Indice generale. Capitolo 2 I composti organici: gli alcani 31 Perché questo capitolo? I gruppi funzionali 32

Transcript

1 Indice generale Capitolo 1 Struttura e legame chimico; acidi e basi Perché questo capitolo? La struttura atomica: la configurazione elettronica Lo sviluppo della teoria del legame chimico La natura dei legami chimici La formazione del legame covalente: la teoria del legame di valenza Gli orbitali ibridi sp 3 e la struttura del metano Gli orbitali ibridi sp 3 e la struttura dell etano Altri tipi di orbitali ibridi: sp 2 e sp Legami covalenti polari: elettronegatività Acidi e basi: la definizione di Brønsted-Lowry Acidi e basi organici Acidi e Basi: la definizione di Lewis 20 Alimenti organici: confronto rischio-beneficio 23 Parole chiave, 24 Risolvere i problemi, 24 Visualizzare la chimica, 25 Altri problemi, 26 Capitolo 2 I composti organici: gli alcani 31 Perché questo capitolo? I gruppi funzionali 32 I gruppi funzionali contenenti legami multipli carbonio-carbonio 32 I gruppi funzionali contenenti un carbonio legato con un legame semplice a un atomo elettronegativo 33 I gruppi funzionali contenenti un doppio legame carbonio-ossigeno (gruppo carbonilico) Alcani e gruppi alchilici: l isometria La nomenclatura degli alcani a catena ramificata Le proprietà degli alcani Le conformazioni dell etano La rappresentazione delle strutture chimiche I cicloalcani L isomeria cis-trans nei cicloalcani Le conformazioni dei cicloalcani 52 Ciclopropano, ciclobutano e ciclopentano 53 Il cicloesano I legami assiali ed equatoriali nel cicloesano La mobilità conformazionale del cicloesano 55 Da dove provengono i farmaci? 58 Parole chiave, 59 Visualizzare la chimica, 59 Altri problemi, 61 Capitolo 3 Gli alcheni e gli alchini: le reazioni organiche 66 Perché questo capitolo? La nomenclatura degli alcheni La struttura elettronica degli alcheni L isomeria cis-trans negli alcheni Le regole di sequenza: gli stereoisomeri e, z I principali tipi di reazioni organiche I modi con cui le reazioni avvengono: i meccanismi di reazione Il meccanismo di una reazione organica: l addizione di HCL all etilene La descrizione di una reazione: stati di transizione e intermedi La descrizione di una reazione: la catalisi 85 I terpeni: alcheni naturali 86 Parole chiave, 87 Visualizzare la chimica, 88 Altri problemi, 89

2 VI Indice Capitolo 4 Le reazioni degli alcheni e degli alchini 94 Perché questo capitolo? L addizione di hx agli alcheni: la regola di Markovnikov Struttura e stabilità dei carbocationi L addizione di acqua agli alcheni L addizione di alogeni agli alcheni La riduzione degli alcheni: l idrogenazione L ossidazione degli alcheni: epossidazione, ossidrilazione e scissione L addizione di radicali agli alcheni: i polimeri I dieni coniugati La stabilità dei carbocationi allilici: la risonanza La rappresentazione e l interpretazione delle forme di risonanza Gli alchini e le loro reazioni 115 Le reazioni degli alchini: l addizione di H Le reazioni degli alchini: l addizione di HX 116 Le reazioni degli alchini: l addizione di X Le reazioni degli alchini: l addizione di H 2 O 117 Le reazioni degli alchini: la formazione di anioni acetiluro 117 La gomma naturale 120 Parole chiave, 121 Riepilogo delle reazioni, 121 Visualizzare la chimica, 123 Altri problemi, 124 Capitolo 5 I composti aromatici 131 Perché questo capitolo? La struttura del benzene La nomenclatura dei composti aromatici Le reazioni di sostituzione elettrofila aromatica: la bromurazione Altre reazioni di sostituzione elettrofila aromatica 