Università degli Studi della Campania "Luigi Vanvitelli"
Come preannunciato a lezione, il giorno martedì 18/11 alle 16:00 ci sarà un’esercitazione sulle rappresentazioni strutturali.
Di conseguenza, il III turno di laboratorio è spostato a giovedì 20 Novembre alle 9:30.
Esercizio n. 1
L’addizione di acido bromidrico all’1-isobutil-1-ciclobutene [nome IUPAC= 1-(2-metilpropil)-1-ciclobutene] fornisce una miscela dei seguenti bromocicloalcani. Proporre un meccanismo in grado di giustificare la loro formazione.
Esercizio n. 2
Il trattamento del 2-ciclobutil-2-butene con metanolo in ambiente acido dà una miscela dei tre prodotti A, B e C indicati in basso. Scrivere un meccanismo che tenga conto della formazione di questi prodotti.
Esercizio n. 3
Quali dei seguenti carbocationi possono andare incontro a riarrangiamento?
Esercizio n. 4
Il trattamento del 5-isopropil-2-metilbiciclo[5.1.0]ott-2-ene con acido solforico acquoso porta alla formazione del
4-isopropil-8-metilbiciclo[4.2.0]ottan-1-olo. Proporre un meccanismo che spieghi la formazione di questo prodotto.
Esercizio n. 1
Indicare qual è l’alchene più stabile in ciascuna delle seguenti coppie:
a. 2-metil-2-pentere oppure 2,3-dimetil-2-butene
b. cis-3-esene oppure trans-3-esene
c. 1-esene oppure cis-3-esene
d. trans-2-esene oppure 2-metil-2-pentene
Esercizio n. 2
Fornire le spiegazioni meccanicistiche per le seguenti osservazioni sperimentali:
a. l’addizione di acido cloridrico al 3-metil-1-butene fornisce due prodotti: 2-cloro-3-metilbutano e 2-cloro-2-metilbutano
b. l’addizione di acido cloridrico al 3,3-dimetil-1-butene fornisce due prodotti: 3-cloro-2,2-dimetilbutano e 2-cloro-2,3-dimetilbutano.
Esercizio n. 3
Descrivere con le appropriate equazioni chimiche tutti gli stadi del meccanismo di idratazione acido-catalizzata del 3,3-dimetil-1-butene a 2,3-dimetil-2-butabolo
Immaginando che il prodotto della reazione sia più stabile delll’alchene di partenza, disegnare un grafico dell’energia potenziale in funzione delle coordinate di reazione.
Scrivere gli stati di transizione per ciascuno stadio della reazione
Esercizio n. 4
L’alchene biciclico car-3-ene, un costituente della trementina, subisce idrogenazione catalitica per dare solo uno dei due possibili prodotti stereoisomerici. Questo prodotto ha il nome comune di cis-carano, a indicare che il gruppo metile e l’anello del ciclopropano sono sulla stessa faccia dell’anello del cicloesano. Suggerite una spiegazione per questo risultato stereochimico.
Esercizio n. 5
Quando il (3R)-7-otten-3-olo viene messo in presenza di acido solforico, tra i prodotti di reazione c’è anche il seguente composto:
Ipotizzare un meccanismo per la formazione di questo composto. Quanti stereoisomeri si formano ?
Esercizio n. 1
Assegnare i nomi IUPAC ai seguenti alcheni
Esercizio n. 2
Scrivere le formule di struttura dei seguenti composti:
Esercizio n. 3
Scrivere le formule di struttura dei seguenti alcheni
Esercizio n. 4
Scrivere tutti i possibili stereoisomeri per ciascuna delle seguenti strutture:
Esercizio n. 5
Scrivere i prodotti della reazione dei seguenti alcheni con acido bromidrico
Esercizio n. 6
Spiegare perché ciascuno dei seguenti nomi è scorretto:
Esercizio n. 7
Nominare ciascuno dei seguenti composti. Peri i composti che formano stereoisomeri, usare la nomenclatura E, Z ed R, S.
