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1 Chimica organica pagine iniziali modificate.indd i 12/09/

2 Dello stesso Editore ABBOTTO/PAGANI Chimica eterociclica ALESCIO Biologia dinamica AMEND/MUNDY/ARMOLD Chimica generale, organica e biologica ARANEO Chimica ARIENTI Le basi molecolari della nutrizione ARIENTI Un compendio di Biochimica per le lauree triennali BATSCHELET Matematica per biologi BAUER/BIRK/MARKS Introduzione alla chimica BELLINI/MANUZIO Fisica per le scienze della vita BERCHIESI/SANTINI L acustica molecolare in chimica BERSANI et al. Elementi di fisica BERSANI et al. Fisica biomedica BOLOGNANI Bioenergetica BOLOGNANI/VOLPI Tavole metaboliche BROWN Genetica molecolare BRUNI Farmacognosia generale BUCHNER et al. Chimica inorganica industriale CABRAS/MARTELLI Chimica e tecnologia degli alimenti CABRAS/MARTELLI Analisi chimica degli alimenti CALDERA/BURTI Manuale di chimica e biochimica clinica CASTINO/ROLETTO Statistica applicata COOPER La cellula. Un approccio molecolare D ISCHIA La chimica inorganica in laboratorio DEWICK Chimica, biosintesi e bioattività delle sostanze naturali DUFF Principi di geofi sica DURANTI/PAGANI Enzimologia EVANGELISTI/RESTANI Prodotti dietetici FABBRI La trasformazione chimica FANTONI/BOZZARO/DEL SAL/FERRARI Biologia cellulare e genetica FESSENDEN/FESSENDEN Chimica organica FOYE Chimica farmaceutica FURLANUT Farmacologia generale e clinica per le lauree triennali GALZIGNA Introduzione alla biochimica clinica e patologica GALZIGNA Principi di enzimologia GARRETT Principi di biochimica HAGE/CARR - Chimica analitica e analisi quantitativa HEIMLER/BANDINELLI Chimica inorganica HUHEEY Chimica inorganica: principi, strutture, reattività JOHNSTONE/WEBB Energia, caos e reazioni chimiche KEISLER Elementi di analisi matematica LEE Compendio di chimica inorganica LEWIS Genetica umana MADER Biologia. L essenziale MAFFEI Biochimica vegetale MANAHAN Chimica ambientale MARZONA Chimica delle fermentazioni MASTERTON/HURLEY Chimica: principi e reazioni MAUGINI Botanica farmaceutica McMURRY Chimica organica MICHELIN LAUSAROT/VAGLIO Stechiometria per la Chimica Generale MIESSLER/TARR Chimica inorganica MORASSI/SPERONI II laboratorio chimico NORMAN/COXON Chimica organica PEDULLI Metodi fisici in chimica organica PETRUCCI Chimica generale PONTICELLI/USAI Chimica generale e inorganica con elementi di chimica organica (per lauree triennali) RADAELLI/CALAMAI Chimica del terreno SAMAJA Chimica e biochimica per le lauree triennali dell area biomedica SANTAGADA/CALIENDO Peptidi e peptidomimetici SANTANIELLO et al. - Chimica generale e organica per le lauree ad indirizzo biomedico SAVELLI/BRUNO Analisi chimica farmaceutica SENATORE Biologia cellulare e Botanica farmaceutica SILIPRANDI/TETTAMANTI Biochimica medica SLOWINSKI/WOLSEY/MASTERTON Esperimenti di laboratorio di chimica generale e inorganica con analisi qualitativa per il I anno SPANDRIO Principi e tecniche di chimica clinica WHITTEN/DAVIS/PECK/STANLEY Chimica ZIEGLER Conoscenze attuali in nutrizione pagine iniziali modificate.indd ii 12/09/

3 JOHN McMURRY Chimica organica 8 a Edizione pagine iniziali modificate.indd iii 12/09/

4 Titolo originale Organic Chemistry, Eighth Edition by John McMurry 2012 by Brooks/Cole, Cengage Learning. All rights reserved Traduzione italiana degli aggiornamenti della ottava edizione a cura di Gioia Lenzoni. Tutti i diritti sono riservati È VIETATA PER LEGGE LA RIPRODUZIONE IN FOTOCOPIA E IN QUALSIASI ALTRA FORMA È vietato riprodurre, archiviare in un sistema di riproduzione o trasmettere sotto qualsiasi forma o con qualsiasi mezzo elettronico, meccanico, per fotocopia, registrazione o altro, qualsiasi parte di questa pubblicazione senza autorizzazione scritta dell Editore. Ogni violazione sarà perseguita secondo le leggi civili e penali. ISBN Stampato in Italia Copyright 2013 by Piccin Nuova Libraria S.p.A., Padova pagine iniziali modificate.indd iv 12/09/

