Cicloalcani, acidi e basi - Chimica organica

Funzione d’onda

Probabilità di trovare un elettrone in un determinato punto dello spazio.

Orbitale

Orbitale saturo → n.

Orbitale semi-saturo → n.

In chimica organica i legami sono covalenti o polari; raramente ionici.

σ^- = impoverimento di densità elettronica.

δ⁺ arricchimento.

La CO₂ è un gas serra perché effettua una variazione di momento dipolare, assorbe energia.

Un nodo è una zona con probabilità nulla di trovare elettroni.

Zona cuscinetto tra orbitali 1s, 2s, 3s ecc... evita il mescolamento dei vari orbitali.

Tra gli elettroni l e zone nodali sono i piani che dividono i due lobi.

Valenza = Numero di legami che un elemento può fare.

Nasce dal problema dell'ottetto.

17/02/20

Ψ funzione d'onda.

Ψ² probabilità di trovare un elettrone in un determinato punto dello spazio.

Orbitale saturo → n.

Semi-saturo → n.

In chimica organica i legami sono covalenti o polari, raramente ionici.

18/02/20

σ^- impoverimento di densità elettronica.

δ⁺ arricchimento.

La CO₂ è un gas serra perché effettua una variazione di momento dipolare, assorbe energia.

Un nodo è una zona con probabilità nulla di trovare elettroni.

Zona di controllo tra orbitali 1s, 2s, 3s, ecc. evita il mescolamento dei vari orbitali.

Tra gli elettroni p le zone nodali sono i piani che dividono i due lobi.

Valenza = Numero di legami che un elemento può fare.

Nasce dal problema dell'ottetto.

Quando il carbonio è ibridato sp³ è pronto a dare 4 legami tutti uguali.

L'orbitale s si somma a un lobo e si sottrae all'altro.

Gli alcani reagiscono con reazioni radicaliche.

Difficili da far reagire.

Alcheni e alchini sono più facili da far reagire perché hanno il doppio e il triplo legame.

Carbocatione

È un intermedio di reazione.

Può reagire con un altro radicale o con un neutro.

Alcani

La classe degli alcani è caratterizzata da legami sigma.

Idrocarburi_nH_2n+2 → formula generale.

Alcano ramificato: 2,3-metil-esano.

Quando il numero di C è superiore a 3, si possono avere gli isomeri → stessa formula molecolare ma diversa formula di struttura.

Fonti naturali degli alcani

• Petrolio → (per C₁₅-C₂₀).
• Gas naturale → (per 10-C₄).

Derivati petroliferi

Gasolio, cherosene, benzina, gas (C₁₅-C₂₀) (C₁₀-C₁₆) (C₅-C₁₀) (C₁-C₄), separati tramite una distillazione frazionaria.

Conformazioni degli alcani

Quando si ruota la molecola attorno al legame σ tra C-C.

Es.:

• Posizione sfasata → gli H non sono mai vicini, sono opposti.
• Eclissata → gli H corrispondenti sono vicini → quello davanti nasconde quello dietro.
• Obliqua → via di mezzo tra la posizione sfasata ed eclissata.

Proiezioni di Newman

Eclissata → energia maggiore.

Sfalsata → minore.

ΔE = 2.8 kcal/mol → abbastanza bassa.

Proiezioni di Newman:

• Si scrive un cerchio.
• 3 legami che si incontrano nel cerchio, con angoli di 120°.
• Legami dietro con assi che partono solo dalla circonferenza.

Conformeri sono in equilibrio tra loro.

Formule a cavalletto

Formule a cavalletto (prospettiche): legame C-C.

Gli altri 3 legami sono a 120°.

Se le molecole hanno più di 2 atomi la rotazione avviene attorno a tutti i legami e le conformazioni si possono scrivere per tutti i legami, uno alla volta, fino ad arrivare a 360°.

Ci sono alla fine 3 posizioni eclissate uguali dal punto di vista energetico.

ΔE* = 3.2 kcal/mol → è maggiore perché c'è un gruppo metile che ruota.

Butano

Butano (1)_g 3^a eclissata_g.

Le prime 2 sono uguali, la 3^a è diversa ad energia minore.

_Numeri in ordine di energia.

(2) 2^a eclissata.

(3) 2^a eclissata.

Le ultime 2 sono uguali, la 3^a è la più sfavorevole e con superiore.

Cicloalcani

Alcani chiusi ad anello: ciò impedisce la rotazione.

Cn H2n con n ≥ 3.