Esercizio n. 1
Osservando il seguente diagramma di energia potenziale /coordinata di reazione che da A porta a I, rispondi alle seguenti domande:
a. Quanti intermedi ci sono nella reazione?
b. Quali lettere indicano gli stati di transizione?
c. Qual è lo stadio più veloce della reazione?
d. Chi è più stabile, A o I?
e. Partendo da C, si forma più velocemente A o E?
f. Qual è il reagente dello stadio cineticamente determinante?
g. Il primo stadio della reazione è esorgonico o endoergonico?
h. La reazione complessiva è esoergonica o endoergonica?
i. Qual è l’intermedio più stabile?
j. Quale stadio nella reazione diretta ha la costante cinetica più piccola?
k. Quale stadio nella reazione inversa ha la costante cinetica più piccola?
Esercizio n. 2
Osservando il seguente diagramma di energia potenziale /coordinata di reazione che da A porta a G, rispondi alle seguenti domande:
a. Quanti intermedi ci sono nella reazione?
b. Quali lettere indicano gli stati di transizione?
c. Qual è lo stadio più veloce della reazione?
d. Chi è più stabile, A o G?
e. Partendo da C, si forma più velocemente A o E?
f. Qual è il reagente dello stadio cineticamente determinante?
g. Il primo stadio della reazione è esorgonico o endoergonico?
h. La reazione complessiva è esoergonica o endoergonica?
i. Qual è l’intermedio più stabile?
j. Quale stadio nella reazione diretta ha la costante cinetica più piccola?
k. Quale stadio nella reazione inversa ha la costante cinetica più piccola?
Esercizio n. 3
4. Considerando il diagramma dell’energia riportato nella pagina seguente:
a) Qual è lo stadio lento di A→C?
b) Qual è il ΔG° di B→C?
c) Qual è il ΔG‡ di A→B?
d) Qual è ΔG‡ di C→B? (3 pt):
Esercizio n. 4
Disegna il diagramma dell’energia libera in funzione della coordinata di reazione per la seguente trasformazione, in cui C è il composto più stabile e B il meno stabile delle tre specie e lo stato di transizione da A a B è più stabile dello stato di transizione da B a C:
a. Quanti intermedi ci sono?
b. Quanti stati di transizione?
c. Quale stadio ha la maggiore costante cinetica per la trasformazione diretta?
d. Quale stadio ha la maggiore costante cinetica per la reazione inversa?
e. Dei quattro stadi, quale ha la costante cinetica maggiore?
f. Qual è lo stadio cineticamente determinante pe rla reazione diretta?
g. Qual è lo stadio cineticamente determinante per la reazione inversa?
Esercizio n. 5
Data la seguente reazione in cui D è il composto più stabile e A :
a. Indica il movimento degli elettroni con le frecce ricurve
b. Dsegna il diagramma dell’energia libera in funzione della coordinata di reazione
c. Quanto stati di transizione ?
d. Disegna tutti gli stati di transizione
7) Dire quali delle seguenti specie chimiche tenderanno a reagire come nucleofili e quali come elettrofili
8) Sulla base del movimento degli elettroni mostrato dalle frecce ricurve nelle seguenti reazioni, disegnare i prodotti
9) Queste due reazioni formano i prodotti mostrati, ma non attraverso i meccanismi disegnati! Per ciascun meccanismo, spiegare perchè è errato e disegnarne uno corretto
10) Quale delle seguenti affermazioni è falsa:
a) se una reazione è spontanea, può avvenire velocemente
b) una reazione lenta può essere spontanea
c) se una reazione è spontanea, può avvenire lentamente
d) una reazione spontanea deve avere energia di attivazione bassa
11) Disegnare il diagramma energetico di una reazione monostadio con Keq<1. Indicare nel diagramma le parti corrispondenti a reagenti, prodotti, stato di transizione, variazione dell’energia libera di Gibbs, energia di attivazione. Il ΔG° è positivo o negativo?