137 La clorurazione e la iodurazione 137 La nitrazione 138 La solfonazione Le reazioni di alchilazione e di acilazione di Friedel-Crafts Gli effetti del sostituente nelle sostituzioni elettrofile aromatiche L interpretazione degli effetti dei sostituenti 142 Gli effetti che attivano e disattivano gli anelli aromatici 142 Gli effetti di orientamento: sostituenti orto e paraorientanti 143 Gli effetti di orientamento: I sostituenti meta2orientanti L ossidazione e la riduzione dei composti aromatici Altri composti aromatici La sintesi organica 147 Aspirina, NSAID e COX 2 inibitori 151 Parole chiave, 152 Riepilogo delle reazioni, 153 Visualizzare la chimica, 154 Altri problemi, 155 Capitolo 6 La stereochimica dei centri tetraedrici 161 Perché questo capitolo? Enantiomeri e carbonio tetraedrico La chiralità delle molecole L attività ottica La scoperta di Pasteur dell enantiomeria Le regole di sequenza per assegnare la configurazione I diastereomeri I composti meso Le miscele racemiche e la risoluzione degli enantiomeri Una breve rassegna dell isomeria Chiralità in natura e ambienti chirali 179 I farmaci chirali 182 Parole chiave, 183 Visualizzare la chimica, 183 Altri problemi, 185 Capitolo 7 Gli organoalogenuri: sostituzioni nucleofile ed eliminazioni 190 Perché questo capitolo? La nomenclatura degli alogenuri alchilici La preparazione degli alogenuri alchilici Le reazioni degli alogenuri alchilici: i reagenti di grignard Le reazioni di sostituzione nucleofila Le sostituzioni: la reazione S N La cinetica delle reazioni S N La stereochimica delle reazioni S N Gli effetti sterici nelle reazioni S N Il gruppo uscente nelle reazioni S N 2 200

3 Indice VII 7.6 Le sostituzioni: la reazione S N La cinetica delle reazioni S N La stereochimica delle reazioni S N Il gruppo uscente nelle reazioni S N Le eliminazioni: la reazione E Le eliminazioni: le reazioni E1 ED E1cB Riepilogo della reattività: S N 1, S N 2, E1, E1cB ED E Le reazioni di sostituzione ed eliminazione negli organismi viventi 209 Gli organoalogenuri naturali 211 Parole chiave, 212 Riepilogo delle reazioni, 212 Visualizzare la chimica, 213 Altri problemi, 214 Capitolo 8 Alcoli, fenoli, eteri e loro analoghi solforati 221 Perché questo capitolo? La nomenclatura di alcoli, fenoli ed eteri 222 Gli alcoli 222 I fenoli 223 Gli eteri Le proprietà di alcoli e fenoli: il legame idrogeno e l acidita Sintesi degli alcoli dai composti carbonilici 227 La riduzione dei composti carbonilici 227 Riduzione delle aldeidi e dei chetoni 227 Riduzione degli acidi carbossilici e degli esteri 228 Reazioni dei composti carbonilici con i reagenti di Grignard Le reazioni degli alcoli 232 La disidratazione degli alcoli 232 L ossidazione degli alcoli 234 La trasformazione in eteri Le reazioni dei fenoli 237 Le reazioni dei fenoli analoghe a quelle degli alcoli 237 Le reazioni di sostituzione elettrofila aromatica dei fenoli 237 L ossidazione dei fenoli a chinoni Le reazioni degli eteri Gli eteri ciclici: gli epossidi I tioli e i solfuri 241 Resine e adesivi epossidici 244 Parole chiave, 245 Riepilogo delle reazioni, 245 Visualizzare la chimica, 248 Altri problemi, 249 Capitolo 9 Aldeidi e chetoni: le reazioni di addizione nucleofila 255 Perché questo capitolo? I composti carbonilici La nomenclatura delle aldeidi e dei chetoni I metodi di preparazione delle aldeidi e dei chetoni L ossidazione delle aldeidi Le reazioni di addizione nucleofila Le addizioni nucleofile di idruri e di reagenti di Grignard: la formazione di alcoli 262 Addizione di idruro: riduzione 