Cicloalcani più facili da maneggiare sono quelli a 5C-6C.

Difficili 3C-4C, 7C-8C-8C.

Tensione d'anello

Energia più è minore, più è stabile la molecola.

(CH2)_n + n 3/2 O2 → n CO2 + n H2O + calore.

La specie che libera meno energia è quella più stabile.

Ciclopropano

Tutti gli idrogeni sono eclissati tra loro.

Sovrapposizione degli orbitali non è di 109,5° ma di 104°.

Perció è molto reattiva.

Ciclobutano

Angoli di 88°.

Non ha H eclissati.

25° - distorsione - conformazione a busta.

Equilibrio conformazionale

Ciclopentano: non ha tensione angolare; per evitare la tensione torsionale nei legami eclissati, ha un C fuori dal piano, come ciclo butano.

Cicloesano: 2C al di fuori del piano.

2 conformazioni: minima energia a sedia, a barca massima energia.

Per scrivere conformazioni di sedia: 123.

I pallini sono i carboni.

Gli idrogeni: assiali ed equatoriali.

Ogni C ha un idrogeno assiale e uno equatoriale.

Dove l’assiale punta verso l’alto, l’equatoriale punta verso il basso e viceversa.

Equilibrio:

• Sedia minimo di energia.
• ΔE semisedia massimo di energia.
• Barca piegata minimo relativo di energia.
• Barca massimo relativo di energia.

ΔE = 1 kcal/mol.

Inoltre, nel passaggio tra una sedia all’altra, tutti i legami assiali diventano equatoriali e viceversa.

Geodesani mono-sostituiti

Metile (sostituente) - Se è in posizione equatoriale è molto più stabile.

Corrisponde ad una posizione.

Sempre in equilibrio con un'altra molecola in cui i legami diventano assiali.

Isomeria geometrica nei cicloalcani

Quando i gruppi sopra e sotto al piano sono indistinguibili, non si ha isomeria geometrica.

Quando si ha un solo sostituente, non si ha isomeria sopra 2 sullo stesso C.

Isomeria con 2 o più sostituenti: su almeno 2 atomi di C diversi.

Sono possibili diverse disposizioni dei sostituenti.

• Isomero cis dalla stessa parte dell'anello. Il legame viene verso di noi.
• Isomero trans da parti opposte dell'anello. Cuneo tratteggiato - Il legame va sotto al piano.

La configurazione non cambia.

Equatoriali entrambe.

Equatoriali più stabile.

Assiali; meno stabile.

Equilibrio spostato a sx.

Uguale stabilità se le conformazioni hanno entrambe CH₃ assiale ed equatoriale.

Equatoriale + stabile.

Anelli condensati

(Trans, stabile).

(Cis, meno stabile).

Acidi e basi

Gli acidi organici sono abbastanza deboli.

Acidi e basi - Brønsted-Lowry

Acido: dona protoni alla base.

Base: accetta dell'acido.

Chimica organica ha acidi deboli e debolissime, e basi facili e fortissime.

Un acido è tanto più forte quanto il suo equilibrio è spostato a dx.

Più forte è il legame da dissociare più debole è l'atomo.

Tanto più è polarizzato il legame tanto più sarà facile scinderlo.

L'acidità segue l'elettronegatività crescente.

Aumenta verso dx nella tavola periodica.

Anche l'ibridazione influenza l'acidità: sp > sp² > sp³; acidità aumenta.

A parità di legame acido e di gruppo funzionale si possono avere acidità diverse.

Se introduco elementi elettropositivi abbasso l'acidità.

Combinazioni strutturali della molecola.

Esempio: CH₃COOH CH₂ClCOOH - acidità inferiore, effetto induttivo.

Effetto di risonanza

Non c'è risonanza.

È in grado di delocalizzare la carica.

Diversa disposizione e^- → risonanza (o mesomeria).

Acidità diminuisce.

Ibrido di risonanza.

δ^-.

Se l’atomo che porta la carica neg. è grosso → aumenta l'acidità.

Acidità → Natura del solvente.

Più solventi polari esaltano le differenze di stabilità tra acido e base coniugata.

Es. solventi protici (sì, donatori che accettori di legami a H₁).

Teoria di Lewis

Acido: accetta una coppia di e^- e forma nuovo legame.

Base: dona.

Estende il numero di sostanze che possono essere acidi o basi.

Frecce curve → fanno vedere il trasferimento di e^- e la forma di un nuovo legame.

Dalla base all'acido.