12) Disegnare il diagramma energetico di una reazione a due stadi con Keq>1. Indicare nel diagramma le parti corrispondenti a reagenti, prodotti, stato di transizione, intermedio, variazione dell’energia libera di Gibbs, energia di attivazione. Il ΔG° è positivo o negativo?
13) Disegnare il diagramma energetico di una reazione esoergonica a due stadi, il cui secondo stadio sia più veloce del primo.
14) Data la seguente legge cinetica per una reazione:
velocità= k [A]1[B]2
determinare: a) l’ordine della reazione rispetto ad A; b) l’ordine della reazione rispetto a B; c) l’ordine complessivo per la reazione.
Rispondere, inoltre, alle seguenti domande: d) Che succede alla velocità della reazione raddoppiando la concentrazione di A? e) E raddoppiando la concentrazione di B?
15) Individuare, nel grafico riportato, I) l’energia di attivazione per la reazione A–>B ,II) l’energia di attivazione per la reazione B–>A
16) Basandosi sul seguente diagramma energetico, il composto________si formerà più velocemente a partire da B. Il composto più stabile è_____perchè_____________________________________________________________.
17) Di seguito è mostrato il diagramma energetico di una reazione.
a) individuare lo stato di transizione;
b) dire se la reazione è esoergonica o endoergonica;
c) cosa possiamo dire circa la costante di equilibrio di questa reazione?
18) Rispondere alle seguenti domande sul diagramma energetico mostrato in basso
a) di quanti stadi si compone la reazione?
b) quanti e quali intermedi si formano?
c) quanti e quali stati di transizione?
d) qual è lo stadio cineticamente determinante?
e) si tratta di una reazione esoergonica o endoergonica?
f) quale sarebbe l’effetto dell’aggiunta di un catalizzatore?
19) Disegnare il diagramma energetico della reazione del 3-metil-1-butene con HBr. Mostrare le strutture dello stato di transizione e degli intermedi di reazione
20) In un tipico diagramma di reazione, a cosa corrisponde l’asse delle ascisse?
a) variazione di energia libera
b) coordinata di reazione
c) temperatura
d) variazione di entalpia
e) variazione di entropia
21) Quale tra le seguenti è la relazione corretta che intercorre tra la variazione di energia libera di Gibbs e la costante di equilibrio di una reazione chimica?
22) Si definisce stato di transizione di una reazione:
a) una delle strutture di risonanza dei reagenti
b) la struttura a più bassa energia associata ad un certo stadio della reazione
c) un carbocatione
d) la struttura intermedia tra reagenti e prodotti, isolabile e relativamente stabile
e) la struttura a più alta energia associata ad un certo stadio della reazione.
23) Quale delle seguenti coordinate di reazione è relativa ad una reazione esoergonica che procede con la formazione di un intermedio?
24) Assumendo condizioni standard e in riferimento alla seguente coordinata di reazione, quale delle seguenti affermazioni è sicuramente vera?
25) Data la seguente coordinata di reazione, la freccia rossa indica:
26) Osservando il seguente diagramma di coordinata per la reazione che da A porta a D, rispondere alle seguenti domande
a) quanti intermedi ci sono nella reazione?
b) quanti stati di transizione ci sono?
c) qual è lo stadio più veloce nella reazione?
d) chi è più stabile A o D?
e) qual è il reagente nello stadio determinante la velocità?
f) il primo stadio della reazione è esoergonico o endoergonico?
g) la reazione, nel complesso, è esoergonica o endoergonica?
