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Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica1 Corso di Scienze sperimentali 2012-2013 Basi di chimica organica 1.

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1 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica1 Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica 1

2 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica2 Riferimenti Libri di testo di riferimento: James E. Brady Fred Senese Chimica; La materia e le sue trasformazioni Zanichelli Camponovo Piccolo manuale tecnico Edizioni Casagrande Documentazione: studiare in rete/NAS/chimica/Devittori/chimica/.... Sito web di riferimento: Vittori/portale di chimica accesso generale: nome utente= ospite / password= ospite

3 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica3 Energia e luce: lo spettrometro di Kirchhoff e Bunsen Annalen der Physik und der Chemie Vol. 110 (1860) pp Testo originale scaricabile dal sito web

4 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica4 Studio dello spettro dell’idrogeno Una lampada a idrogeno emette luce visibile di color porpora che viene scomposta i 4 righe spettrali

5 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica5 Le linee spettrali degli elementi © Donald E. Klipstein

6 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica6 L’atomo di Rutherford I limiti del modello: il moto rotatorio richiede un’accelerazione centripeta; una carica elettrica accelerata emette radiazione elettromagnetica; la continua rotazione dell’elettrone gli farebbe perdere costantemente energia ed esso cadrebbe sul nucleo. Non si spiegherebbero inoltre gli spettri discontinui.

7 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica7 L’atomo di Bohr: il modello Da Wikipedia: "You see actually the Rutherford work [the nuclear atom] was not taken seriously. We cannot understand today but it was not taken seriously at all. There was no mention of it any place. The great change came from Moseley."

8 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica8 L’interpretazione dello spettro di emissione degli elementi Ogni elemento emette luce di colore caratteristico: quando viene portato ad alta temperatura (riscaldamento alla fiamma) quando viene attraversato dall’elettricità in una lampada a bassa pressione (p~10 -2 bar lampade al neon alogene …) La luce emessa da un elemento se inviata attraverso un prisma dà luogo ad uno spettro discontinuo (insieme di righe spettrali). Ogni riga spettrale corrisponde ad un colore puro quindi ad una precisa frequenza di luce.

9 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica9 L’interpretazione dello spettro di emissione degli elementi E’ possibile interpretare le righe spettrali dell’idrogeno ammettendo che gli atomi possano esistere in stati energetici diversi e riproducibili: L’energia ceduta con la radiazione equivale alla differenza tra l’energia dell’elemento prima dell’emissione e dopo l’emissione: E ceduta = h = E iniz – E fin h= costante di Plank (6.6* J*s) = frequenza della radiazione [Hz o s -1 ] Dato che nello spettro compaiono solo determinate righe si ammette che ogni elemento possa esistere solo in un numero limitato di livelli energetici. Questi livelli energetici vengono attribuiti agli elettroni.

10 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica10 Studio dello spettro dell’idrogeno Le frequenze di tutte le righe della porzione visibile dello spettro dell’idrogeno si possono esprimere mediante la relazione: n = 345… Più generalmente: k = 3.287*10 15 Hz In effetti:

11 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica11 L’atomo di Bohr: i limiti Non risulta possibile applicare il modello ad atomi con più di un elettrone non è possibile calcolare contemporaneamente posizione e velocità di un elettrone L’elettrone viene trattato come onda elettromagnetica (meccanica ondulatoria o quantistica) Occorre associare all’elettrone un « pacchetto d’onda elettromagnetica e calcolare la posizione come probabilità (Heisenberg Schrödinger De Broglie …..)

12 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica12 L’atomo ad orbitali Vedi wwww.webelements.com per es per il fluoro:

13 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica13 L’atomo ad orbitali

14 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica14 Il potenziale di prima ionizzazione degli elementi

15 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica15 L’andamento del potenziale di prima ionizzazione [V] nella Tavola periodica

16 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica16 Energie di ionizzazione successive (kJ/mol) ElementoIIIIIIIVVVIVII Na Mg Al Si P S Cl Ar I valori in rosso rappresentano il salto energetico corrispondente al passaggio al guscio più interno

17 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica17 La struttura elettronica generale nucleo 1° guscio: 2 elettroni 2° guscio: 8 elettroni 3° guscio: 8 (18) elettroni 4° guscio: 18 (18) elettroni

