Chimica organica

Chimica organica

Indice

1. Introduzione e concetti della chimica organica ................................................................................................. 5

1.1 Rappresentazione delle sostanze organiche .................................................................................................. 5

1.2 L’atomo ......................................................................................................................................................... 6

1.3 Isotopi ........................................................................................................................................................... 6

1.4 Orbitali atomici e molecolari, elettronegatività, legami .............................................................................. 6

1.5 I composti covalenti ...................................................................................................................................... 9

1.6 Legami intermolecolari ............................................................................................................................... 10

1.7 Acidi e basi di Bronsted-Lowry ................................................................................................................... 11

1.8 Acidi e basi di Lewis .................................................................................................................................... 13

1.9 Fattori che influenzano l’acidità: ................................................................................................................ 14

1.9.1 Effetti dell’elemento ............................................................................................................................ 14

1.9.2 Effetti dell’ibridazione.......................................................................................................................... 14

1.9.3 Effetto induttivo ................................................................................................................................... 15

1.9.4 Effetti della risonanza .......................................................................................................................... 15

→1.10 Numero di ossidazione aggiungi .......................................................................................................... 16

→1.11 Reazioni redox aggiungi ....................................................................................................................... 16

1.12 Nucleofili ed elettrofili .............................................................................................................................. 17

1.13 Isomeria .................................................................................................................................................... 18

2. Il carbonio ......................................................................................................................................................... 19

2.1 Ibridazione Sp3 del carbonio ...................................................................................................................... 20

2.2 Ibridazione Sp2 del carbonio ...................................................................................................................... 21

2.3 Ibridazione Sp del carbonio ........................................................................................................................ 22

2.4 Teoria VSEPR ............................................................................................................................................... 22

2.5 Percentuale di carattere s dell’orbitale ...................................................................................................... 23

3. Nomenclatura e gruppi funzionali.................................................................................................................... 24

3.1 Regole di nomenclatura IUPAC ................................................................................................................... 24

3.2 Idrocarburi .................................................................................................................................................. 27

3.2.1 Alcani ................................................................................................................................................... 27

3.2.2 Alcheni ................................................................................................................................................. 33

3.2.3 Alchini e nomenclatura di molecole con doppi e tripli legami ............................................................ 37

3.2.4 Ciclo alcani ............................................................................................................................................... 38

3.2.5 Ciclo alcheni ............................................................................................................................................. 47

3.2.6 Ciclo alchini .............................................................................................................................................. 47

3.2.7 Idrocarburi aromatici ............................................................................................................................... 48

3.3 Alogenuri alchilici: R-X ................................................................................................................................ 51

3.3.1 Classificazione alogenuri alchilici ........................................................................................................ 51

3.3.2 Proprietà degli alogenuri alchilici ........................................................................................................ 53

3.3.3 Nomenclatura degli alogenuri alchilici ................................................................................................ 53

13.4 Eteri ............................................................................................................................................................. 54

3.4.1 Classificazione degli eteri ..................................................................................................................... 54

3.4.2 Proprietà degli eteri ............................................................................................................................. 54

3.4.4 Nomenclatura eteri .............................................................................................................................. 55

3.5 Solfuri o tioeteri ......................................................................................................................................... 56

3.6 Ammine R-NH2, R2-NH, R3-N ..................................................................................................................... 57

3.6.1 Classificazione delle ammine ............................................................................................................... 57

3.6.2 Basicità delle ammine .......................................................................................................................... 58

3.6.3 Nomenclatura delle ammine ............................................................................................................... 59

3.7 Alcoli ........................................................................................................................................................... 62

3.7.1 Proprietà degli alcoli ............................................................................................................................ 62

3.7 Tioli ............................................................................................................................................................. 64

3.7.1 Nomenclatura dei tioli......................................................................................................................... 64

3.8 Fenoli .......................................................................................................................................................... 65

3.8.1 Nomenclatura dei fenoli ...................................................................................................................... 65

3.10 Composti carbonilici: aldeidi e chetoni .................................................................................................... 66

3.10.1 Tautomeria cheto-enolica .................................................................................................................. 67

3.10.2 Reattività dei composti carbonilici: aldeidi e chetoni ...................................................................... 68

3.11 Chetoni ...................................................................................................................................................... 69

3.11.1 La nomenclatura dei chetoni ............................................................................................................. 69

3.12 Aldeidi ....................................................................................................................................................... 70

3.12.1 Nomenclatura degli aldeidi ............................................................................................................... 70

3.12.2 Residui acilici ...................................................................................................................................... 71

3.12 Acidi carbossilici ........................................................................................................................................ 72

3.13 Esteri ......................................................................................................................................................... 73

3.14 Alogenuri acilici ......................................................................................................................................... 74

3.15 Anidridi...................................................................................................................................................... 75

3.16 Ammidi ...................................................................................................................................................... 76

3.16.1 Legame ammidico .............................................................................................................................. 76

3.16.2 Basicità delle ammine e delle ammidi ............................................................................................... 77

3.17 Nitrili ......................................................................................................................................................... 78

4. Carboidrati ........................................................................................................................................................ 79

4.1 Enantiomeri ................................................................................................................................................ 79

4.1.1 Interazioni con la luce polarizzata degli enantiomeri .......................................................................... 83

