Appunti Chimica organica

CHIMICA ORGANICA

i composti organici o molecole organiche si isolano da fonti naturali oppure si sintetizzano in laboratorio trasformandole in altre sostanze

forma e detergenti farmaci

fertilizzanti fibre plastiche

[NELLE MOLECOLE ORGANICHE IL C SI LEGA SOPRATUTTO A] H, N, O

nella crosta terrestre vi e abbondanza di silicio e ossigeno

C ⁴s²2p²

CARBONIO ISOLATO

CARBONIO CHE FORMA LEGAMI

4 elettroni di valenza che formano 4 legami per avere 8 elettroni nel guscio di valenza → dei composti stabili

N.B. H → Atomo di idrogeno legato invece può avere solo due elettroni nel guscio di valenza (max 1 legame covalente)

lecame singolo

lecame C=C doppio

lecame CSCH triplo

Formule di struttura di Lewis:

Formule condensate:

• CH₄, CH₃CH₃, CH₂=CH₂, CH=CH, CH₃OH, CH₃NH₂, CH₃COCH₃, CH₃CN

Formule brute:

• C₂H₆, C₂H₄O, ecc.

quando non viene scritto nulla semplicemente ci si lega un legame singolo.

la forza di legame è proporzionale al valore dell'energia di legame (l'energia che si libera nella reazione di formazione o rottura di un legame).

il numero di coppie di elettroni di legame viene detto ordine di legame (ODL).

maggiore è l'ordine di legame e quindi maggiore è la forza di legame minore è otteni a qumals maggiore l'leneglasi fa (maggiore è la lunghezza di legame)

l'azoto nei legami spesso forma 3 legami singoli e gli rimane una coppia di non legame

È l'energia che si deve fornire al sistema A-B per rompere il legame:

• A - B → A_g + B_g
• A^- + B⁺ → A_gB_g

energia di legame = energia potenziale energia di legame > 0

Geometria Tetraedrica

Metano

nella geometria tetraedrica gli atomi corrispondono ai vertici.

Geometria reale

Etilene

Etino

Il carbonio si ibrida per dare orbitali ibridi:

• orbitali del guscio esterno nel C isolato.
• Orbitale sp³

4 orbitali sp³ quando il C forma 4 legami sigma (σ)

• Quando il C forma 3 legami σ e un legame π
• Quando il C forma 2 legami σ e 2 legami π
• 3 orbitali sp² e 1 orbitale p (L)
• 2 orbitali sp e 2 orbitali p (L)
• C, N, O sono ibridazioni sp² e formano legami σ sovrapponendosi agli orbitali Ad atomi. N e O hanno anche coppie elettroniche di non legame.

Angolo H-X-H 109.5°, 107.3°, 104.5°

Quando il C è forma legami π sovrapponendo gli orbitali. Le coppie si respingono e riducono gli angoli di legame H-N-H e H-O-H. H-O-H.

L'ibridazione sp² forma legami π sovrapponendosi agli orbitali. As detti i sp² dell'altro C, gli angoli di legame sono da 120°..

≈ Disequilibri orbitali sp²

Perpendicolari al piano definito dai 3 orbitali ibridi sp². Sovrappongono tra di loro per dare un legame π. più debole di uno σ.

• Orbitali p paralleli → la struttura deve essere complanare.

ALCHENI

formula generale C_nH_2n (n > 2)

essi contengono uno o più doppi legami = C C (un legame σ e un legame π)

Sono idrocarburi a catena aperta (alifatica) e a differenza degli alcani non sono composti stabili.

Sono più reattivi e tendono a formare facilmente legami con altri atomi.

• La radice del nome deriva dalla catena più lunga contenente il doppio legame.
• Si numera assegnando i numeri più bassi ai C del C C.
• Si aggiunge la desinenza -ENE.

etene (etilene) CH₂ = CH₂

propene (propilene) CH₃ CH = CH₂

isomeria

a partire dal butene.

Conseguenza a partire dalla mancanza di rotazione libera.

[NON SI HA ISOMERO CIS-TRANS QUANDO ALLO STESSO CARBONIO SONO LEGATI DUE SOSTITUENTI UGUALI]

due gruppi metilici dalla stessa parte del doppio legame (cis-2-Butene)

gruppi metilici da parte opposte (trans-2-Butene)

ADDIZIONE ELETTROFILA

La fragilità del legame π rende disponibili due e- che vengono usati inizialmente per legare un reagente elettrofilo (H⁺). Si forma così un carbocatione intermedio molto reattivo che si aggancia facilmente un reagente nucleofilo (X^-).

• Da un alchene ottengo alcano (X idroalogenazione)
• Da un alchene ottengo alcole (X idratazione)

meccanismo di idratazione

in ambiente acido (con dei protoni), gli e- attaccano H₃O⁺, idrogeni privati dei loro elettroni

Elettiva densità elettronica sopra e sotto al piano del C = C

Le specie con doppietti di non legame, come l’O dell’acqua, o coppie di elettroni π come l’etilene, sono specie nucleofile.

Isomeri

• Composti differenti con la stessa formula bruta

Costituzionali

• In cui gli atomi sono legati in sequenze differenti

Stereoisomeri

• Stessa sequenza di legami ma diversa disposizione spaziale

• Sono immagini speculari non sovrapponibili

• Non sono immagini speculari e non sono sovrapponibili

Alcooli e Fenoli:

• Hanno formula generale R-OH
• Il gruppo funzionale è il gruppo ossidrilico -OH

In base al tipo di C a cui è legato il gruppo -OH essi si dividono in:

• Primari: gruppo -OH legato ad un atomo di carbonio primario
• Secondari: gruppo -OH legato ad un atomo di carbonio secondario
• Teriari: gruppo -OH legato ad un atomo di carbonio terziario

• CH₃OH metanolo
• C₂H₅OH etanolo
• C₃H₇OH 1-propanolo
• C₃H₇OH 2-propanolo alcol isopropilico
• C₄H₉OH 1-butanolo
• C₄H₉OH 2-butanolo

Questi sono antiossidanti, della classe dei polifenoli

Il metanolo si utilizza come solvente, anticongelante e la preparazione di formaldeide e altri composti (etossico)

L'etanolo si ottiene mediante fermentazione biologica (lieviti) oppure per idratazione con etilene in ambiente acido

Con gli emi acetali puó reagire una seconda molecola di alcol per dare gli acetali

Questa reazione va solo con catalisi acida.

Gli acetali sono stabili in ambiente basico e si decompongono in ambiente acido.

Per spostare l'equilibrio a destra occorre eliminare l'acqua che si forma o usare l'alcol.

Per spostarlo a sinistra invece occorre usare l'acqua

1

2

emiacetale

Formazione emi acetali in ambiente acido

Formazione emiacetale in ambiente basico

emiacetale

3

Formazione degli acetali solo in ambiente acido

acetale

Reazioni con i gruppi amminici

aldeide o chetone

ammina

ammina

Formazione delle immine per catalisi acida

I legami a idrogeno sono inter-catena

Conformazione a foglietto β

Gruppi R (sopra)

Gruppi R (sotto)

Conformazione ad α-elica

5,4 A

Legami a idrogeno intra-catena