18 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica18 Molecole monoatomiche e pluriatomiche? Dalla Tavola periodica: gasDensità STP (g/L) (Tav.Per.) Massa molare (g/mol)* Massa molecolare Massa atomica dell’elem ento Modello micro Idrogeno H2H2 Cloro Cl 2 Ossigeno O2O2 Azoto N2N2 Neon He Ozono 1.7 (Wikipedia) O3O3 Volume di 1 mol gas a STP: 22.4 L; Massa molare = Densità(STP)*22.4 L

19 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica19 Cloro e idrogeno: i loro spettri di massa

20 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica20 Elettroni nel guscio esterno e reattività Come si può spiegare l’inerzia chimica dei gas nobili? Come si può spiegare la tendenza dei metalli alla perdita di elettroni (quanti?) e la tendenza dei non metalli all’acquisto di elettroni (quanti?) nella formazione dei composti ionici? Come si possono tradurre queste osservazioni alla formazione di molecole da parte dei non metalli?

21 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica21 Elettroni disponibili per i legami ed elettroni in difetto per la stabilità Elementoe - disponibilie - in difettoNum. legami H111 He200 Li171 Be262 B353 C444 N533 O622 F711 Ne800 Na171

22 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica22 Coppie elettroniche da disporre nello spazio Elementolegamie - liberiCoppie e - Li101 Be202 B303 C404 N3 (3 coppie)2 (1 coppia)4 O2 (2 coppie)4 (2 coppie)4 F1 (1 coppia)6 (3 coppie)4 Ne08 (4 coppie)4

23 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica23 Coppie elettroniche e geometria molecolare Elementolegamicoppie e - geometria Li12lineare Be22lineare B33triangolare C44tetraedrico N34Tetraedrico per le coppie di legame, Piramidale per gli atomi O24Tetraedrico per le coppie, triangolare per gli atomi F14Lineare per gli atomi Ne08-

24 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica24 Rappresentazione spaziale della geometria molecolare Compostocoppie e - geometriarappresentazione LiH1lineare BeH 2 2lineare B2H6B2H6 3 CH 4 4tetraedrica

25 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica25 Rappresentazione spaziale della geometria molecolare Compostocoppie e - geometriarappresentazione NH 3 4 (3 di legame + 1 libera) piramidale H2OH2O4 (2 di legame + 2 libere) triangolare HF4 (1 di legame e 3 libere) lineare H..Ne4 libere--

26 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica26 Le interazioni molecolari Come si possono spiegare l’andamento dei punti di ebollizione del diagramma?

27 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica27 Il coefficiente di elettronegatività degli elementi Da Google: Electronegativity Table

28 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica28 Legame covalente polarizzato e ponti H

29 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica29 Legame covalente polare Fluoruro di idrogeno (HF) Diossido di carbonio (CO 2 ) Acqua (H 2 O) ΔE N = 19ΔE N = 10ΔE N = 14

30 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica30 Legame chimico e caratteristiche fisiche LegameStrutturapartecipantiEsempi ionicoreticolo ionico metallo-non metallo NaCl covalentemolecolarenon metalliH 2 O, CH 4,.. covalentereticolo covalente non metalli, metallo-non metallo Diamante C SiC NbC metallicoreticolo metallico metalli

31 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica31 Legame chimico e classi di materiali LegameIonicoCovalente -V. d. Waals Covalente (reticolo) Covalente (amorfi) Metallico Denominazione (operativa) SaliniVolatiliAdamantiniAmorfiMetallici Denominazione (strutturale) IoniciMolecolariCovalenti reticolati Macromolecolari o polimerici Metallici ComposizioneM-NMNM-NMNM C-M O- M NMM ProprietàIsolante (s) Elettrolita (l acq.) Pto fus/eb elevato Pto fus/eb basso Durezza elevata Fragilità Isolante Pto fus/eb. altissimo Non cristallino (rammollimento no Pto.fus.) Isolante el. + term. Termoplastico termoindurente o elastico bassa densità Conducibili tà elettrica (s) Cond. termica Duttilità malleabilità

32 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica32 Il legame C-C è stabile: il carbonio è campione del mondo! Qual è la conseguenza della stabilità dei legami C-C in presenza di altri non metalli (H O N)? Esistono composti C 4 H 10 : quali possibili strutture si possono creare? Esistono composti C 2 H 6 O: quali possibili strutture si possono creare? Esiste una limitazione nel numero di atomi C che si possono legare in catena?