262 Addizione dei reagenti di Grignard L addizione nucleofila di acqua: formazione di idrati L addizione nucleofila di alcoli: la formazione di acetali L addizione nucleofila di ammine: la formazione di immine L addizione nucleofila coniugata 270 La vitamina C 272 Parole chiave, 273 Riepilogo delle reazioni, 273 Visualizzare la chimica, 274 Altri problemi, 276 Capitolo 10 Gli acidi carbossilici e i loro derivati: reazioni di sostituzione nucleofila acilica 281 Perché questo capitolo? La nomenclatura degli acidi carbossilici e dei loro derivati 282 Gli acidi carbossilici: RCO 2 H 282 Gli alogenuri acilici: RCOX 283 Le ammidi: RCONH Le anidridi: RCO 2 COR 283 Gli esteri: RCO 2 R 284 I nitrili: R C 2 N Reperibilità e proprietà degli acidi carbossilici e dei loro derivati Acidità degli acidi carbossilici La preparazione degli acidi carbossilici Le reazioni di sostituzione nucleofila acilica Le reazioni degli acidi carbossilici 293 La trasformazione degli acidi in alcoli per riduzione (RCO 2 H y RCH2OH) 295 La trasformazione degli acidi in ammidi (RCO 2 H y RCONH2) 294 La trasformazione degli acidi in cloruri acilici (RCO 2 H y RCOCl) 293 La trasformazione degli acidi in esteri (RCO 2 H y RCO 2 R ) 293

4 VIII Indice Gli alogenuri acilici e le loro reazioni 296 in acidi carbossilici (RCOCl y RCO 2 H) 296 in ammidi (RCOCl y RCONH 2 ) 297 in esteri (RCOCl y RCO 2 R ) Le anidridi e le loro reazioni Gli esteri e le loro reazioni 299 La trasformazione degli esteri in acidi (RCO 2 R n RCO 2 H) 300 La trasformazione degli esteri in alcoli per riduzione (RCO 2 R y RCH 2 OH) 300 La trasformazione degli esteri in alcoli per reazione con i reagenti di Grignard (RCO 2 R y R 3 COH) Le ammidi e le loro reazioni 302 La trasformazione delle ammidi in acidi (RCONH 2 y RCO 2 H) 302 La trasformazione delle ammidi in ammine per riduzione (RCONH 2 y RCH 2 NH 2 ) I nitrili e le loro reazioni 304 Le reazioni dei nitrili 304 La trasformazione dei nitrili in acidi carbossilici (RCN y RCO 2 H) 305 La trasformazione dei nitrili in ammine per riduzione (RCN y RCH 2 NH 2 ) 305 La trasformazione dei nitrili in chetoni per reazione con i reagenti di Grignard I derivati biologici degli acidi carbossilici: tioesteri e acil fosfati Polimeri a partire da composti carbonilici: le poliammidi e i poliesteri 307 Le poliammidi 308 I poliesteri 308 I polimeri biodegradabili 309 Gli antibiotici β-lattanici 310 Parole chiave, 311 Riepilogo delle reazioni, 312 Visualizzare la chimica, 313 Altri problemi, 315 Capitolo 11 Le reazioni di sostituzione in alfa al carbonile e le reazioni di condensazione 321 Perché questo capitolo? La tautomeria cheto-enolica 11.2 La reattività degli enoli: il meccanismo delle reazioni di sostituzione in alfa L alogenazione in alfa delle aldeidi e dei chetoni L acidità degli idrogeni in alfa: la formazione di ioni nolato La reattività degli ioni enolato L alchilazione degli ioni enolato Le reazioni di condensazione dei composti carbonilici La condensazione aldolica delle aldeidi e dei chetoni La disidratazione degli aldoli: sintesi degli enoni La condensazione degli esteri: la condensazione di Claisen Alcune reazioni dei carbonili in biologia 337 I barbiturici 339 Parole chiave, 340 Visualizzare la chimica, 341 Altri problemi, 342 Capitolo 12 Le ammine 348 Perché questo capitolo? La nomenclatura delle ammine Struttura e proprietà delle ammine La basicità delle ammine I metodi di preparazione delle ammine 354 La riduzione dei nitrili e delle ammidi 354 Le reazioni di alchilazione S N 2 con alogenuri alchilici 