CHIMICA ORGANICA 3 E LABORATORIO - MOD.1

L’insegnamento viene impartito al primo anno del corso di laurea specialistica di Chimica e Tecnologie Sostenibili [CM7] e precede il MOD2. I contenuti dei MOD 1 e MOD 2 contribuiscono, nell'insieme, a caratterizzare le attività formative del corso di laurea Magistrale. L'insieme dei loro programmi costituisce il contenuto di un unico esame finale. Con il MOD 1 gli studenti e studentesse approfondiranno la capacità di utilizzare a scopi sintetici i processi di base della chimica organica e, sulla base di più recenti acquisizioni di letteratura, verranno poi introdotti in ambiti sintetici maggiormente articolati e complessi.
Verranno illustrati e descritti:
- numerosi e diversificati processi, focalizzando l'interesse sia sugli aspetti chimici (formazione legame C-C e C-eteroatomo) della trasformazione, analizzando nel dettaglio le implicazioni stereochimiche, questo allo scopo di illustrare il ruolo fondamentale esercitato dalla natura della simmetria molecolare dei reagenti che, attraverso la scelta fra le molteplici combinazioni possibili, determina, soprattutto, il risultato stereochimico;
- metodologie utili in sintesi organica, l'uso delle reazioni della chimica organica per costruire scheletri carboniosi complessi e metodi per introdurre, trasformare ed, eventualmente, rimuovere una serie di gruppi funzionali;
- metodi sintetici, fra più impiegati, per la formazione di legami C-C (saturi e insaturi) attraverso l'impiego di sintoni, anche polifunzionali, a partire da quelli a minor grado di complessità molecolare;
- i principali metodi sintetici atti alla formazione di legami C-N e C-O e il loro impiego sia per la costruzione di scheletri eterociclici che per l'introduzione di gruppi funzionali, in particolare, azotati e ossigenati.
In generale, gli esempi riportati riguardano soprattutto la sintesi di composti biologicamente attivi, o di loro intermedi, impiegati in ambito farmacologico.

Ci si aspetta che lo studente raggiunga quel grado di maturità che gli permettano:
- di possedere conoscenze approfondite e di raggiungere un elevato grado di autonomia;
- di saper comprendere con sicurezza le informazioni complesse;
- di saper applicare quanto appreso in situazioni nuove senza errori ed effettuando, autonomamente e con spirito critico, analisi e sintesi;
- di acquisire una capacità di espressione impiegando con lessico ricco e articolato;
- di migliorare la capacità di astrazione.

Per la valutazione finale, saranno considerati i seguenti indicatori.
1) Conoscenza: capacità di richiamare alla memoria dati, fatti particolari o generali, metodi e processi, modelli, strutture, classificazioni.
2) Comprensione: capacità di recepire idee, concetti, ragionamenti logici e farli propri.
3) Applicazione: capacità di utilizzare concetti in casi particolari e di applicare quanto appreso in situazioni nuove.
4) Capacità: capacità di analisi, di sintesi e di formulare giudizi.
5) Capacità espressive.

E’ fondamentale che lo studente /studentessa abbia consapevolezza dei contenuti dei corsi precedenti di Chimica Organica 1 e Chimica Organica 2 e abbia la capacità di ragionare con naturalezza avendo acquisito la conoscenza di argomenti fondamentali quali la teoria acido-base, gli equilibri chimici, l’analisi conformazionale, concetti di base di stereochimica, concetto di aromaticità, nomenclatura dei composti organici. E’ richiesta la conoscenza della sintesi, struttura, reattività caratteristica e retro-sintesi dei tradizionali classi di composti: alcani, alcheni, alchini, alogenuri alchilici, eteri, alcoli, tioli, ammine, composti carbonilici (aldeidi e chetoni) e loro derivati con alcoli e ammine, acidi carbossilici e derivati (alogenuri acilici esteri, anidridi, ammidi, lattoni, lattami). Struttura, proprietà e reattività di sistemi aromatici carbociclici (benzene, naftalene e derivati).

Sulla base degli obiettivi prefissati il programma del MOD 1 sarà articolato secondo i seguenti argomenti, raggruppati per punti:
1. Come si usano le reazioni della chimica organica per costruire e trasformare molecole. Metodi della sintesi organica.
Analisi retrosintetica - Forward-analysis - Target Oriented Synthesis - Diversity Oriented Synthesis - Sintoni donatori e accettori - Sintoni bifunzionali: cheto-arilsolfoni policiclici chirali- Umpolung - Concetto di atom economy- Il gruppo arilsolfonilico quale strumento sintetico altamente versatile in sintesi organica - Processo di co-ciclizzazione carbonilativa di alcheni e alchini di Pauson-Khand endo-selettive- Sistemi ciclici 1,3-dienici -2-arilsolfonil sostituiti: Epossidazione asimmetrica di Jacobsen e introduzione selettiva di sintoni donatori C1- Sintesi totale: problematiche Epibatidina e Santalolo - Building Blocks - Sintesi biomimetica: Ciclizzazione polienica di Johnson, sintesi colesterolo via squalene - Sintesi totale della morfina - Sintesi di sistemi prostaglandinici: metodo sequenziale di Corey a partire da chetoni policiclici enantiopuri ottenuti mediante cicloaddizione di Diels-Alder e successiva sequenza di trasformazioni asimmetriche stereospecifiche- Metodo stereoconvergente di Noyori- Cenni di Chimica Combinatoriale - Metodi spettrocopici e spettrometrici in sintesi organica: NMR.