33 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica33 Idrocarburi alifatici Catene lineari e ramificate (libro di testo pag 659) butano o n-butano C 4 H 10 3-metil-esano C 7 H 16 C1 = metano CH4 C2 = etano C2H6 C3 = propano C3H8 C4 = butano C4H10 C5 = pentan0 C5H12 C6 = esano C6H14 C7 = eptano C7H16 C8 = ottano C8H18 Formula generale C n H 2n+2

34 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica34 Idrocarburi alifatici saturi e insaturi Alcani Saturi Legami C-C (semplici) pentano C 5 H 12 Alcheni Insaturi Legami C=C (doppi) 2-pentene C 5 H 10 Alchini Insaturi Legami CΞC (tripli) 2-pentino C 5 H 8

35 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica35 Idrocarburi aliciclici Cicloalcani Saturi Legami C-C (semplici) 1 o più anelli cicloesano 1-etil-3-metil-ciclopentano ciclopentil-cicloesil-metano o metil(-cicloesil)-ciclopentano Cicloalcheni Insaturi Legami C=C (doppi) 1 o più anelli 1,3-cicloesadiene

36 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica36 Idrocarburi aromatici Anello aromatico Insaturo Legami C-C (semplici) e legami C=C (doppi) alternati Benzene C 6 H 6 Alchilbenzeni Sostituzione di 1 H con una catena alchilica 12-di-metil-benzene Policiclici aromatici Anelli aromatici fusi Naftalene C 10 H 8 Antracene C 14 H 10

37 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica37 Processi di modifica degli idrocarburi La raffinazione del petrolio avviene attraverso processi di separazione (distillazione a pressione atmosferica (topping), distillazione a pressione ridotta (vacuum), desolforazione) e processi di modifica chimica: Cracking (termico o catalitico): rottura delle catene lunghe per ottenere catene corte tipiche delle benzine – Aumento della frazione leggera – Impiego di catalizzatori Reforming catalitico: produzione di catene ramificate (possibile durante il processo di cracking con adatti catalizzatori) – Aumento del numero di ottani della benzina (parametro per la qualità) o del numero di cetano del gasolio

38 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica38 Composti con eteroatomi in catene e anelli Composti solforati (S) Composti azotati (N) Composti ossigenati (O) Composti alogenati (F Cl. Br I) Composti fosforilati (P) Composti organometallici (metalli)

39 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica39 Gruppi funzionali (sostituenti di H) e classi di composti organici C-OH alcoli C=O aldeidi chetoni

40 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica40 Gruppi funzionali (sostituenti di H) e classi di composti organici R-COOH acidi C-O-C eteri R-COOR esteri (R = C o catena di atomi C)

41 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica41 Gruppi funzionali e classi di composti organici R-NH 2 R-NHR R 3 -N ammine R-CONH 2 R-CONHR R-CONR 2 ammidi

42 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica42 La conferma dei gruppi funzionali: spettroscopia infrarossa (IR)

43 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica43 Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di massa (MS)

44 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica44 Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) n-propanon-propanolo o 1-propanolo

45 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica45 Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR)

46 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica46 Reazioni degli alcani: sostituzione radicalica

47 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica47 Reazioni degli alcheni: addizione elettrofila

48 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica48 Reazioni di alcoli e alogenuri alchilici: sostituzione nucleofila

49 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica49 Reazioni degli aromatici: sostituzione aromatica elettrofila

50 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica50 Reazioni degli aromatici: sostituzione aromatica elettrofila

51 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica51 Reazioni di acidi alcoli e ammine: attacco nucleofilo al carbonio carbonilico Analogamente con R’-NH 2 invece di R’-OH

52 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica52 Isomeria strutturale e spaziale Isomeria strutturale – Diversa concatenazione degli atomi nella molecola – Diverso “scheletro” carbonioso e/o diversi gruppi funzionali – Proprietà fisiche e chimiche diverse Isomeria spaziale (stereoisomeria) – Isomeria cis/trans o geometrica (doppi legami o cicli) – Isomeria di conformazione (rotazione di gruppi) – Isomeria di configurazione (atomi C asimmetrici o chirali)

53 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica53 Isomeria strutturale e spaziale Isomeria strutturale – Diversa concatenazione degli atomi nella molecola – Diverso “scheletro” carbonioso e/o diversi gruppi funzionali – Proprietà fisiche e chimiche diverse Isomeria spaziale (stereoisomeria) – Isomeria cis/trans o geometrica (doppi legami o cicli) – Isomeria di conformazione (rotazione di gruppi) – Isomeria di configurazione (atomi C asimmetrici o chirali)

54 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica54 Isomeria di struttura La diversa concatenazione dei legami genera strutture diverse: -stessa formula molecolare -diversa formula di struttura -composti con proprietà fisiche e chimiche diverse

55 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica55 Isomeri di struttura

56 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica56 Isomeria geometrica Un legame doppio C=C oppure un ciclo generano due diverse possibilità di disporre i leganti sui due atomi C contigui: disposizione CIS se stanno dalla stessa parte disposizione TRANS se si ritrovano opposte: composti con proprietà fisiche e chimiche diverse. In luogo dei prefissi CIS e TRANS si usano pure i prefissi E (entgegen, contrapposti = TRANS) e Z (zusammen, insieme = CIS).