355 La riduzione dei nitrobenzeni Le reazioni delle ammine Le ammine eterocicliche 360 La piridina 361 Gli eterocicli aromatici ad anelli condensati Gli alcaloidi: ammine di origine naturale 363 La chimica verde 364 Parole chiave, 340 Riepilogo delle reazioni, 365 Visualizzare la chimica, 366 Altri problemi, 367 Capitolo 13 La determinazione della struttura 373 Perché questo capitolo? La spettrometria di massa La spettroscopia e lo spettro elettromagnetico La spettroscopia infrarossa applicata alle molecole organiche L interpretazione degli spettri infrarossi La spettroscopia ultravioletta L interpretazione degli spettri ultravioletti: l effetto della coniugazione La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare La natura degli assorbimenti NMR Lo spostamento chimico (chemical shift) 386

5 Indice IX I chemical shift negli spettri 1 H NMR L integrazione degli spettri 1 H NMR: il conteggio dei protoni La suddivisione spin-spin dei segnali negli spettri 1 H NMR L impiego degli spettri 1 H NMR La spettroscopia 13 C NMR 393 La risonanza magnetica per immagini (MRI) 395 Parole chiave, 396 Visualizzare la chimica, 396 Altri problemi, 397 Capitolo 14 Le biomolecole: i carboidrati 404 Perché questo capitolo? La classificazione dei carboidrati Rappresentazione della stereochimica dei monosaccaridi: le proiezioni di Fischer Gli zuccheri D e L Le configurazioni degli aldosi Le strutture cicliche dei monosaccaridi: la formazione di emiacetali Le forme anomere dei monosaccaridi: la mutarotazione Le reazioni dei monosaccaridi 415 La formazione di esteri e di eteri 415 La formazione di glicosidi 416 La formazione biologica di esteri: la fosforilazione 417 La riduzione dei monosaccaridi Gli otto monosaccaridi essenziali I disaccaridi 421 Il maltosio e il cellobiosio I polisaccaridi 422 Il saccarosio 422 La cellulosa 422 L amido e il glicogeno I carboidrati della superficie cellulare e i carboidrati come vaccini 424 Il sapore dolce 426 Parole chiave, 427 Visualizzare la chimica, 427 Altri problemi, 428 Capitolo 15 Le biomolecole: amminoacidi, peptidi e proteine 432 Perché questo capitolo? La struttura degli amminoacidi Il punto isoelettrico I peptidi e le proteine I legami covalenti nei peptidi La determinazione della struttura peptidica: l analisi degli amminoacidi Il sequenziamento dei peptidi: la degradazione di edman La sintesi dei peptidi La struttura delle proteine Gli enzimi e i coenzimi Come agiscono gli enzimi? la citrato sintasi 451 La cristallografia a raggi X 456 Parole chiave, 457 Visualizzare la chimica, 457 Altri problemi, 458 Capitolo 16 Le biomolecole: i lipidi e gli acidi nucleici Le cere, i grassi e gli oli I saponi I fosfolipidi Gli steroidi 469 Gli ormoni sessuali Gli acidi nucleici e i nucleotidi L accoppiamento delle basi nel dna: il modello di Watson e Crick La replicazione del DNA La trascrizione del DNA La traduzione del rna: la biosintesi delle proteine Il sequenziamento del DNA La reazione a catena della polimerasi 483 Le impronte digitali del DNA 484 Parole chiave, 485 Visualizzare la chimica, 486 Altri problemi, 486 Capitolo 17 La chimica organica dei percorsi metabolici 490 Perché questo capitolo? Un accenno al metabolismo e all energia biochimica Il catabolismo dei grassi: la β-ossidazione Il catabolismo dei carboidrati: la glicolisi Il ciclo dell acido citrico Il catabolismo delle proteine: la transamminazione Alcune conclusioni sulla chimica biologica 507 Le statine 508 Parole chiave, 509 Visualizzare la chimica, 509 Altri problemi, 509 Indice analitico 515