional and conformational isomers. Newman projections. Stereochemistry – Chirality and chiral molecules. Stereocentres and stereoisomers. Enantiomers and racemic mixtures. Absolute and relative configurations. Cahn-Ingold-Prelog rules. Polarized light and optical activity. Disubstituted cycloalkane stereoisomers. Molecules with multiple stereo centres: diastereomers, meso compounds. Fisher projections. Resolution of enantiomers. Alkenes – Structure, nomenclature and properties. Cis/trans and E/Z isomers. Alkene stability. Alkene syntheses: dehydrohalogenation, dehydration of alchools, partial hydrogenation of alkynes. Electrophilic addition to the double bond (H2O, HX, X2). Halohydrin formation. Carbocation stability: inductive effects, hyperconjucation. Carbocation rearrangements. Markovnikov’s rule. Regio-, stereo-selective and stereospecific reactions. Hydroboration-oxidation and oxymecuration-demercuration of alkenes, catalytic hydrogenation of alkenes. Oxidation (diols and epoxides) of the unsaturated bond. Ozonolysis. Alkynes – Structure, nomenclature and properties. Acidity of terminal alkynes. Alkynes syntheses: dehydrohalogenation, alkylation of acetylide ions. Hydrogenation of alkynes. Elettrophilic addition of halogen, hydrogen halides and water. Hydroboration-oxydation. Haloalkanes – Structure, nomenclature and properties. Syntheses of haloalkanes: radical halogenation of alkanes. Allilic halogenation. Radical halogenation of alkenes with HBr. Nucleophilic substitution reactions and elimination reaction (SN2/SN1 and E2/E1). Competition between substitution and elimination reactions. Alcohols – Structure, nomenclature and classification. Acid-base properties. Alkoxide formation. Syntheses from alkenes. Dehydration. Conversion to haloalkanes (with PX3 and thionyl chloride) and alkyl/aryl sulfonate. Oxydation of alcohols. Ethers and Epoxides – Structure, nomenclature and properties of ethers. Preparation of ethers: Williamson synthesis, alcohol dehydration. Acid-catalized cleavage. Preparation of epoxides: alkene oxidation. Acid- and base-catalized ring opening. Dienes – Stabilities of non-conjugated and conjugated dienes, cumulenes (allenes). 1,2 and 1,4 electrophilic addition to conjugated dienes. Kinetic vs thermodynamic product composition control. Diels-Alder reactions. Organometallic compounds – Preparation and reactivity of organolithium and Grignard reagents. Aldehydes and Ketones – Structure, nomenclature and properties. Sintheses: hydration and hydroboration-oxidation of alkynes. Oxidation of alcohols, reduction of carboxylic acid derivatives. Nucleophilic additions to the carbonyl group. Addition of organometallic reagents, acetylide ions, hydrogen cynide, water, alcohols, ammines. The Witting reaction. Oxidation of aldehydes and ketones. Reduction with hydrides. Reactivity at the alfa-carbon. Base- and acid-catalized enolate ion formation. Keto-enol tautomerism. Aldol condensation.