27) Molte reazioni sono più veloci ad alte che a basse temperature. Questo è in accordo con:
(I) Un aumento della energia di attivazione all’aumentare della temperatura
(II) Un aumento della costante cinetica all’aumentare della temperatura
(III) Un aumento della frequenza di collisioni efficaci all’aumentare della temperature.
a)Solo I
b)Solo II
c)Solo III
d)Solo I e II
e)Solo II e III
28) Analizzare il diagramma di energia libera/coordinata di reazione dell’addizione di HBr al 2-metilpropene e rispondere ai seguenti quesiti.
a) Cosa possiamo dire circa la Keq della reazione?
b) Cosa possiamo dire circa il ΔG° della reazione?
c) Di quanti stadi si compone la reazione?
d) Qual è lo stadio cineticamente determinante?
e) Indicare sul grafico l’energia di attivazione relativa allo stadio cineticamente determinante.
f) Cosa sono, rispettivamente, B, C e D?
29) Disponi i seguenti composti in ordine di calore di idrogenazione decrescente
30) Disponi i seguenti composti in ordine di calore di idrogenazione crescente, motivando la scelta
Questo è il momento di dire la vostra sul corso di Chimica Organica.
Le vostre valutazioni sono importanti! Fondamentale è evidenziare eventuali criticità al fine di mettere in atto azioni correttive nell’ultima parte del corso.
Sarà possibile compilare il questionario di valutazione del corso (seguendo il link) fino alle 18:00 di domenica 16/11.
Le risposte saranno raccolte in forma anonima.
Qui potete scaricare materiale relativo alla Prochiralità
Qui, invece, potete trovare approfondimenti sulle regole di Cahn-Ingold-Prelog
Infine, qui trovate delle definizioni non presenti sul libro:
Unità stereogenica (o elemento stereogenico) = raggruppamento di atomi che può essere considerato un focus di stereoisomeria, ovvero parte della molecola per cui lo scambio di due gruppi produce due stereoisomeri.
Esempi:
Il massimo numero di stereoisomeri possibili per una molecola che contiene più unità stereogeniche (o elementi stereogenici) si può calcolare dalla regola generale 2n, dove n = al numero di unità stereogeniche.
Atropoisomeri: isomeri in cui la rotazione che permette di interconvertire i diversi conformeri è ostacolata
Chiralità assiale: si genera quando due coppie di sostituenti, ciascuno diverso dall’altro all’interno di una medesima coppia, si trovano legate alle due estremità di una struttura molecolare rigida allungata (asse stereogenico o, impropriamente, asse chirale), in modo da presentarsi sfalsati, se osservati lungo l’asse stereogenico (es. alleni; NB: riprenderemo questo concetto proprio quando parleremo degli alleni)
Le tecniche cromatografiche rivestono un ruolo cruciale nell’analisi metabolomica.
Qui potrete scaricare le slide delle lezioni relative a queste tecniche e il materiale per lo studio.
Infine, di seguito troverete alcuni video e animazioni che possono aiutarvi a visualizzare meglio alcune delle tecniche introdotte al corso.
CROMATOGRAFIA
CROMATOGRAFIA SU STRATO SOTTILE (TLC)
HPLC
GC
Che cos’è la metabolomica? Come si colloca nell’ambito della biologia dei sistemi? Quali sono le possibili applicazioni? Qual è la tipica sequenza sperimentale di un approccio metabolomico? Questi sono alcuni dei punti trattati nel corso della prima lezione.
Metabolomica: un approccio all’interfaccia tra la chimica e la biologia
La METABOLOMICA è un approccio innovativo allo studio dei fenomeni e dei sistemi biologici.
Innanzitutto, dobbiamo considerare l’ampio range di applicazioni di questo approccio allo studio dei sistemi biologici. Applicazioni che riguardano la chimica delle sostanze naturali, la chimica degli alimenti, la chimica farmaceutica, il metabolismo, la fisiologia e lo studio della risposta a stress da parte degli organismi e delle interazioni che tra essi intercorrono, la chimica ambientale, la ricerca biomedica e tantissimi altri campi.
