Concetti Chiave
- I derivati degli idrocarburi si classificano in tre categorie principali: alogenati, ossigenati e azotati, ciascuna con specifici gruppi funzionali.
- Le reazioni di sostituzione nucleofila Sn2 e Sn1 differiscono nel numero di stadi e nella velocità, influenzate dalla struttura dell'alogenuro e dalla forza del nucleofilo.
- Gli alcoli possiedono un gruppo ossidrile e si distinguono in saturi e insaturi, con proprietà fisiche come punti di ebollizione elevati dovuti ai legami a idrogeno.
- I fenoli, contenenti un gruppo ossidrile legato a un anello benzenico, mostrano maggiore acidità rispetto agli alcoli e possono formare sali in reazione con basi forti.
- Le reazioni di eliminazione degli alogeni avvengono tramite meccanismi E2 ed E1, differenziandosi per il numero di stadi e la sequenza di partecipazione dei reagenti.
Sono composti organici che derivano dagli idrocarburi per sostituzione di uno o più atomi di H con atomi (o gruppi atomici) differenti, chiamati gruppi funzionali. Si dividono in 3 tipi:
● Derivati alogenati: composti nel cui gruppo funzionale abbiamo un atomo di alogeno ( alogenuri alchilici, vinilici, arilici)
● Derivati ossigenati: composti nel cui gruppo funzionale abbiamo un atomo di ossigeno ( alcoli, eteri, fenoli)
● Derivati azotati: composti nel cui gruppo funzionale abbiamo almeno un atomo di azoto (ammidi, ammine)
Derivati alogenati e loro reazioni
● Gli alogenuri alchilici sono composti organici in cui uno o più atomi di alogeno sono legati a uno o più atomi di C di un alcano (C sp3). La formula molecolare è : R(idrocarburo)-X(alogeno)
● La nomenclatura è costruita secondo le regole di nomenclatura degli alcani che ne indica la posizione e il nome (es: 3-bromoesano; 2-cloropentano).
● Gli alogenuri alchilici si classificano in primari, secondari e terziari a seconda che l’alogeno sia legato ad un carbonio primario, secondario o terziario.
● Alogenazione: addizione elettrofila tra un alchene e un alogeno in un solvente = dialogenuro alchilico (configurazione trans)
● Idroalogenazione: addizione elettrofila tra un alchene e un acido alogenidrico (HCl,Hbr)= alogenuro alchilico
● Idroalogenazione degli alcoli: sostituzione nucleofila tra alcol e acido alogenidrico = alogenuro alchilico + acqua.
Meccanismi Sn2 e Sn1
Nella reazione di sostituzione nucleofila, il nucleofilo reagisce con l’alogenuro alchilico e sostituisce l’idrogeno per dare come prodotto un alcol o un etere e avviene in due meccanismi : Sn2 e Sn1.
● Il meccanismo Sn2 avviene in un solo stadio e prevede la partecipazione dei reagenti, del nucleofilo e dell’alogenuro : il nucleofilo attacca l’alogenuro dalla parte opposta rispetto all’alogeno causando un’inversione di configurazione. Es: dalla reazione tra ione OH- (nucleofilo) e il 2-bromobutano il prodotto è il 2-butanolo (alcol). Le sostituzioni più comuni sono quelle tra un alogenuro primario e una base forte (formazione di alcol) e quella tra alogenuro primario e un alcossido che porta alla formazione di un etere
● Il meccanismo Sn1 avviene in 2 stadi e prevede la partecipazione prima solo dell’alogenuro e poi del nucleofilo. Nel primo stadio si ha la formazione del carbocatione intermedio (con disposizione planare); nel secondo stadio (lento) si ha l’attacco del nucleofilo con formazione di un alcol protonato che cede un protone.
Es: sostituzione tra il 2-bromo-2 metilpropano e l’acqua si forma il 2-metil-2-propanolo.
Le reazioni più comuni sono quelle fra un alogenuro alchilico terziario e l’acqua (formazione di un alcol terziario) e fra un alogenuro terziario e un alcol (formazione di un etere)
Il meccanismo Sn2 è chiamato così perché la velocità dipende dalla concentrazione del nucleofilo e dell’alogenuro (reagenti); la reazione decorre più velocemente con alogenuri metilici e primari (meno voluminosi); processo favorito da nucleofili forti (possono attaccare un carbonio solo parzialmente carico positivamente)
Il meccanismo Sn1 è chiamato così perché la velocità di reazione è determinato dallo stadio lento (solo dalla concentrazione dell’alogenuro); decorre più velocemente con alogenuri terziari ; processo favorito da nucleofili deboli (molecole neutre come l'acqua)
Eliminazione e meccanismi E2, E1
Nell’eliminazione il nucleofilo (base forte) sottrae all’alogenuro un atomo di idrogeno sotto forma di ione H+ che porta alla formazione di legami (pi-greco) e quindi di un alchene. La reazione si chiama anche di deidrogenazione perché vengono eliminati sia un atomo di H si un atomo di alogeno. 2 meccanismi: E2, E1
● Il meccanismo E2 avviene in un solo stadio e prevede la partecipazione del nucleofilo e dell’alogenuro (eliminazione bimolecolare)
● Il meccanismo E1 avviene in due stadi e decorre più velocemente coinvolgendo prima un alogenuro alchilico e poi un nucleofilo forte.