57 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica57 Isomeri geometrici

58 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica58 Isomeri geometrici

59 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica59 Isomeria di conformazione La rotazione attorno ad un legame semplice C-C produce forme diverse per la stessa molecola (la rotazione non è possibile attorno ad un legame doppio C=C o attorno ad un ciclo). Non si generano molecole diverse ma diverse forme spaziali per la stessa molecola. Si tratta sempre dello stesso composto! La conformazione assunta dalla molecola dipende dalla temperatura principalmente a causa di repulsioni tra gruppi presenti nella molecola stessa.

60 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica60 Isomeria di configurazione Un atomo di carbonio che porta quattro leganti diversi genera un centro di asimmetria (chiralità): -si generano molecole diverse speculari tra di loro: -composti con comportamento chimico diverso di fronte a reagenti pure chirali -diversa direzione di rotazione della luce polarizzata

61 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica61 Isomeri di configurazione: visione 3D L’atomo di carbonio centrale è legato a quattro leganti diversi: rappresenta un centro di asimmetria detto anche carbonio chirale.

62 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica62 Denominazione degli stereoisomeri: proiezione di Fischer e forme D/L

63 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica63 Configurazione assoluta: isomeri enantiomerici R e S (Cahn-Ingold-Prelog) La denominazione R/S segue la regola di Prelog, Ingold e Cahn: si osserva lungo l’asse del legame C-H (C-atomo con massa atomica (MA) minore); si verifica in che direzione occorre ruotare per andare dal legante con MA maggiore a quello con MA minore (ordine decrescente); se si ruota in senso orario = R se in senso antiorario = S.

64 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica64 Enantiomeri e diastereomeri La molecola di acido tartarico: i due atomi C-2 e C-3 sono asimmetrici e danno le configurazioni R e S mentre la molecola è simmetrica: esistono quindi due enantiomeri otticamente attivi (R-R e S-S) e un diastereomero otticamente inattivo (R-S). Pure la miscela 1:1 dei due enantiomeri è otticamente inattiva (miscela racemica o racemato).

65 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica65 Cristalli di isomeri di configurazione Cristalli di acido tartarico: i cristalli degli enantiomeri sono speculari

66 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica66 Funzione acida o carbossilica: gli acidi organici Formula generale Acido metanoico o formicoAcido etanoico o acetico Acido dodecanoico

67 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica67 Funzione acida o carbossilica: gli acidi organici Acido acetico CH 3 COOH (aceto) Acido tetradecanoico o mirisitico CH 3 [CH] 12 COOH (latte pesce)

68 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica68 Acidi grassi saturi e monoinsaturi Acido grasso saturo: acido esadecanoico o palmitico C16 (burro carne palma) Acido grasso monoinsaturo cis: acido 7-cis-esadecenoico o acido palmitoleico (C16:1 7-cis) (latte pesce grassi vegetali) Acido grasso monoinsaturo: acido 7-trans-esadecenoico

69 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica69 Acidi grassi insaturi cis e trans Acido grasso insaturo trans (C14:2 59-trans-trans) Acido grasso monoinsaturo cis (C14:1 9-cis)

70 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica70 Acidi grassi poliinsaturi Acido 9-cis-12-cis-ottadecadienoico o acido linoleico (omega insaturo): oli vegetali Acido 9-cis-12-cis-15-cis-ottadecatrienoico o acido linolenico (omega insaturo C18:3; 9-cis12-cis15-cis): pesce e oli vegetali

71 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica71 Esteri degli acidi grassi La reazione tra acido linolenico e metanolo produce linolenato di metile o linolenil-metil-estere

72 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica72 Esteri della glicerina e degli acidi grassi: i trigliceridi La reazione tra una molecola di glicerina e tre molecole di acido palmitico produce Tripalmitato di glicerile o gliceril-palmitato o tripalmitil-gliceril-estere

73 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica73 Stereochimica dei trigliceridi saturi Trigliceride dell’acido palmitico

74 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica74 Stereochimica dei trigliceridi saturi Trigliceride dell’acido palmitico

75 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica75 Stereochimica dei trigliceridi insaturi Trigliceride dell’acido linolenico

76 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica76 Stereochimica dei trigliceridi insaturi Trigliceride dell’acido linolenico

77 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica77 Esteri di grassi e dell’acido fosforico: i fosfolipidi Un gruppo –OH della glicerina viene esterificato da un fosfatide (acido fosforico portante un gruppo R: R = colina serina etanolammina ecc.)