2. Descrizione dei metodi sintetici più impiegati per la formazione di legami C-C e loro impiego per la costruzione di scheletri carboniosi complessi, a partire da sintoni semplici o, in ogni caso, a minor grado di complessità molecolare.
Addizioni Coniugate - Alchilazioni e Cianazioni - Ciclizzazioni Elettrofile - Olefinazioni - Costruzione di piccoli sintoni di- o trifunzionalizzati: es acido mandelico (cianazione) o a maggior grado di complessità strutturale - Sintesi di Corey dei leucotrieni- Introduzione all'impiego sintetico di specie organolitio - Processi di cross-coupling: natura dei reagenti nelle reazioni di Negishi, Heck, Suzuki, Stille, Grigg, Buchwald ed esempio di ciclo catalitico - Reagenti di organo magnesio e organo rame: caratteristiche strutturali e reattive e loro campo sintetico di applicazione, p.e. apertura di epossidi e di aziridine, sintesi di ammino acidi non naturali –Processi di olefinazione – Processi carbenici - Reazioni pericicliche - Omologazioni C1, C2, C3- Processi stereoselettivi di omologazione C1 e C2 asimmetrica: sintesi indacrinone e fisostigmina - Addizione 1,2 al carbonile: reagenti di Noyori bimetallici (Li/Mg) enantiopuri derivati dal binaftolo - Alchilazione asimmetrica del carbonile della benzaldeide con il sistema Et2Zn / DAIB e processi di amplificazione chirale: implicazioni cinetiche e termodinamiche; applicazione a carbonili alfa-beta insaturi: sintesi del tocoferolo alfa. Reazioni di sostituzione al carbonile: differenziazione della reattività, impiego di dialchillitio cuprati, ammidi di Weinreb (chetoni da acidi carbossilici) - Omologazione con cianoformiato di metile mediante dissimmetrizzazione di immidi meso via deprotonazione stereoselettiva. Sistemi steroidici attraverso anellazione asimmetrica intramolecolare (con amplificazione chirale) di Hajos-Wieckert attraverso processi di discriminazione, operati da specie enolato, fra gruppi carbonilici enantiotopici. Condensazione di Reformatsky. Condensazione di Stobbe su succinnati alchilici. Esteri glicidici chirali mediante reazione di Darzen. Implicazione cinetiche e termodinamiche nella alchilazione di enolati. Alchilazione in posizione angolare di decaloni. Addizione di Michael: esempi vari. Fotocicloaddizione [2+2] di Paterno-Buchi.

Il materiale didattico specifico (copie delle video proiezioni e copia stampabile redatti dal docente) verrà fornito durante la prima lezione come su supporto elettronico. Contestualmente verrà fornito ulteriore materiale di supporto idoneo per ulteriori approfondimenti.

Per le conoscenze di base sono suggeriti i testi seguenti:
- J. McMurry, Chimica Organica, Piccin
- K. Peter; c. Vollhardt, N. E. Schore, Chimica Organica, Zanichelli
- J. G. Smith, Chimica Organica, McGraw-Hill
- M. Loudon, Chimica Organica, Edises
- R.T.Morrison-R.N.Boyd, Chimica Organica, Zanichelli

Chimica dei composti eterociclici:
- J. A. Joule, K Mills, Heterocyclic Chemistry, Wiley
- G.A. Pagani, A. Abbotto, Chimica Eterociclica, Piccin
- D. Sica, F. Zollo, Chimica dei Composti Eterociclici Farmacologicamente Attivi, Piccin

Composti bioattivi e naturali:
- P. M. Dewick, Medicine natural Products: a Biosynthetic approach 3rd ed.; Wiley Ed.
versione italiana: Piccin Ed.

Introduzione all' NMR:
- M. Hesse, H. Meier, B. Zech, Metodi spettroscopici nella chimica organica, Edises
- A. Randazzo, Guida pratica alla interpretazione di spettri NMR, Loghia

La verifica dell’apprendimento avviene mediante una prova orale della durata di circa 50-60 minuti in funzione del caso specifico. In caso di diverse necessità potranno essere concordate differenti modalità d’esame. E' facoltà dei candidati sostenere la verifica finale in lingua inglese o francese, in alternativa a quella italiana. Inoltre, lo studente ha la possibilità di introdurre l’esame discutendo, in maniera approfondita, un argomento a scelta fra quelli trattati a lezione. Faranno seguito domande su argomenti svolti a lezione. Durante il colloquio i candidati devono dimostrare la loro conoscenza degli argomenti svolti durante il corso e di saperli esporre in modo formale.

La composizione del voto finale si basa sulla valutazione dei seguenti indicatori:

1) Conoscenza: capacità di richiamare alla memoria dati, fatti particolari o generali, metodi e processi, modelli, strutture, classificazioni.
2) Comprensione: capacità di recepire idee, concetti, ragionamenti logici e farli propri.
3) Applicazione: capacità di utilizzare concetti in casi particolari e di applicare quanto appreso in situazioni nuove.
4) Capacità: capacità di analisi, di sintesi e di formulare giudizi.
5) Capacità espressive.

L'insegnamento prevede lezioni frontali durante le quali verranno proposti una serie di esercizi e informazioni aggiuntive riguardanti la sintesi, la scrittura di ipotesi meccanicistiche, stereochimica e interpretazioni di spettri di risonanza magnetica nucleare.

Italiano

L'insieme dei contenuti dei moduli I e II di Chimica Organica 3 e laboratorio costituiscono parte integrante di un unico esame finale. La frequenza alle lezioni e alle esercitazioni della parte concernente il laboratorio è obbligatoria.


Programma di Laboratorio:
Trasformazione di gruppi funzionali. Sintesi di molecole complesse polifunzionalizzate attraverso processi multistadio. Sintesi di molecole chirali.
Sono previste, inoltre, alcune esercitazioni condotte presso la soffieria in cui i partecipanti potranno acquisire esperienza nella lavorazione di vetrerie da laboratorio sotto la guida di specialisti.

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile