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

Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. 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: www.lilu2.ch/ studiare in rete/NAS/chimica/Devittori/chimica/ .... Sito web di riferimento: www.lilu2.ch/materie/chimica/De Vittori/portale di chimica accesso generale: nome utente= ospite / password= ospite Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica CD/LiLu2

Energia e luce: lo spettrometro di Kirchhoff e Bunsen Annalen der Physik und der Chemie Vol. 110 (1860) pp. 161-189 Testo originale scaricabile dal sito web Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Studio dello spettro dell’idrogeno Una lampada a idrogeno emette luce visibile di color porpora che viene scomposta i 4 righe spettrali http://www.schulphysik.de/physik/spektrum1/index.htm Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Le linee spettrali degli elementi Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. Le linee spettrali degli elementi © Donald E. Klipstein Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica CD/LiLu2

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

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." Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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

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: Eceduta = h = Einiz – Efin h= costante di Plank (6.6*10-34 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. Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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*1015 Hz In effetti: Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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 …..) http://www.chim.unipr.it/crocoite/rizzoli/cap09/sld001.htm http://it.wikipedia.org/wiki/Equazione_di_Schr%C3%B6dinger Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

L’atomo ad orbitali Vedi wwww.webelements.com per es per il fluoro: http://www.webelements.com/fluorine/orbital_properties.html Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

L’atomo ad orbitali http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/ Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Il potenziale di prima ionizzazione degli elementi http://www.standnes.no/chemix/periodictable/ionization-potential-table.htm Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

L’andamento del potenziale di prima ionizzazione [V] nella Tavola periodica Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Energie di ionizzazione successive (kJ/mol) Elemento I II III IV V VI VII Na 496 4560 Mg 738 1450 7730 Al 577 1816 2744 11600 Si 786 1577 3228 4354 16100 P 1060 1890 2905 4950 6270 21200 S 999 2260 3375 4565 6950 8490 11000 Cl 1256 2295 3850 5160 6560 9360 Ar 1520 2665 3945 5770 7230 8780 12000 I valori in rosso rappresentano il salto energetico corrispondente al passaggio al guscio più interno Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La struttura elettronica generale 2° guscio: 8 elettroni nucleo 1° guscio: 2 elettroni 3° guscio: 8 (18) elettroni 4° guscio: 18 (18) elettroni Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Molecole monoatomiche e pluriatomiche? Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. Molecole monoatomiche e pluriatomiche? Dalla Tavola periodica: gas Densità STP (g/L) (Tav.Per.) Massa molare (g/mol)* Massa molecolare Massa atomica dell’elemento Modello micro Idrogeno 0.0899 2.02 1.008 H2 Cloro 3.17 71.0 35.45 Cl2 Ossigeno 1.43 32.0 16 O2 Azoto 1.25 28 14 N2 Neon 0.901 20.2 He Ozono 1.7 (Wikipedia) 38.1 O3 Volume di 1 mol gas a STP: 22.4 L; Massa molare = Densità(STP)*22.4 L Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica CD/LiLu2

Cloro e idrogeno: i loro spettri di massa Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. Cloro e idrogeno: i loro spettri di massa Perché l'idrogeno è composto da coppie di due atomi? Perché attraverso l'"accoppiamento" di due atomi l'idrogeno acquista stabilitàcioè la condizione di gas nobile(=avere un atomo con 2 elettroni). Questo avviene grazie all'avvicinamento dei due atomi(che possono essere sia tutti di idrogenosia uno di idrogeno e uno di un altro gas) che così mettono in mezzo tra loro il loro elettrone e poter essere stabili. La stessa cosa vale per altri gas dove i legami possono essere anche più che doppi per esempio un legame di tre atomi a dipendenza del numero di elettroni che ha l'atomo del gas in meno al gas nobile della sua rispettiva colonna. Questo legame si dice covalente(semplice per l'unione di un elettronedoppio per l'unione di due elettroni e triplo per l'unione di tre elettroni)ovvero una messa in comune di elettroni e si scrive per es. per l'idrogeno H-H o H:Htrattandosi di un'unione semplice; per l'ossigeno O- -Operché si tratta di un'unione doppiadunque si uniscono due elettroni rappresentati da due -; per l'azoto N- - -N perché si tratta di un'unione tripla. L'unione del numero di atomi dipende dalla differenza tra il numero di elettroni del gas nobile della colonna nella quale si trova il gas non nobile e il numero di elettroni del gas che si vuole esaminare(non nobile) per es. Neon=10 elettroni e Azoto=7elettroniperciò l'azoto deve avere un legame di tre atomi e quando si legherà ad un altro gas avrà bisogno di 3 atomi dell'altro per poter arrivare alla condizione di gas nobile. Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica CD/LiLu2

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? Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Elettroni disponibili per i legami ed elettroni in difetto per la stabilità Elemento e- disponibili e- in difetto Num. legami H 1 He 2 Li 7 Be 6 B 3 5 C 4 N O F Ne 8 Na Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Coppie elettroniche da disporre nello spazio Elemento legami e- liberi Coppie e- Li 1 Be 2 B 3 C 4 N 3 (3 coppie) 2 (1 coppia) O 2 (2 coppie) 4 (2 coppie) F 1 (1 coppia) 6 (3 coppie) Ne 8 (4 coppie) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Coppie elettroniche e geometria molecolare Elemento legami coppie e- geometria Li 1 2 lineare Be B 3 triangolare C 4 tetraedrico N Tetraedrico per le coppie di legame, Piramidale per gli atomi O Tetraedrico per le coppie, triangolare per gli atomi F Lineare per gli atomi Ne 8 - Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Rappresentazione spaziale della geometria molecolare Composto coppie e- geometria rappresentazione LiH 1 lineare BeH2 2 B2H6 3 CH4 4 tetraedrica Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Rappresentazione spaziale della geometria molecolare Composto coppie e- geometria rappresentazione NH3 4 (3 di legame + 1 libera) piramidale H2O (2 di legame + 2 libere) triangolare HF (1 di legame e 3 libere) lineare H..Ne 4 libere - Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Le interazioni molecolari Come si possono spiegare l’andamento dei punti di ebollizione del diagramma? Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Il coefficiente di elettronegatività degli elementi Da Google: Electronegativity Table Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Legame covalente polarizzato e ponti H Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Legame covalente polare Fluoruro di idrogeno (HF) Diossido di carbonio (CO2) Acqua (H2O)                                                                                                                                                                 ΔEN = 19 ΔEN = 10 ΔEN = 14 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Legame chimico e caratteristiche fisiche Struttura partecipanti Esempi ionico reticolo ionico metallo-non metallo NaCl covalente molecolare non metalli H2O, CH4,.. reticolo covalente non metalli, Diamante C SiC NbC metallico reticolo metallico metalli Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Legame chimico e classi di materiali Ionico Covalente-V. d. Waals Covalente (reticolo) Covalente (amorfi) Metallico Denominazione (operativa) Salini Volatili Adamantini Amorfi Metallici Denominazione (strutturale) Ionici Molecolari Covalenti reticolati Macromolecolari o polimerici Composizione M-NM NM-NM NM C-M O-M NM M Proprietà Isolante (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 Conducibilità elettrica (s) Cond. termica Duttilità malleabilità Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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 C4H10: quali possibili strutture si possono creare? Esistono composti C2H6O: quali possibili strutture si possono creare? Esiste una limitazione nel numero di atomi C che si possono legare in catena? Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Idrocarburi alifatici Catene lineari e ramificate (libro di testo pag 659) butano o n-butano C4H10 3-metil-esano C7H16 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 CnH2n+2 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Idrocarburi alifatici saturi e insaturi Alcani Saturi Legami C-C (semplici) pentano C5H12 Alcheni Insaturi Legami C=C (doppi) 2-pentene C5H10 Alchini Legami CΞC (tripli) 2-pentino C5H8 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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) 1,3-cicloesadiene Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Idrocarburi aromatici Anello aromatico Insaturo Legami C-C (semplici) e legami C=C (doppi) alternati Benzene C6H6 Alchilbenzeni Sostituzione di 1 H con una catena alchilica 12-di-metil-benzene Policiclici aromatici Anelli aromatici fusi Naftalene C10H8 Antracene C14H10 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Processi di modifica degli idrocarburi Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. 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 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica CD/LiLu2