5 Sommario 1 Struttura e legame 1 2 Legami covalenti polari; acidi e basi 34 3 I composti organici: gli alcani e la loro stereochimica 74 4 I composti organici: i cicloalcani e la loro stereochimica Stereochimica Una panoramica sulle reazioni organiche Gli alcheni: struttura e reattività Gli alcheni: reazioni e sintesi Gli alchini: introduzione alla sintesi organica Gli organoalogenuri Reazioni degli alogenuri alchilici: sostituzioni nucleofile ed eliminazioni Determinazione della struttura: spettrometria di massa e spettroscopia infrarossa Determinazione della struttura: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare Composti coniugati e spettroscopia ultravioletta Benzene ed aromaticità La chimica del benzene: sostituzione elettrofila aromatica Alcoli e fenoli Eteri ed epossidi; tioli e solfuri 676 Introduzione ai composti carbonilici Aldeidi e chetoni: reazioni di addizione nucleofila Acidi carbossilici e nitrili Derivati degli acidi carbossilici: reazioni di sostituzione nucleofila acilica Reazioni di alfa-sostituzione al gruppo carbonilico Reazioni di condensazione dei composti carbonilici Ammine ed eterocicli Biomolecole: i carboidrati Biomolecole: amminoacidi, peptidi e proteine Biomolecole: i lipidi Biomolecole: gli acidi nucleici La chimica organica delle vie metaboliche Orbitali e chimica organica: reazioni pericicliche Polimeri sintetici 1242 APPENDICE A: Nomenclatura dei composti organici polifunzionali A-1 APPENDICE B: Costanti di acidità di alcuni composti organici A-8 APPENDICE C: Glossario A-10 APPENDICE D: Risposte ai problemi nel testo A-28 INDICE ANALITICO I-1 v pagine iniziali modificate.indd v 12/09/

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7 Indice generale 1.1 Struttura atomica: il nucleo Struttura atomica: orbitali Struttura atomica: configurazioni elettroniche Sviluppo della teoria del legame chimico Descrizione dei legami chimici: 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 Gli orbitali ibridi sp 2 e la struttura dell etilene Gli orbitali ibridi sp e la struttura dell acetilene Ibridizzazione di azoto, ossigeno, fosforo e zolfo Descrizione dei legami chimici: la teoria degli orbitali molecolari Disegnare le strutture chimiche 21 APPROFONDIAMO: Cibi biologici: rischi e benefici 24 Sommario 25 Parole chiave 25 Risolvere i problemi 26 Esercizi Legami covalenti polari: elettronegatività Legami covalenti polari: momenti dipolari Cariche formali Risonanza Regole per scrivere le forme di risonanza Disegnare le forme di risonanza Acidi e basi: la definizione di Brønsted Lowry Forza degli acidi e delle basi Prevedere l andamento delle reazioni acido base usando i valori di pk a Acidi organici e basi organiche Acidi e basi: la definizione di Lewis Interazioni non covalenti tra molecole 60 APPROFONDIAMO: Alcaloidi: dalla cocaina agli anestetici dentali 63 Sommario 64 Parole chiave 64 Esercizi 65 1 Struttura e legame 1 2 Legami covalenti polari; acidi e basi 34 pagine iniziali modificate.indd vii 12/09/

8 viii Indice generale 3 I composti organici: gli alcani e la loro stereochimica 74 4 I composti organici: i cicloalcani e la loro stereochimica Stereochimica Gruppi funzionali Alcani e isomeri degli alcani Gruppi alchilici Nomenclatura Proprietà degli alcani Conformazioni dell etano Conformazioni di altri alcani 96 APPROFONDIAMO: La benzina 100 Sommario 101 Parole chiave 101 Esercizi Nomenclatura dei cicloalcani Isomeria cis trans nei cicloalcani Stabilità dei cicloalcani: tensione d anello Conformazioni dei cicloalcani Conformazioni del cicloesano Legami assiali ed equatoriali nel cicloesano Conformazioni di cicloesani monosostituiti Conformazioni di cicloesani disostituiti Conformazioni di molecole policicliche 129 APPROFONDIAMO: Meccanica molecolare 132 Sommario 133 Parole chiave 133 Esercizi Enantiomeri e carbonio tetraedrico Chiralità nelle molecole Attività ottica Pasteur e la scoperta degli enantiomeri Regole di sequenza per specificare la configurazione Diastereoisomeri Composti meso Miscele racemiche e risoluzione degli enantiomeri Un riassunto dell isomeria Chiralità di azoto, fosforo e zolfo Prochiralità Chiralità in natura e ambienti chirali 170 APPROFONDIAMO: Farmaci chirali 172 Sommario 173 Parole chiave 173 Esercizi 174 pagine iniziali modificate.indd viii 12/09/

9 Indice generale ix 6.1 Tipi di reazioni organiche Come decorrono le reazioni organiche: meccanismi Le reazioni radicaliche Le reazioni polari Un esempio di reazione polare: l addizione di HBr all etilene Uso delle frecce ricurve nei meccanismi delle reazioni polari Descrizione di una reazione: equilibri, velocità e variazioni di energia Descrizione di una reazione: energie di dissociazione di legame Descrizione di una reazione: diagrammi di energia e stati di transizione Descrizione di una reazione: gli intermedi Confronto tra reazioni biologiche e reazioni di laboratorio 210 APPROFONDIAMO: Da dove vengono i farmaci? 213 Sommario 214 Parole chiave 214 Esercizi Preparazioni industriali ed utilizzo degli alcheni Calcolo del grado di insaturazione Nomenclatura degli alcheni Isomeria cis trans negli alcheni Stereochimica degli alcheni e designazione E,Z Stabilità degli alcheni Reazioni di addizione elettrofila degli alcheni Orientazione nelle addizioni elettrofile: la regola di Markovnikov Struttura e stabilità dei carbocationi Il postulato di Hammond Prove per il meccanismo dell addizione elettrofila: trasposizioni carbocationiche 249 APPROFONDIAMO: La ricerca di prodotti naturali 251 Sommario 252 Parole chiave 252 Esercizi Preparazione degli alcheni: introduzione alle reazioni di eliminazione Alogenazione degli alcheni: addizione di X Aloidrine dagli alcheni: addizione di HOX Idratazione degli alcheni: addizione di H 2 O per ossimercuriazione Idratazione degli alcheni: addizione di H 2 O per idroborazione Riduzione degli alcheni: idrogenazione Una panoramica sulle reazioni organiche Gli alcheni: struttura e reattività Gli alcheni: reazioni e sintesi 262 pagine iniziali modificate.indd ix 12/09/

10 x Indice generale 9 Gli alchini: introduzione alla sintesi organica Gli organoalogenuri Ossidazione degli alcheni: epossidazione ed ossidrilazione Ossidazione degli alcheni: scissione a composti carbonilici Addizione di carbeni ad alcheni: sintesi del ciclopropano Addizioni radicaliche agli alcheni: polimerizzazione a catena Addizioni biologiche di radicali agli alcheni Stereochimica delle reazioni: addizione di H 2 O ad un alchene achirale Stereochimica delle reazioni: addizione di H 2 O ad un alchene chirale 297 APPROFONDIAMO: I terpeni: alcheni di origine naturale 299 Sommario 300 Parole chiave 300 Imparare le reazioni 301 Sommario delle reazioni 301 Esercizi Nomenclatura degli alchini Preparazione degli alchini: reazioni di eliminazione dei dialogenuri Reazioni degli alchini: addizione di HX e X Idratazione degli alchini Riduzione degli alchini Scissione ossidativa degli alchini Acidità degli alchini: formazione degli anioni acetiluro Alchilazione degli anioni acetiluro Introduzione alla sintesi organica 329 APPROFONDIAMO: L arte della sintesi organica 333 Sommario 334 Parole chiave 334 Sommario delle reazioni 335 Esercizi Nomi e proprietà degli alogenuri alchilici Preparazione degli alogenuri alchilici dagli alcani: alogenazione radicalica Preparazione degli alogenuri alchilici dagli alcheni: bromurazione allilica Stabilità del radicale allilico: la risonanza rivisitata Preparazione degli alogenuri alchilici da alcoli Reazioni degli alogenuri alchilici: i reattivi di Grignard Reazioni organometalliche di accoppiamento Ossidazione e riduzione in chimica organica 360 APPROFONDIAMO: Alogenuri alchilici presenti in natura 362 Sommario 363 Parole chiave 363 Sommario delle reazioni 364 Esercizi 365 pagine iniziali modificate.indd x 12/09/

11 Indice generale xi 11.1 La scoperta delle reazioni di sostituzione nucleofila La reazione S N Caratteristiche della reazione S N La reazione S N Caratteristiche della reazione S N Reazioni biologiche di sostituzione Reazioni di eliminazione: la regola di Zaitsev La reazione E2 e l effetto isotopico del deuterio La reazione E2 e la conformazione del cicloesano Le reazioni E1 e E1cB Reazioni biologiche di eliminazione Sommario della reattività: S N 1, S N 2, E1, E1cB e E2 407 APPROFONDIAMO: Chimica verde 409 Sommario 411 Parole chiave 411 Sommario delle reazioni 412 Esercizi Spettrometria di massa di piccole molecole: strumenti a settore magnetico Interpretazione degli spettri di massa Spettrometria di massa di alcuni comuni gruppi funzionali Spettrometria di massa in chimica biologica: strumenti a tempo di volo (TOF) Spettroscopia e spettro elettromagnetico Spettroscopia infrarossa Interpretazione degli spettri infrarossi Spettri infrarossi di alcuni comuni gruppi funzionali 442 APPROFONDIAMO: Cristallografia a raggi X 447 Sommario 448 Parole chiave 448 Esercizi Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare La natura degli assorbimenti NMR Lo spostamento chimico (chemical shift) Spettroscopia 13 C NMR: mediazione del segnale e FT NMR Caratteristiche della spettroscopia 13 C NMR Spettroscopia DEPT 13 C NMR Usi della spettroscopia 13 C NMR Spettroscopia 1 H NMR ed equivalenza dei protoni Chemical shift nella spettroscopia 1 H NMR Integrazione degli assorbimenti 1 H NMR: conteggio dei protoni Reazioni degli alogenuri alchilici: sostituzioni nucleofile ed eliminazioni Determinazione della struttura: spettrometria di massa e spettroscopia infrarossa Determinazione della struttura: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare 456 pagine iniziali modificate.indd xi 12/09/

12 xii Indice generale Suddivisione spin spin negli spettri 1 H NMR Tipi più complessi di scissione spin spin Usi della spettroscopia 1 H NMR 484 APPROFONDIAMO: Risonanza magnetica per immagini (MRI) 486 Sommario 486 Parole chiave 486 Esercizi Composti coniugati e spettroscopia ultravioletta Benzene e aromaticità La chimica del benzene: sostituzione elettrofila aromatica Stabilità dei dieni coniugati: teoria degli orbitali molecolari Addizioni elettrofile a dieni coniugati: i carbocationi allilici Controllo cinetico e termodinamico delle reazioni La reazione di cicloaddizione di Diels Alder Caratteristiche della reazione di Diels Alder Polimeri dei dieni: gomme naturali e sintetiche Determinazione della struttura in sistemi coniugati: spettroscopia ultravioletta Interpretazione degli spettri ultravioletti: l effetto della coniugazione Coniugazione, colore e chimica della visione 521 APPROFONDIAMO: Fotolitografia 523 Sommario 524 Parole chiave 524 Sommario delle reazioni 525 Esercizi Fonti e nomi dei composti aromatici Struttura e stabilità del benzene Aromaticità e regola del 4n 2 di Hückel Ioni aromatici Eterocicli aromatici: piridina e pirrolo Composti aromatici policiclici Spettroscopia di composti aromatici 551 APPROFONDIAMO: Aspirina, FANS e inibitori della COX Sommario 556 Parole chiave 556 Esercizi Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica: bromurazione Altre sostituzioni aromatiche Alchilazione e acilazione degli anelli aromatici: la reazione di Friedel Crafts Effetti dei sostituenti negli anelli aromatici sostituiti 580 pagine iniziali modificate.indd xii 12/09/

13 Indice generale xiii 16.5 Spiegazione degli effetti dei sostituenti Benzeni trisostituiti: additività degli effetti Sostituzione nucleofila aromatica Il benzino Ossidazione di composti aromatici Riduzione di composti aromatici Sintesi di benzeni polisostituiti 600 APPROFONDIAMO: Chimica combinatoriale 605 Sommario 606 Parole chiave 606 Sommario delle reazioni 607 Esercizi Nomenclatura di alcoli e fenoli Proprietà di alcoli e fenoli Preparazione degli alcoli: una rassegna Alcoli da composti carbonilici: riduzione Alcoli da composti carbonilici: reazione di Grignard Reazioni degli alcoli Ossidazione degli alcoli Protezione degli alcoli Fenoli e loro uso Reazioni dei fenoli Spettroscopia di alcoli e fenoli 654 APPROFONDIAMO: L etanolo: composto chimico, farmaco e veleno 658 Sommario 659 Parole chiave 659 Sommario delle reazioni 659 Esercizi Nomi e proprietà degli eteri Sintesi degli eteri Reazioni degli eteri: scissione in mezzo acido Reazioni degli eteri: la trasposizione di Claisen Eteri ciclici: gli epossidi Reazioni degli epossidi: apertura dell anello Eteri corona Tioli e solfuri Spettroscopia degli eteri 695 APPROFONDIAMO: Resine epossidiche e adesivi 697 Sommario 698 Parole chiave 698 Sommario delle reazioni 699 Esercizi Alcoli e fenoli Eteri ed epossidi; tioli e solfuri 676 pagine iniziali modificate.indd xiii 12/09/

14 xiv Indice generale Introduzione ai composti carbonilici Aldeidi e chetoni: reazioni di addizione nucleofila Acidi carbossilici e nitrili 778 I Tipi di composti carbonilici 712 II Natura del gruppo carbonilico 714 III Reazioni generali dei composti carbonilici 714 IV Sommario Nomenclatura di aldeidi e chetoni Preparazione di aldeidi e chetoni Ossidazione di aldeidi e chetoni Reazioni di addizione nucleofila ad aldeidi e chetoni Addizione nucleofila di H 2 O: idratazione Addizione nucleofila di HCN: formazione di cianoidrine Addizione nucleofila di idruri e di reattivi di Grignard: formazione di alcoli Addizione nucleofila di ammine: formazione di immine ed enammine Addizione nucleofila di idrazina: la reazione di Wolff Kishner Addizione nucleofila di alcoli: formazione di acetali Addizione nucleofila di ilidi del fosforo: la reazione di Wittig Riduzioni biologiche Addizioni nucleofile coniugate ad aldeidi e chetoni, insaturi Spettroscopia di aldeidi e chetoni 756 APPROFONDIAMO: Sintesi enantioselettiva 760 Sommario 761 Parole chiave 762 Sommario delle reazioni 762 Esercizi Nomenclatura di acidi carbossilici e nitrili Struttura e proprietà degli acidi carbossilici Acidi biologici ed equazione di Henderson Hasselbalch Effetti dei sostituenti sull acidità Preparazione degli acidi carbossilici Reazioni degli acidi carbossilici: un introduzione Chimica dei nitrili Spettroscopia di acidi carbossilici e nitrili 797 APPROFONDIAMO: La vitamina C 799 Sommario 800 Parole chiave 800 Sommario delle reazioni 802 Esercizi 803 pagine iniziali modificate.indd xiv 12/09/

15 Indice generale xv 21.1 Nomenclatura dei derivati degli acidi carbossilici Reazioni di sostituzione nucleofila acilica Reazioni di sostituzione nucleofila acilica degli acidi carbossilici Chimica degli alogenuri acilici Chimica delle anidridi Chimica degli esteri Chimica delle ammidi Chimica dei tioesteri e dei fosfati acilici: derivati biologici degli acidi carbossilici Poliammidi e poliesteri: polimerizzazione a stadi Spettroscopia dei derivati degli acidi carbossilici 851 APPROFONDIAMO: Antibiotici -lattamici 853 Sommario 854 Parole chiave 854 Sommario delle reazioni 855 Esercizi Tautomeria cheto enolica Reattività degli enoli: il meccanismo delle reazioni di alfasostituzione Alogenazione in alfa di aldeidi e chetoni Bromurazione in alfa di acidi carbossilici Acidità degli atomi di idrogeno in alfa: formazione dello ione enolato Reattività degli ioni enolato Alchilazione degli ioni enolato 882 APPROFONDIAMO: I barbiturici 890 Sommario 892 Parole chiave 892 Sommario delle reazioni 892 Esercizi Condensazioni carboniliche: la reazione aldolica Competizione tra le condensazioni carboniliche e le alfa sostituzioni Disidratazione degli aldoli: sintesi degli enoni Uso delle reazioni aldoliche nella sintesi Reazioni aldoliche incrociate Reazioni aldoliche intramolecolari La reazione di condensazione di Claisen Condensazioni di Claisen incrociate Condensazioni di Claisen intramolecolari: la ciclizzazione di Dieckmann Derivati degli acidi carbossilici: reazioni di sostituzione nucleofila acilica Reazioni di alfasostituzione al gruppo carbonilico Reazioni di condensazione dei composti carbonilici 904 pagine iniziali modificate.indd xv 12/09/

16 xvi Indice generale Addizioni carboniliche coniugate: la reazione di Michael Condensazioni carboniliche con enammine: la reazione di Stork La reazione di anellazione di Robinson Alcune reazioni biologiche di condensazione carbonilica 928 APPROFONDIAMO: Introduzione al metabolismo 930 Sommario 932 Parole chiave 932 Sommario delle reazioni 933 Esercizi Ammine ed eterocicli Nomenclatura delle ammine Struttura e proprietà delle ammine Basicità delle ammine Basicità delle arilammine Ammine biologiche ed equazione di Henderson Hasselbalch Sintesi delle ammine Reazioni delle ammine Reazioni delle arilammine Ammine eterocicliche Spettroscopia delle ammine 979 APPROFONDIAMO: Chimica verde II: i liquidi ionici 982 Sommario 984 Parole chiave 984 Sommario delle reazioni 985 Esercizi Biomolecole: i carboidrati Classificazione dei carboidrati Descrizione della stereochimica dei carboidrati: le proiezioni di Fischer Zuccheri D,L Configurazioni degli aldosi Strutture cicliche dei monosaccaridi: anomeri Reazioni dei monosaccaridi Gli otto monosaccaridi essenziali I disaccaridi I polisaccaridi e la loro sintesi Altri carboidrati importanti I carboidrati della superficie cellulare e i virus dell influenza 1031 APPROFONDIAMO: Il sapore dolce 1033 Sommario 1034 pagine iniziali modificate.indd xvi 12/09/

17 Indice generale xvii Parole chiave 1034 Sommario delle reazioni 1035 Esercizi Strutture degli amminoacidi Amminoacidi ed equazione di Henderson Hasselbalch: punti isoelettrici Sintesi degli amminoacidi Peptidi e proteine Analisi degli amminoacidi dei peptidi Sequenziamento dei peptidi: la degradazione di Edman Sintesi dei peptidi Sintesi automatizzata dei peptidi: la tecnica in fase solida di Merrifield Struttura delle proteine Enzimi e coenzimi Come funzionano gli enzimi? La citrato sintasi 1071 APPROFONDIAMO: La banca dati delle proteine 1076 Sommario 1077 Parole chiave 1077 Sommario delle reazioni 1078 Esercizi Cere, grassi ed oli Il sapone I fosfolipidi Prostaglandine ed altri eicosanoidi I terpenoidi Gli steroidi Biosintesi degli steroidi 1112 APPROFONDIAMO: Grassi saturi, colesterolo e malattie cardiovascolari 1118 Sommario 1119 Parole chiave 1119 Esercizi Nucleotidi ed acidi nucleici Appaiamento delle basi nel DNA: il modello di Watson Crick Replicazione del DNA Trascrizione del DNA Traduzione dell RNA: biosintesi delle proteine Sequenziamento del DNA Sintesi del DNA La reazione a catena della polimerasi Biomolecole: amminoacidi, peptidi e proteine Biomolecole: i lipidi Biomolecole: gli acidi nucleici 1128 pagine iniziali modificate.indd xvii 12/09/

18 xviii Indice generale APPROFONDIAMO: L identificazione degli individui tramite il DNA 1146 Sommario 1147 Parole chiave 1147 Esercizi La chimica organica delle vie metaboliche Orbitali e chimica organica: le reazioni pericicliche Polimeri sintetici Un introduzione al metabolismo e all energia biochimica Catabolismo dei triacilgliceroli: il destino del glicerolo Catabolismo dei triacilgliceroli: -ossidazione Biosintesi degli acidi grassi Catabolismo dei carboidrati: glicolisi Trasformazione del piruvato in acetil CoA Il ciclo dell acido citrico Biosintesi dei carboidrati: gluconeogenesi Catabolismo delle proteine: deamminazione Alcune conclusioni sulla chimica biologica 1202 APPROFONDIAMO: Farmaci statinici 1203 Sommario 1204 Parole chiave 1204 Esercizi Orbitali molecolari di sistemi pi greco coniugati Reazioni elettrocicliche Stereochimica delle reazioni elettrocicliche termiche Reazioni elettrocicliche fotochimiche Reazioni di cicloaddizione Stereochimica delle cicloaddizioni Trasposizioni sigmatropiche Alcuni esempi di trasposizioni sigmatropiche Un riassunto delle regole per le reazioni pericicliche 1231 APPROFONDIAMO: La vitamina D, la vitamina del sole 1232 Sommario 1233 Parole chiave 1233 Esercizi Polimerizzazione a catena Stereochimica della polimerizzazione: catalizzatori di Ziegler Natta Copolimeri Polimerizzazione a stadi Polimerizzazione per metatesi di olefine Struttura e proprietà fisiche dei polimeri 1253 APPROFONDIAMO: Polimeri biodegradabili 1256 Sommario 1258 pagine iniziali modificate.indd xviii 12/09/

19 Indice generale xix Parole chiave 1258 Esercizi 1258 APPENDICE A: Nomenclatura dei composti organici polifunzionali A-1 APPENDICE B: Costanti di acidità di alcuni composti organici A-8 APPENDICE C: Glossario A-10 APPENDICE D: Risposte ai problemi nel testo A-28 INDICE ANALITICO I-1 pagine iniziali modificate.indd xix 12/09/

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21 Prefazione Amo scrivere ed amo spiegare la chimica organica. Questo testo è ormai giunto all ottava edizione, ma continuo a rileggere ogni sua parola ed ogni passaggio, aggiornando migliaia di piccoli dettagli e cercando di migliorare. Il mio scopo è sempre quello di rifinire le caratteristiche del libro che hanno decretato il successo delle edizioni precedenti, aggiungendone altre di nuove. I problemi al termine dei capitoli sono ora raggruppati per argomento, in modo tale che gli studenti possano concentrarsi su concetti specifici. I riferimenti alle figure e ad altri paragrafi sono evidenziati a colori, per collegare meglio il testo alle illustrazioni ed al resto del libro. Sono stati aggiunti molti problemi nuovi al termine dei capitoli, con particolare enfasi su temi di interesse biologico. La discussione della stereochimica è stata anticipata al Capitolo 5. MODIFICHE E NOVITÀ DI QUESTA OTTAVA EDIZIONE Tra le modifiche specifiche all interno di singoli capitoli ci sono: Capitolo 2 Legami covalenti polari; acidi e basi. È stato inserito un nuovo riquadro Approfondiamo sugli anestetici dentali che derivano dalla cocaina. Capitolo 5 Stereochimica. Questo argomento cruciale per la comprensione della chimica biologica è stato anticipato rispetto alla sua precedente posizione al Capitolo 9 per aumentarne la visibilità. Capitolo 6 Una panoramica sulle reazioni organiche. Sono stati aggiornati tutti i dati relativi alla dissociazione dei legami ed è stata ampliata la discussione sulle variazioni di energia nelle reazioni a più stadi. Capitolo 7 Alcheni: struttura e reattività. È stato inserito un nuovo riquadro Approfondiamo sulla ricerca di nuovi prodotti naturali biologicamente attivi. Capitolo 8 Alcheni: reazioni e sintesi. Sono stati aggiunti due nuovi paragrafi, 8.12 e 8.13, sulla stereochimica delle reazioni di addizione ad alcheni chirali e achirali. Capitolo 10 Organoalogenuri. Nel paragrafo 10.5 è stata aggiunta una discussione della sintesi di fluoruri alchilici a partire da alcoli per dare risalto all importanza crescente che i composti fluorurati rivestono nella moderna chimica farmaceutica. È stata introdotta nel paragrafo 10.7 una descrizione della reazione catalizzata da palladio di Suzuki Miyaura. Capitolo 12 Determinazione della struttura: spettrometria di massa e spettroscopia infrarossa. È stato rinnovato il riquadro al termine del capitolo con un approfondimento sulla cristallografia a raggi X. xxi pagine iniziali modificate.indd xxi 12/09/