78 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica78 Esteri di grassi e dell’acido fosforico: i fosfolipidi

79 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica79 Fosfolipidi: micelle e membrane Ambiente lipofilo Code idrofile

80 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica80 Carboidrati semplici: monosaccaridi D-Glucoso un 6-aldoso D-Riboso un 5-aldoso D-Fruttoso un 6-chetoso D-Galattoso un 6-aldoso 3 C chirali: 2 3 = 8 stereoisomeri; 4 C chirali: 2 4 = 16 stereoisomeri

81 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica81 Monosaccaridi: gli 8 D-aldoesosi 3 C chirali: 2 3 = 8 stereoisomeri; 4 C chirali: 2 4 = 16 stereoisomeri

82 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica82 Monosaccaridi: stereochimica In natura è di importanza solo l’enantiomero D

83 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica83 Zuccheri semplici: ciclizzazione a piranosidi Ciclizzazione del D-Glucosio a  -D-Glucosio: il C-1 diventa chirale!

84 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica84 Monosaccaridi: equilibrio tra forma aperta e ciclica D-Glucosio  -D-Glucosio o Glucopiranoso

85 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica85 Monosaccaridi in forma ciclica (piranosidi)  -D-Fruttoso o Fruttopiranoso  -D-Glucoso o Glucopiranoso  -D-Galattoso o Glucogalattoso

86 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica86 Monosaccaridi in nforma ciclica: stereochimica

87 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica87 Disaccaridi: il saccarosio Saccarosio (  -D-Glucosio-  -D-Glucosio) Lo zucchero invertito è il prodotto dell’idrolisi acida o enzimatica del saccarosio in glucosio e fruttosio (più dolce)

88 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica88 Carboidrati complessi (polisaccaridi): glicogeno Polisaccaride ramificato dell’  -D-Glucosio (legami 1-4 e 1-6): rappresenta la riserva di glucosio localizzata nel fegato

89 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica89 Carboidrati complessi (polisaccaridi): amido Amilopectina: polimero ramificato dell’  -D-Glucosio (legami  1-4 e 1-6): 70-80% Amiloso: polimero lineare dell’  -D-Glucosio (legami  1-4): 20-30% Riserva energetica nei vegetali

90 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica90 Polisaccaridi: cellulosa pectina e chitina Chitina: polimero lineare dell’Acetilglucosammina: struttura in funghi e crostacei molluschi artropodi ecc. Cellulosa: polimero lineare dell’  -D-Glucosio (legami  1-4): struttura cellulare in vegetali Pectina: polimero lineare dell’acido  -D-Galacturonico: struttura in vegetali

91 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica91 Funzione acida e funzione aminica nella stessa molecola: gli aminoacidi

92 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica92 I 20 aminoacidi naturali

93 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica93 Stereochimica degli aminoacidi

94 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica94 Stereochimica degli aminoacidi L’atomo di carbonio  è chirale! Si possono quindi avere due configurazioni speculari

95 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica95 Stereochimica degli aminoacidi Gli aminoacidi naturali hanno sempre configurazione L (secondo la regola di Fischer)

96 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica96 Stereochimica degli aminoacidi

97 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica97 Reazione tra due aminoacidi: dipeptidi e legame peptidico Reazione di condensazione: attacco dell’azoto al carbonio carbonilico (videata 50)

98 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica98 Derivatizzazione di un dipeptide: l’aspartame Il gruppo carbossilico della fenilalanina è esterificato con metanolo

99 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica99 Proteine: struttura primaria e secondaria La struttura primaria è determinata dalla sequenza di aminoacidi (linguaggio a 20 lettere) La struttura secondaria è la forma spaziale determinata dalle interazioni tra atomi di ossigeno carbossilici (elettronegativi) e atomi di idrogeno amminici (elettropositivi) di gruppi annmidici diversi (ponti a idrogeno o ponti H). Queste interazioni stabilizzano la struttura spaziale generata dalla sequenza di aminoacidi.

