Chimica organica

CHIMICA ORGANICA

Si occupa di indagare la composizione e l’organizzazione della materia vivente, tutte le

molecole organiche contengono, oltre al carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, seguiti poi da

zolfo e fosforo.

La grande varietà di composti organici a cui dà luogo il carbonio dipende dalla sua

particolare natura, che gli conferisce un’elevata versatilità:

● ha un valore intermedio di elettronegatività (2,5) può liberarsi dei suoi quattro

⇒

elettroni di valenza o acquisirne altre quattro

● Può concatenarsi e ramificarsi le catene possono essere lineari, ramificate o

⇒

⚠️

cicliche

I composti ramificati hanno punti di ebollizione inferiori e punti di fusione maggiori

rispetto ai corrispondenti con struttura lineare

● Forma legami covalenti impiegando orbitali ibridi è infatti in grado di promuovere

⇒

un elettrone a un contenuto energetico più alto per poi rimescolare gli orbitali s e p

dando origine ai cosiddetti orbitali ibridi.

Le ibridazioni possibili del carbonio sono 3:

- Sp: in cui i due orbitali ibridi sono disposti a 180° con geometria lineare (ha un

legame triplo)

- Sp2: in cui i tre orbitali ibridi sono disposti planarmente a 120° con geometria

trigonale (ha un legame doppio)

- Sp3: in cui i quattro orbitali ibridi sono disposti a 109,5° con geometria tetraedrica (ha

solo legami singoli)

legami singoli detti “sigma”

permettono la libera rotazione attorno all’asse congiungente gli atomi

legami doppi e tripli detti “pi greco”

bloccano la rotazione attorno all’asse di legame e riducono la distanza fra i due nuclei

coinvolti, che presentano entrambi carica negativa diminuisce la stabilità

⇒

ISOMERIA

: gli isomeri sono composti che, pur presentando la stessa formula bruta,

mostrano una formula di struttura diversa o una diversa disposizione degli atomi nello

spazio. Esistono due tipi fondamentali di isomeria, isomeria di struttura e stereoisomeria.

isomeria di struttura (costituzionale): gli atomi sono legati con un ordine differente

- isomeria di catena (cambiano le ramificazioni)

- isomeria di posizione (di legami o gruppi atomici)

- isomeria di gruppo (diverso gruppo funzionale legato all’isomero)

stereoisomeria (spaziale): gli atomi sono legati nello stesso ordine ma con diversa

orientazione spaziale

- isomeria conformazionale: gli isomeri sono interconvertibili per rotazione attorno a

legami semplici

- isomeria configurazionale: gli isomeri non sono interconvertibili per rotazione attorno

a legami semplici

● diastereoisomeria: i due isomeri non sono uno l’immagine speculare dell’altro

● enantiomeria: i due isomeri sono uno l’immagine speculare dell’altro

PROPRIETÀ FISICHE: I legami sono in genere debolmente polari si instaurano

⇒

interazioni tra molecole piuttosto deboli, del tipo dipolo-dipolo.

I punti di fusione e di ebollizione sono quindi generalmente bassi, la solubilità in acqua

invece è determinata dalla polarità della struttura.

IDROCARBURI

Gli idrocarburi sono composti binari formati da carbonio e idrogeno

SATURI: sono costituiti da catene di atomi INSATURI: presentano catene di atomi di

di carbonio uniti da legami semplici carbonio contenente legami multipli

reazione tipica: sostituzione elettrofila reazione tipica: addizione elettrofila (ad

eccezione del benzene, un idrocarburo

aromatico insaturo che si comporta come

un idrocarburo saturo)

ALCANI: si tratta di una serie omologa di ALCHENI: presentano un legame doppio

composti in cui ciascun termine differisce tra due atomi di carbonio (120° con

dal precedente semplicemente geometria planare)

aggiungendo un CH2. Formula: C(n)H(2n) come i cicloalcani

⇒ ⇒

Formula: C(n)H(2n+2) sono isomeri di struttura

Da ricordare: ALCHINI: presentano un legame triplo tra

metano, etano, propano e butano (gassosi) due atomi di carbonio (180° con geometria

Dai 5 ai 15 C sono liquidi lineare)

Dai 16 C in poi sono solidi Formula: C(n)H(2n-2)

CICLOALCANI: a partire dal propano è CICLOALCHENI

possibile chiudere in un anello la catena di Formula: C(n)H(2n-2)

atomi di carbonio formando il

corrispondente cicloalcano questo CICLOALCHINI

⇒

comporta la perdita di due atomi di H Formula: C(n)H(2n-4)

Formula: C(n)H(2n)

Struttura: i cicloalcani (ad eccezione del

ciclopropano) non sono planari. Il

cicloesano ad esempio assume due tipi di

conformazioni: a sedia (+ stabile) e a barca

(- stabile).

Nella prima gli atomi di idrogeno si

dispongono in due modi: in modo assiale

(ossia paralleli all’asse della molecola) e in

modo equatoriale (ossia a raggiera intorno

al perimetro della molecola)

nomenclatura nomenclatura

catena più lunga -ano dopo aver individuato il numero di atomi di

⇒

sostituenti -ile carbonio con la catena più lunga, bisogna

⇒

es: 2-metilbutano partire con la nomenclatura in modo da

⚠️ attribuire il numero più basso possibile si

i sostituenti vengono elencati in ordine doppi e tripli legami

⚠️ alfabetico catena più lunga -ene/ -ino

⇒

non dimenticare di mettere di, tri..se sostituenti -enil/ -inil

⇒

sono presenti più sostituenti uguali

es: 2,5 dimentilottano

STRUTTURA DEL BENZENE La caratteristica dei composti aromatici è che

contengono un sistema di elettroni p delocalizzato (=

libero di girare su tutta la struttura).

es. benzene: gli elettroni possiedono un orbitale p

perpendicolare al piano dell'anello => Per ogni atomo di

carbonio in quell orbitale p c’è un elettrone

Tutti i legami del benzene sono una via di mezzo tra

legame singolo e doppio quindi gli elettroni sono liberi di

girare (condivisi) lungo tutta la struttura => questo

aumenta la stabilità della struttura.