22 xxii Prefazione Capitolo 13 Determinazione della struttura: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare. L integrazione degli spettri NMR viene indicata in un formato numerico, più moderna dell ormai superata rappresentazione a scalini. Capitolo 16 Chimica del benzene: sostituzione elettrofila aromatica. Per attirare l attenzione sull importanza dei composti fluorurati in chimica farmaceutica è stata aggiunta una descrizione della fluorurazione aromatica. Capitolo 17 Alcoli e fenoli. Per rispecchiare la moderna pratica di laboratorio, come metodo standard di ossidazione degli alcoli si indica l uso del periodinano di Dess Martin. Capitolo 18 Eteri ed epossidi; tioli e solfuri. È stata ampliata la descrizione della trasposizione di Claisen, aggiungendo un esempio biologico di questa reazione nel paragrafo Nel paragrafo 18.6 è stata aggiunta la discussione dell apertura di epossidi da parte di nucleofili amminici. Capitolo 19 Aldeidi e chetoni: reazioni di addizione nucleofila. È stata eliminata l ossidazione di Tollens, mentre è stato aggiornato il meccanismo della reazione di Wittig. Capitolo 22 Reazioni di alfa sostituzione al carbonile. È stato aggiunto un nuovo riquadro Approfondiamo sui barbiturici. Capitolo 25 Biomolecole: i carboidrati. Il paragrafo sui carboidrati della superficie cellulare è stato modificato per concentrarlo sui virus dell influenza, come l influenza aviaria o suina. Capitolo 28 Biomolecole: acidi nucleici. Il materiale di questo capitolo è stato ampiamente aggiornato. Capitolo 29 La chimica organica delle vie metaboliche. È stato aggiunto un nuovo riquadro Approfondiamo sui farmaci statinici. Capitolo 31 Polimeri sintetici. È stato inserito il nuovo paragrafo 31.5 sulla polimerizzazione per metatesi di olefine. CARATTERISTICHE DEL LIBRO La sezione Perché questo capitolo? è un breve paragrafo che appare al termine dell introduzione di ciascun capitolo e che spiega allo studente perché l argomento che verrà trattato è importante. Sono chiaramente evidenziati nel testo i concetti chiave, cioè gli argomenti fondamentali affinché gli studenti sviluppino una completa comprensione della chimica organica, come lo studio di un meccanismo di reazione o le regole di risonanza. Queste idee chiave sono ulteriormente richiamate e sottolineate nei problemi al termine del capitolo, identificandoli con il simbolo. Ciascun Problema Svolto indica una strategia, contiene una soluzione dettagliata ed è seguito da problemi che gli studenti possono affrontare da soli. In questo libro ci sono più di 1800 problemi. Il capitolo Un introduzione ai composti carbonilici segue il Capitolo 18 ed evidenzia l idea di base che lo studio della chimica organica richiede la capacità di sintetizzare i concetti già acquisiti e di guardare avanti verso quelli nuovi. I problemi Visualizzare la chimica che danno inizio alla serie degli esercizi al termine di ciascun capitolo danno allo studente l opportunità pagine iniziali modificate.indd xxii 12/09/

23 Prefazione xxiii di avvicinarsi alla chimica in modo diverso, visualizzando le molecole invece che semplicemente interpretando le formule di struttura. I riquadri Approfondiamo completano il testo e pongono l attenzione sulle applicazioni della chimica. Alcuni esempi sono da dove vengono i farmaci? nel Capitolo 6 e Meccanica molecolare nel Capitolo 4. Sommario e Parole Chiave aiutano gli studenti a raccogliere i concetti chiave del Capitolo appena terminato. I sommari delle reazioni posti alla fine di alcuni capitoli raccolgono le reazioni descritte nel capitolo in un unica lista compatta. Voglio ringraziare tutti coloro che mi hanno aiutato a dar forma a questo libro ed al messaggio in esso contenuto. Tra coloro che lavorano alla Cengage, ci sono Lisa Lockwood, executive editor; Sandra Kiselica, senior development editor; Elizabeth Woods, associate editor; Teresa Trego, content project manager; Lisa Weber e Stephanie Van Camp, media editors; e Barb Bartoszek, marketing manager. Più di tutti gli altri, però, ringrazio mia moglie, Susan, che ha ancora una volta letto e migliorato l intero manoscritto e che ha supportato questo progetto in tutte le sue otto edizioni. Non avrei potuto fare ciò che ho fatto senza di lei. Sono grato ai colleghi che hanno revisionato il manoscritto di questo libro: Revisori dell ottava edizione Andrew Bolig, San Francisco State University Indraneel Ghosh, University of Arizona Stephen Godleski, State University of New York, Brockport Gordon Gribble, Dartmouth College Matthew E. Hart, Grand Valley State University Darren Johnson, University of Oregon Ernest G. Nolen, Colgate University Douglas C. Smith, California State University, San Bernadino Gary Sulikowski, Vanderbilt University Richard Weiss, Georgetown University Yan Zhao, Iowa State University Revisori della settima edizione Arthur W. Bull, Oakland University Robert Coleman, Ohio State University Nicholas Drapela, Oregon State University Christopher Hadad, Ohio State University Eric J. Kantorowski, California Polytechnic State University James J. Kiddle, Western Michigan University Joseph B. Lambert, Northwestern University Dominic McGrath, University of Arizona Thomas A. Newton, University of Southern Maine Michael Rathke, Michigan State University Laren M. Tolbert, Georgia Institute of Technology RINGRAZIAMENTI pagine iniziali modificate.indd xxiii 12/09/