100 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica100 Struttura primaria e secondaria: in ponti H

101 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica101 Proteine: struttura primaria e secondaria  -elica (elica generalmente destrogira o destrorsa) Struttura  (pieghe)

102 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica102 Proteine: struttura primaria e secondaria

103 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica103 Struttura secondaria delle proteina: i gomiti (Turns) L’aminoacido ciclico prolina è spesso determinante per l’interruzione de segmenti a elica e a pieghe e per la forma spaziale della proteina

104 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica104 Struttura secondaria delle proteina: i gomiti (Turns) L’aminoacido ciclico prolina legandosi con un altro aminoacido attraverso l’atomo di azoto perde il suo unico atomo H e perde la capacità di formare ponti H prolinaAlanina

105 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica105 Proteine in 3D: la struttura terziaria e i siti attivi

106 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica106 Struttura primaria e funzione della protenia La struttura primaria (sequenza di aminoacidi) conduce attraverso l’organizzazione spaziale della catena (struttura secondaria-> struttura terziaria) alla funzione specifica della proteina. La struttura terziaria determina l’interazione con l’ambiente (idrofilicità o lipofilicità) attraverso i gruppi sporgenti e l’interazione con substrati (reazioni e trasporto) attraverso i gruppi interni idrofili o lipofili e le « buche » che ne permettono l’accesso.

107 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica107 Proteine: struttura quaternaria Subunità proteiche si organizzano in complessi proteici: L’emoglobina si forma da quattro subunità ognuna con la propria struttura terziaria

108 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica108 Proteine: funzioni Strutturale (tessuto muscolare epidermico connettivo..) Immunitario (anticorpi) Trasporto (ossigeno lipidi metalli..) Identificazione genetica Ormonale Enzimatica Energetica

109 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica109 Regolazione dell’attività proteica: Cofattori Metalli Coenzimi – Gruppi prostetici:eme biotina.. – Cosubstrati: vitamine idrosolubili (non accumulabili) C B H; vitamine liposolubili (accumulabili) A D E K; CoQ10 CoA citocromi…

110 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica110 Il codice per la struttura primaria delle proteine

111 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica111 DNA: acido deossiribonucleico Il linguaggio a quattro lettere Adenina CitosinaGuaninaTimina

112 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica112 DNA: formazione dei nucleotidi Acido fosforico Deossiribosio Base azotata

113 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica113 La traduzione DNA-Proteina Ad ogni tripletta di nucleotidi corrisponde un aminoacido Numero di sequenze >> 20 !!

114 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica114 La struttura del DNA: la doppia elica Le due sequenze (eliche) si tengono unite mediante ponti H: CΞG e A=T

115 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica115 La struttura del DNA: la doppia elica

116 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica116 La sintesi delle proteine codificata dal DNA 1.Trascrizione del DNA: sintesi e trasporto del RNA messaggero (mRNA) Un enzima (RNA-polimerasi) apre j due filamenti della doppia elica del DNA e unisce i nucleotidi complementari (GC e AU) a quelli del DNA in un filamento di RNA (acido ribonucleico) L’RNA di prima trascrizione viene modificato in una sequenza di vari processi e reso maturo per il passaggio dal nucleo al citoplasma L’RNA messaggero maturo lascia il nucleo passando per la membrana nucleare e migra nel citoplasma verso i ribosomi

117 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica117 Acido ribonucleico (RNA) La base azotata uracile sostituisce la timina del DNA

118 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica118 La sintesi delle proteine codificata dal DNA 2.Traduzione del mRNA sui ribosomi tramite il complesso RNA-transfer (tRNA) tRNA

119 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica119 La sintesi delle proteine codificata dal DNA 3.Liberazione della proteina e degradazione (enzimatica) del mRNA Conclusione: il linguaggio a 4 lettere del DNA si è tradotto in una struttura tridimensionale avente funzioni specifiche attraverso la sua forma spaziale e la localizzazione precisa di funzioni chimiche. tRNA

120 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali Basi di chimica organica120 Mutazioni Un cambiamento nella sequenza del DNA o una trascrizione sbagliata può tradursi in una funzionalità diversa della proteina (funzione assente o anomala o diversa): si possono generare malattie genetiche malattie degenerative o mutazioni. Le cause possono essere radiazioni virus attacchi chimici ….. Nella gran parte dei casi le proteine anomale vengono riconosciute ed eliminate dal sistema immunitario.


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