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) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Gruppi funzionali (sostituenti di H) e classi di composti organici C-OH alcoli C=O aldeidi chetoni Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Gruppi funzionali e classi di composti organici R-NH2 R-NHR R3-N ammine R-CONH2 R-CONHR R-CONR2 ammidi Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La conferma dei gruppi funzionali: spettroscopia infrarossa (IR) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di massa (MS) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) n-propano n-propanolo o 1-propanolo Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Reazioni degli alcani: sostituzione radicalica Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Reazioni degli alcheni: addizione elettrofila Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Reazioni di alcoli e alogenuri alchilici: sostituzione nucleofila Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Reazioni degli aromatici: sostituzione aromatica elettrofila Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Reazioni degli aromatici: sostituzione aromatica elettrofila Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Reazioni di acidi alcoli e ammine: attacco nucleofilo al carbonio carbonilico Analogamente con R’-NH2 invece di R’-OH Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Isomeria strutturale e spaziale 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) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Isomeria strutturale e spaziale 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) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La diversa concatenazione dei legami genera strutture diverse: 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 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Isomeri di struttura Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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). Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Isomeri geometrici Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Isomeri geometrici Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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

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

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

Denominazione degli stereoisomeri: proiezione di Fischer e forme D/L http://de.wikipedia.org/wiki/Fischer-Projektion Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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

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). Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Cristalli di isomeri di configurazione Cristalli di acido tartarico: i cristalli degli enantiomeri sono speculari Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Funzione acida o carbossilica: gli acidi organici Formula generale Acido metanoico o formico Acido etanoico o acetico Acido dodecanoico Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Funzione acida o carbossilica: gli acidi organici Acido acetico CH3COOH (aceto) Acido tetradecanoico o mirisitico CH3[CH]12COOH (latte pesce) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Acidi grassi saturi e monoinsaturi Acido grasso saturo: acido esadecanoico o palmitico C16 (burro carne palma) Acido grasso monoinsaturo: acido 7-trans-esadecenoico Acido grasso monoinsaturo cis: acido 7-cis-esadecenoico o acido palmitoleico (C16:1 7-cis) (latte pesce grassi vegetali) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Acidi grassi insaturi cis e trans Acido grasso insaturo trans (C14:2 59-trans-trans) Acido grasso monoinsaturo cis (C14:1 9-cis) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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

Esteri degli acidi grassi La reazione tra acido linolenico e metanolo produce linolenato di metile o linolenil-metil-estere Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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