Del resto, la metabolomica si colloca all’interfaccia tra la chimica e la biologia, in quanto ciascun fenomeno biologico produrrà una risposta chimica misurabile e la determinazione delle variazioni osservate fornirà informazioni sullo stato del sistema biologico in analisi. Inoltre, andando a misurare quelli che sono i prodotti finali dell’espressione genica, ossia i metaboliti, fornisce informazioni essenziali su quello che è il fenotipo e la relazione di quest’ultimo col genotipo.
Uno step fondamentale nell’approccio metabolomico è la fase di disegno sperimentale. Al fine di ottenere dati che siano statisticamente e biologicamente significativi e che diano risposta alla nostra research question, è necessario definire a priori tutti i parametri sperimentali da considerare, le variabili da valutare e quelle da controllare. Sarà necessario inoltre prendere in considerazione l’utilizzo di un numero opportuno di replicati tecnici e biologici (tale numero varia sia in base al sistema biologico in analisi, sia in base alle tecniche analitiche utilizzate).
A questo punto, sarà necessario procedere all’esecuzione dell’esperimento e/o al campionamento. Le metodiche utilizzate variano a seconda del tipo di campione, ma un punto fondamentale e ineludibile, al fine di ottenere risultati che rispecchino il reale stato del sistema, è il quenching del metabolismo: sarà necessario bloccare tutte le reazioni, siano esse catalizzate da enzimi o meno. In genere, questo si ottiene con il metodo del deep freezing, congelando il campione immediatamente in azoto liquido (-196°C). I campioni sono poi conservati a -80°C fino al momento della liofilizzazione. Quest’ultimo processo, che allontana l’acqua dal campione, è necessario sia per una migliore conservazione (l’acqua è il mezzo per la maggior parte delle reazioni che avvengono nei campioni biologici) sia (in alcuni casi) per rendere compatibile il campione con le successive analisi.
La maggior parte delle tecniche analitiche usate in metabolomica richiede che il campione sia in soluzione, di conseguenza il passaggio successivo consisterà in una procedura di estrazione dei metaboliti. In questo caso le metodiche variano sia in base alla natura del campione, sia in base alla piattaforma analitica che si utilizzerà nella fase successiva. Fase successiva che consiste nell’analisi della composizione chimica degli estratti. Diverse tecniche sono disponibili, ma quelle più comunemente utilizzate in metabolomica sono la Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) e la Spettrometria di Massa (MS). Quest’ultima richiede solitamente una separazione a monte dei metaboliti che compongono l’estratto ed è quindi in genere interfacciata con un sistema cromatografico (GC o HPLC/UPLC).
Una volta acquisiti i dati, il complesso dataset ottenuto è analizzato attraverso metodiche di analisi statistica multivariata (MVDA) al fine di estrarre le informazioni circa la classificazione dei campioni e circa i segnali e, in ultima analisi, i composti responsabili della classificazione osservata. A questo punto, si procede con la caratterizzazione strutturale dei composti che risultano essere significativi nell’analisi. Questa caratterizzazione si avvale, tra l’altro, di tecniche ad alta risoluzione e di spettrometria tandem, nel caso della MS. Nel caso dell’NMR una caratterizzazione dei metaboliti nell’estratto è possibile mediante l’utilizzo di tecniche NMR bidimensionali. Per entrambe le tecniche, un supporto notevole è fornito dai database.
Le informazioni estrapolate mediante MVDA vanno poi integrate con le conoscenze sul sistema biologico in analisi e forniranno la risposta alla domanda che sottende lo studio o forniranno nuove ipotesi da testare.
Al seguente link è possibile scaricare le slide del corso, insieme a del materiale utile per approfondimenti.
Inolre, è possibile ottenere informazioni anche al seguente link: Introduzione alla metabolomica (contenuti: definizione di metaboloma e metabolomica, note sull’importanza di questo tipo di approccio e campi di applicazione, panoramica di quello che è l’approccio dal punto di vista metodologico).
E alla fine potrai anche testare le tue conoscenze 
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