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25 TRADUZIONE ITALIANA DELLA SESTA EDIZIONE A CURA DI Francesco Babudri Dipartimento di Chimica Università degli Studi di Bari Alessandro Bagno Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Padova Gaspare Barone Professore Straordinario di Chimica Organica Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica Università degli Studi Federico II di Napoli Giuseppe Bartoli Dipartimento di Chimica Organica A. Mangini Alma Mater Studiorum - Università di Bologna Vittorio Bertacche Istituto di Chimica Organica A. Marchesini Facoltà di Farmacia Università degli Studi di Milano Bruno Botta Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco Università degli Studi La Sapienza di Roma Andrea Bottoni Dipartimento di Chimica G. Ciamician Alma Mater Studiorum - Università di Bologna Sandro Cacchi Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco Università degli Studi La Sapienza di Roma Stefano Colonna Istituto di Chimica Organica A. Marchesini Università degli Studi di Milano Paolo Crotti Dipartimento di Scienze Farmaceutiche Università degli Studi di Pisa Ilaria D Acquarica Ricercatore in Chimica Organica Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco Università degli Studi La Sapienza di Roma Maria Valeria D Auria Dipartimento di Chimica delle Sostanze Naturali Università degli Studi Federico II di Napoli Piero Dalla Croce Dipartimento di Chimica Organica e Industriale Università degli Studi di Milano Renato Dalpozzo Dipartimento di Chimica Università degli Studi della Calabria Saverio Florio Dipartimento Farmaco-Chimico Università degli Studi di Bari Fernando Formaggio Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Padova pagine iniziali modificate.indd xxv 12/09/

26 xxvi Traduzione italiana della stesta edizione a cura di Maria Luisa Gelmi Dipartimento di Scienze Farmaceutiche Università degli Studi di Milano Rosa Lanzetta Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi Federico II di Napoli Concetta La Rosa Professore Associato di Chimica Organica Dipartimento di Scienze Molecolari Applicate ai Biosistemi Università degli Studi di Milano Stefano Lena Dipartimento di Chimica Organica A. Mangini Alma Mater Studiorum - Università di Bologna Franco Macchia Facoltà di Farmacia Università degli Studi di Pisa Michele Maggini Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Padova Fabrizio Mancin Professore Associato di Chimica Organica Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Padova Giovanna Mancini Primo Ricercatore CNR, Istituto di Metodologie Chimiche Sezione Meccanismi di Reazione Dipartimento di Chimica Università degli Studi La Sapienza di Roma Elisabetta Marin Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Padova Rinaldo Marini Bettolo Dipartimento di Chimica Università degli Studi La Sapienza di Roma Enzo Menna Professore Associato di Chimica Organica Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Padova Gian Franco Pedulli Dipartimento di Chimica Organica A. Mangini Alma Mater Studiorum - Università di Bologna Mauro Pineschi Professore Associato di Chimica Organica Dipartimento di Scienze Farmaceutiche Università degli Studi di Pisa Elena Pini Ricercatore Istituto di Chimica Organica A. Marchesini Facoltà di Farmacia Università degli Studi di Milano Pier Paolo Piras Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Cagliari Donato Pocar Istituto di Chimica Organica A. Marchesini Università degli Studi di Milano Maurizio Prato Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche Università degli Studi di Trieste Alfredo Ricci Dipartimento di Chimica Organica A. Mangini Alma Mater Studiorum - Università di Bologna Carlo Richelmi Istituto di Chimica Organica A. Marchesini Università degli Studi di Milano Raffaele Riccio Dipartimento di Scienze Farmaceutiche e Biomediche Università degli Studi di Salerno pagine iniziali modificate.indd xxvi 12/09/

27 Traduzione italiana della stesta edizione a cura di xxvii Letizia Sambri Ricercatore in Chimica Organica Dipartimento di Chimica Organica A. Mangini Alma Mater Studiorum - Università di Bologna Paolo Scrimin Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Padova Gian Piero Spada Dipartimento di Chimica Organica A. Mangini Alma Mater Studiorum - Università di Bologna Riccardo Stradi Professore Ordinario di Metodi Fisici in Chimica Organica Istituto di Chimica Organica A. Marchesini Facoltà di Farmacia Università degli Studi di Milano Claudio Toniolo Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Padova Corrado Tringali Dipartimento di Scienze Chimiche Università degli Studi di Catania Angela Zampella Professore Associato di Chimica Organica Dipartimento di Chimica delle Sostanze Naturali Università degli Studi Federico II di Napoli Franco Zollo Dipartimento di Chimica delle Sostanze Naturali Università degli Studi Federico II di Napoli pagine iniziali modificate.indd xxvii 12/09/