Stereochimica dei trigliceridi saturi Trigliceride dell’acido palmitico Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Stereochimica dei trigliceridi saturi Trigliceride dell’acido palmitico Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Stereochimica dei trigliceridi insaturi Trigliceride dell’acido linolenico Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Stereochimica dei trigliceridi insaturi Trigliceride dell’acido linolenico Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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.) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Esteri di grassi e dell’acido fosforico: i fosfolipidi Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Fosfolipidi: micelle e membrane Code idrofile Ambiente lipofilo Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Carboidrati semplici: monosaccaridi D-Riboso un 5-aldoso D-Glucoso un 6-aldoso D-Galattoso un 6-aldoso D-Fruttoso un 6-chetoso 3 C chirali: 23 = 8 stereoisomeri; 4 C chirali: 24 = 16 stereoisomeri Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Monosaccaridi: gli 8 D-aldoesosi 3 C chirali: 23 = 8 stereoisomeri; 4 C chirali: 24 = 16 stereoisomeri Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Monosaccaridi: stereochimica In natura è di importanza solo l’enantiomero D Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Zuccheri semplici: ciclizzazione a piranosidi Ciclizzazione del D-Glucosio a -D-Glucosio: il C-1 diventa chirale! Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Monosaccaridi: equilibrio tra forma aperta e ciclica D-Glucosio -D-Glucosio o Glucopiranoso Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Monosaccaridi in forma ciclica (piranosidi) -D-Glucoso o Glucopiranoso -D-Galattoso o Glucogalattoso -D-Fruttoso o Fruttopiranoso Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Monosaccaridi in nforma ciclica: stereochimica Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Carboidrati complessi (polisaccaridi): glicogeno Polisaccaride ramificato dell’-D-Glucosio (legami 1-4 e 1-6): rappresenta la riserva di glucosio localizzata nel fegato Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Carboidrati complessi (polisaccaridi): amido Amiloso: polimero lineare dell’ -D-Glucosio (legami  1-4): 20-30% Amilopectina: polimero ramificato dell’ -D-Glucosio (legami  1-4 e 1-6): 70-80% Riserva energetica nei vegetali Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Polisaccaridi: cellulosa pectina e chitina Cellulosa: polimero lineare dell’ -D-Glucosio (legami  1-4): struttura cellulare in vegetali Pectina: polimero lineare dell’acido -D-Galacturonico: struttura in vegetali Chitina: polimero lineare dell’Acetilglucosammina: struttura in funghi e crostacei molluschi artropodi ecc. Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Funzione acida e funzione aminica nella stessa molecola: gli aminoacidi Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

I 20 aminoacidi naturali Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Stereochimica degli aminoacidi Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Stereochimica degli aminoacidi L’atomo di carbonio  è chirale! Si possono quindi avere due configurazioni speculari Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Stereochimica degli aminoacidi Gli aminoacidi naturali hanno sempre configurazione L (secondo la regola di Fischer) http://it.wikipedia.org/wiki/Aminoacidi Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Stereochimica degli aminoacidi Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Reazione tra due aminoacidi: dipeptidi e legame peptidico Reazione di condensazione: attacco dell’azoto al carbonio carbonilico (videata 50) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Derivatizzazione di un dipeptide: l’aspartame Il gruppo carbossilico della fenilalanina è esterificato con metanolo Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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

Struttura primaria e secondaria: in ponti H Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Proteine: struttura primaria e secondaria Struttura  (pieghe) -elica (elica generalmente destrogira o destrorsa) Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Proteine: struttura primaria e secondaria Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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

Struttura secondaria delle proteina: i gomiti (Turns) prolina Alanina 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 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Proteine in 3D: la struttura terziaria e i siti attivi Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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

Proteine: struttura quaternaria Subunità proteiche si organizzano in complessi proteici: L’emoglobina si forma da quattro subunità ognuna con la propria struttura terziaria Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Strutturale (tessuto muscolare epidermico connettivo..) Proteine: funzioni Strutturale (tessuto muscolare epidermico connettivo..) Immunitario (anticorpi) Trasporto (ossigeno lipidi metalli..) Identificazione genetica Ormonale Enzimatica Energetica Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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… Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Il codice per la struttura primaria delle proteine Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

DNA: acido deossiribonucleico Il linguaggio a quattro lettere Adenina Citosina Guanina Timina Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

DNA: formazione dei nucleotidi Acido fosforico Deossiribosio Base azotata Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La traduzione DNA-Proteina Ad ogni tripletta di nucleotidi corrisponde un aminoacido Numero di sequenze >> 20 !! Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La struttura del DNA: la doppia elica Le due sequenze (eliche) si tengono unite mediante ponti H: CΞG e A=T Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La struttura del DNA: la doppia elica Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La sintesi delle proteine codificata dal DNA 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 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

Acido ribonucleico (RNA) La base azotata uracile sostituisce la timina del DNA Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La sintesi delle proteine codificata dal DNA 2. Traduzione del mRNA sui ribosomi tramite il complesso RNA-transfer (tRNA) tRNA Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

La sintesi delle proteine codificata dal DNA 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 Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica

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