Caratteristiche degli alcoli
Gli alcoli sono composti caratterizzati dalla presenza del gruppo funzionale idrossido o ossidrile (C ibridato sp3).
Formula molecolare : R-OH
● Gli alcoli saturi formano una catena di atomi di C uniti da legami semplici a cui si unisce il gruppo OH. Il nome è costituito dal nome dell’alcano corrispondente ma con la desinenza -olo (es: metanolo)
● Gli alcoli insaturi sono composti nei quali sono presenti due gruppi funzionali, quello OH e un legame multiplo
● Idratazione degli alcheni: porta alla sintesi di un alcol secondario o terziario
● Riduzione di aldeidi e chetoni: con un riducente porta alla formazione di alcoli primari e secondari
Per la presenza di legame a idrogeno (dati dall’elevata differenza di elettronegatività tra O ed H) hanno punti di ebollizione molto alti. Con la presenza del gruppo idrofilo OH hanno la possibilità di legarsi con l’acqua (il metanolo è quello più solubile, mentre l'esanolo quello insolubile)
● Rottura legame O-H: avviene tramite una ossidoriduzione con metalli alcalini dove il metallo si ossida, mentre l’idrogeno liberatosi dall’alcol si riduce ad idrogeno molecolare e forma un sale detto alcossido (es: dall’etanolo, si avrà l’etossido di sodio)
● Rottura del legame C-O ,avviene con la reazione di disidratazione: è l’eliminazione di una molecola di acqua che avviene in presenza di acido solforico e il prodotto che si è formato è un alchene
● Ossidazione: quando gli atomi di C di una molecola formano legami nuovo con atomi di ossigeno. Aumenta il numero di atomi di O e diminuisce il numero di atomi di H. In un alcol primario il numero di ossidazione del carbonio aumenta e di H diminuisce (da un alcol si forma un aldeide , es: dall’1-butanolo si forma il butanale). In un alcol secondario si forma il chetone .
Proprietà e reazioni dei fenoli
I fenoli sono composti organici con un gruppo ossidrile OH legato all’anello benzenico.
Formula molecolare : Ar-OH
Il nome secondo la IUPAC è costituito dal numero che indica la posizione del sostituente , dal nome del sostituente e dal termine idrossibenzene. Es: diidrossibenzene (idrochinone) ; 2,4,6 tricloro idrossibenzene (triclorofenolo)
Punti di ebollizione elevati grazie ai legame a idrogeno intermolecolari, sono poco solubili in acqua per la presenza dell’anello aromatico idrofobico. I fenoli cedono all’acqua l’atomo di H contenuta in OH e si ha la formazione dello ione ossonio H3O. Acidità maggiore rispetto agli alcoli perché la carica negativa è localizzata nell’atomo di ossigeno. Non hanno comportamento basico.
● Rottura del legame O-H: i Fenoli essendo acidi deboli possono reagire con basi forti : si formano sali detti “Fenossidi” e si libera acqua.
Es: Fenolo + NaOh ------------------ Fenossido di sodio + acqua
● Ossidazione: reazione fra i Fenoli e agenti ossidanti
Domande da interrogazione
- Quali sono i principali tipi di derivati organici e come si classificano?
- Come avviene la sostituzione nucleofila negli alogenuri alchilici?
- Quali sono le caratteristiche degli alcoli e come si formano?
- In che modo i fenoli si differenziano dagli alcoli in termini di acidità?
- Quali sono i meccanismi di eliminazione e come si differenziano?
I derivati organici si dividono in tre tipi: derivati alogenati (con atomi di alogeno), derivati ossigenati (con atomi di ossigeno) e derivati azotati (con atomi di azoto).
La sostituzione nucleofila avviene tramite due meccanismi: Sn2, che è un processo in un solo stadio, e Sn1, che avviene in due stadi, con la formazione di un carbocatione intermedio.
Gli alcoli contengono il gruppo funzionale -OH e si formano da idratazione di alcheni o riduzione di aldeidi e chetoni. Hanno punti di ebollizione elevati grazie ai legami a idrogeno.
I fenoli hanno una maggiore acidità rispetto agli alcoli poiché la carica negativa è localizzata sull'ossigeno, permettendo loro di formare sali con basi forti, mentre gli alcoli non mostrano comportamento basico.
I meccanismi di eliminazione sono E2, che avviene in un solo stadio, ed E1, che avviene in due stadi. L'E2 coinvolge nucleofilo e alogenuro, mentre l'E1 inizia con l'alogenuro per formare un intermedio.
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