⚠️ Sistema di elettroni pi greco delocalizzati: indicati da un cerchio all'interno di un

esagono

I sistemi di elettroni pi greco delocalizzati seguono la regola di hückel: sono aromatici

tutti i composti ciclici che possiedono un numero di elettroni pi greco pari a 4n + 2 e C

sp2. I GRUPPI FUNZIONALI

atomo o gruppo di atomi capaci di conferire una particolare reattività alla molecola di cui

fanno parte

CLASSE DI COMPOSTI: molecole con uno stesso gruppo funzionale

ALOGENODERIVATI: sostituzione di 1 o più atomi di idrogeno di un idrocarburo

con altrettanti atomi di un alogeno. Sono prodotti di laboratorio che vengono sintetizzati a

partire da alcani con reazioni di sostituzione radicalica. Sono inoltre importanti intermedi cioè

servono per preparare altre classi di composti non ottenibili direttamente dagli idrocarburi.

Si dividono in base a se l’atomo di carbonio legato all’alogeno è unito a una catena alchilica

o a un anello aromatico in:

- alogenuri alchilici

- alogenuri arilici

Si distinguono anche in base a quanti gruppi R sono presenti sul carbonio che lega l’alogeno

in:

- primari

- secondari

- terziari

Possono fare due diversi tipi di reazioni

- reazione di sostituzione dove un nucleofilo sostituisce l’alogeno

- reazione di eliminazione dove in presenza di una base l’alogeno e un H del carbonio

adiacente vengono eliminati con formazione di un nuovo legame.

Entrambe le reazioni possono essere bimolecolari (avviene in un solo stadio) o

monomolecolari (avviene in due stadi)

ALCOLI E FENOLI:

Sostituendo uno degli atomi di idrogeno di un idrocarburo con il gruppo ossidrile (-OH) si

ottengono gli alcoli che possono essere primari, secondari e terziari (in base a quanti

sostituenti R è legato l’atomo di carbonio escluso OH).

I fenoli invece hanno l’ossidrile legato direttamente al carbonio dell’anello aromatico (gruppo

arilico) hanno caratteristiche chimiche diverse dagli alcoli.

⇒

Anche gli eteri contengono un atomo di ossigeno ma a differenza di fenoli ed alcoli esso

lega due gruppi arilici.

Alcoli, fenoli ed eteri possono essere immaginati come derivati dall’acqua per sostituzione

degli atomi di idrogeno con uno o due gruppi arilici hanno la stessa geometria dell’H2O.

⇒

ALCOLI PIÙ IMPORTANTI:

● METANOLO → CH3OH: alcool molto tossico per l'uomo, causa cecità e poi morte,

è un reagente industriale e un combustibile (ma brucia senza fiamma molto

⇒

pericoloso). Possiamo produrlo attraverso la distillazione, quando distilliamo il vino

gli alcoli evaporano secondo le loro temperature di ebollizione, il metanolo ha una

temperatura di ebollizione inferiore rispetto all'etanolo, quindi la prima parte del

distillato del vino è ricco di metanolo bisogna scartare, la seconda parte si chiama

⇒

corpo e contiene gli etanoli (quindi si tiene). Nella terza parte ci sono gli alcoli

nuovamente tossici, quindi nel processo di distillazione bisogna tenere solo la parte

centrale.

● ETANOLO → CH3CH2-OH: è un combustibile

È collegato al metabolismo perché è il prodotto della fermentazione alcolica

● 1,2 ETANDIOLO → HOCH2CH2OH: viene usato come anticongelante perché ha

un punto di congelamento e anche come liquido di raffreddamento

● 1,2,3 PROPANTIOLO → HOCH2CHOHCH2OH: biologicamente si trova nei

trigliceridi e nei fosfolipidi, industrialmente è un ottimo solvente, nell’industria

cosmetica viene usato come idratante, nell’industria degli esplosivi per la

produzione della nitroglicerina (diventa esplosiva attraverso l'agitazione). Viene

inoltre usata nell’industria farmaceutica come farmaco per le cardiopatie ed è un

liquido semitrasparente

PROPRIETÀ FISICHE

● Alcoli e fenoli hanno punti di ebollizione più alti di idrocarburi ed eteri poiché i legami

a idrogeno al loro interno (possibili in quanto hanno un atomo elettronegativo ovvero

l’ossigeno e un H carico positivamente) sono più robusti delle forze di London negli

idrocarburi e delle forze dipolo-dipolo negli eteri

● All’aumentare del numero degli atomi di carbonio dal butanolo in poi la solubilità

diminuisce perché prevale il carattere idrofobico della catena idrocarburica rispetto al

carattere idrofilo del gruppo alcolico.

Gli eteri più semplici (es dimetiletere) sono solubili in acqua e in alcol in quanto non

possono associarsi tramite legami a idrogeno ma possono accettare legami a

idrogeno da composti contenenti il gruppo -OH

ACIDITÀ

● Gli alcoli sono acidi molto deboli

● I fenoli sono circa un milione di volte più acidi degli alcoli per via della loro maggiore

stabilità, qui infatti la carica negativa è delocalizzata su tutto l’anello aromatico

rispetto agli alcoli dove la carica neg