4.1.2 Interazioni degli enantiomeri con siti chirali ....................................................................................... 83

4.1.3 Proiezioni di Fischer ............................................................................................................................. 84

4.2 Carboidrati aldosi ....................................................................................................................................... 86

4.3 Carboidrati chetosi ..................................................................................................................................... 88

4.4 Composti meso ........................................................................................................................................... 89

25.0 Amminoacidi ................................................................................................................................................... 91

6.0 Reattività e meccanismi di reazione di molecole organiche .......................................................................... 92

6.1 Meccanismo della reazione di sostituzione ................................................................................................ 94

6.2 Meccanismo della reazione di eliminazione ............................................................................................... 95

6.3 Meccanismo della reazione di addizione .................................................................................................... 96

6.4 Rottura dei legami durante le reazioni ....................................................................................................... 97

6.5 Reazioni di sostituzioni nucleofile al C saturo Sp3 ...................................................................................... 98

6.5.1 Sostituzioni nucleofila bimolecolare monostadio S 2 ....................................................................... 101N

6.5.2 Sostituzioni nucleofila monomolecolare bistadio S 1 ....................................................................... 103N

6.5.3 Previsione del meccanismo di reazione S 1 o S 2 partendo dal substrato ....................................... 104N N

6.6 Reazioni di eliminazione ........................................................................................................................... 106

6.6.1 Meccanismo di eliminazione bimolecolare monostadio E ............................................................... 1092

6.6.2 Meccanismo di eliminazione monomolecolare bistadio E ............................................................... 1101

6.6.2.1 Disidratazione degli alcoli (E ) – idratazione degli alcheni ......................................................... 1111

6.7 Confronto tra sostituzione nucleofila ed eliminazione S 1 vs S 2 vs E vs E ........................................... 112N N 2 1

6.8 Reazioni di addizione elettrofila ad alcheni .............................................................................................. 113

6.8.1 Idroalogenazione di alcheni ............................................................................................................... 114

6.8.2 Idratazione degli alcheni o addizione di acqua ................................................................................. 115

6.8.3 Addizione di alogeni X (Cl , Br I ) ..................................................................................................... 1162 2 2, 2

6.9 Reattività dei composti aromatici ............................................................................................................. 118

6.9.1 Sostituzione elettrofila aromatica S Ar ............................................................................................. 119E

6.9.2 Sostituzione elettrofila aromatica S Ar: alogenazione ..................................................................... 121E

6.9.3 Sostituzione elettrofila aromatica S Ar: alchilazione di Friedel-Crafts ............................................. 122E

6.9.3 Sostituzione elettrofila aromatica S Ar: acilazione di Friedel-Crafts ................................................ 123E

6.9.4 Sostituzione elettrofila aromatica S Ar: nitrazione .......................................................................... 124E

6.9.5 Reazioni con composti derivanti la S Ar ............................................................................................ 125E

6.9.6 Sostituzione elettrofila aromatica S Ar con un benzene monosostituito ......................................... 126E

7. Reattività dei composti carbonilici ................................................................................................................. 131

7.1 Reazioni tra nucleofili forti e il gruppo carbonilico ................................................................................... 133

7.1.1 Reazione tra ione cianuro e gruppo carbonilico ................................................................................ 134

7.1.2 Reazione tra ione idruro e gruppo carbonilico .................................................................................. 135

7.1.3 Reazione tra derivati organometallici R-M e gruppo carbonilico ...................................................... 136

7.2 Reazioni tra nucleofili deboli e il gruppo carbonilico ............................................................................... 138

7.2.1 Reazioni ammina primaria e il gruppo carbonilico ............................................................................ 139

→7.2.2 Reazioni tra alcoli e gruppo carbonilico – carboidrati emiacetalici Sistema!!!!!!!!!! ................. 141

7.2.3 Approfondimento sull’emiacetale, carboidrati emiacetalici e legame glicosidico, disaccaridi ....... 144

7.3 Reattività dei gruppi carbonilici enolizzabili: Condensazione aldolica.............................................. 161

8. Reattività dei composti carbossilici ................................................................................................................ 164

8.1 Reattività degli esteri ................................................................................................................................ 166

38.2 Lipidi o acidi grassi .................................................................................................................................... 170

8.3 Reattività delle ammidi e amminoacidi .................................................................................................... 173

8.3.1 Struttura delle proteine ..................................................................................................................... 1814

1. Introduzione e concetti della chimica organica

La chimica organica è la chimica dei composti del carbonio e dell’idrogeno, comunemente questi due atomi si legano ai non metalli.

Comunemente quasi tutti i composti organici sono formati da uno scheletro di atomi di carbonio a cui si legano: idrogeno(H), azoto(N), ossigeno(O), fosforo(P), zolfo(S), selenio(Se) ecc..

1.1 Rappresentazione delle sostanze organiche

• Formula bruta/molecolare: indica solamente quali e quanti atomi sono presenti nella molecola. C H 0.9 2
• Formula di struttura: è la più ricca di informazioni, mostra tutti gli atomi e i loro legami, si può rappresentare in due dimensioni o in maniera tridimensionale:
• Formula condensata: indica gli atomi di carbonio e i loro legami, che definisco