Appunti chimica organica

CHIMICA ORGANICA

LEGAMI:

1) LEGAME COVALENTE

Due atomi mettono in compartecipazione un elettrone a testa

 Legame di tipo elettrostatico



2) FORZE DI DISPERSIONE DI LONDON

Deboli interazioni che si generano nelle molecole apolari

 Legami di breve durata

 Dipolo istantaneo

 La forza aumenta con una maggiore forza molecolare

 Non sono legami solubili in acqua

 Tiene uniti gli idrocarburi



3) LEGAME DIPOLO – DIPOLO

Dipolo permanente

 Gli elettroni sono sempre spostati più verso l’atomo più elettronegativo

 Attrazione elettrostatica

 Solubili in acqua

 Legame polarizzato

 Forze deboli

 A parità di massa molecolare l’ossigeno alza il punto di ebollizione



4) LEGAME A IDROGENO

Mediato dall’idrogeno

 Legame forte

 Solubile in acqua



Isomeri costituzionali

Costituzionale = diversi gruppi funzionali

 Di posizione = stessi gruppi funzionali ma diversa posizione

 Geometrica = cis/trans



Stereoisomeria

Enantiomeri = molecole non sovrapponibili alla propria immagine speculare

 Una molecola è detta chirale se ha 4 sostituenti diversi

Questo carbonio si chiama carbonio stereogenico

Configurazione assoluta enantiomero sx e enantiomero dx



Gli enantiomeri hanno proprietà chimico fisiche identiche

Luce polarizzata = isomeria ottica polarimetro

 

Destro giro (+) e levo giro (-)

Diasteroisomeri = stereoisomeri che non sono enantiomeri

 Hanno proprietà fisiche diverse

K grande = pK piccola (+ acido)

a a

K piccola = pK grande (-acido)

a a

diminuzione di densità elettronica

Ossidazione: da parte di un carbonio per:

- formazione di C—O, C—N, C—X.

- scissione di C—H.

guadagno di densità elettronica

Riduzione: da parte di un carbonio per:

- formazione di C—H.

- scissione di C—O, C—N, C—X IDROCARBURI

Sono composti organici formati prevalentemente da atomi di idrogeno e atomi di

carbonio. Gli atomi di carbonio (C) sono legati tra loro a formare lo scheletro della

molecola, mentre gli idrogeni (H) sporgono da questo scheletro. Gli idrocarburi sono

l’unica categoria di composti organici privi del gruppo funzionale (per gruppo

funzionale si intende una parte specifica della struttura di una molecola che conferisce

al composto una reattività tipica e simile a quella di altri composti contenenti lo stesso

gruppo. Per esempio, il gruppo (-OH) identifica la parte funzionale degli alcoli. In

pratica, tutte le molecole che contengono un gruppo (-OH) hanno un comportamento

chimico-fisico similare).

Gli idrocarburi si possono suddividere in diversi modi.

In base al loro stato fisico nelle condizioni di pressione e di temperatura ambientali si

distinguono:

• idrocarburi solidi o semisolidi (per esempio l’asfalto e il bitume);

• idrocarburi liquidi, come i costituenti del petrolio (benzene, esano, ottano ecc.);

• idrocarburi gassosi, quali metano, etano, propano, butano ecc.

Dal punto di vista delle proprietà chimiche, gli idrocarburi si distinguono in due grandi

gruppi a loro volta suddivisi in sottogruppi:

• idrocarburi alifatici: con atomi di carbonio legati a formare catene lineari, ramificate

(aciclici) o ad anelli (aliciclici); questi possono essere ulteriormente suddivisi in saturi e

insaturi a seconda che siano presenti o meno uno o più legami multipli;

• idrocarburi aromatici: dotati di “aromaticità”, una proprietà chimica derivata da un

anello benzenico, che li rende particolarmente stabili.

A seconda dei tipi di legame C-C presenti nella molecola (singolo, doppio o triplo) e

della loro geometria (lineare, ramificata, ciclica), gli idrocarburi alifatici si dividono in:

• idrocarburi saturi, con soli legami singoli C-C, come gli alcani e i cicloalcani;

• idrocarburi insaturi, che contengono almeno un legame C-C multiplo (cioè doppio o

triplo), quali gli alcheni, i dieni, i cicloalcheni, gli alchini, i cicloalchini.

ALCANI:

Idrocarburi saturi

 Formula bruta = C H

 (n) (2n+2)

Ibridazione sp3

 Tutti legami sigma

 Radicali alchilici = li ottengo togliendo 1 H

 Nomenclatura

 -ANO

o Metano – etano – propano – butano – ecc

o 1. Individuo la catena più lunga che darà il nome di base

2. Numero la catena in modo che i carboni con i sostituenti

siano il più in basso possibile

3. Dò il nome ai sostituenti e li pongo in ordine alfabetico (es 5-

etil-3-metil-ottano)

Stato fisico

 C1-C4 = gas

o C5-C17 = liquidi

o C17 - in poi = solidi

o

Si dividono in

 Primari = 1C

o Secondari = 2C

o Terziari = 3C

o Quaternari = 4C

o

Polarità

 Molto bassa o nulla (i composti polari evaporano prima)

o

Solubilità

 Alta in solventi apolari (benzene, toulene, diclorometano)

o bassa o nulla in solventi polari (acqua, alcoli)

o sono insolubili in acqua e nei solventi polari in quanto non hanno la

o possibilità di formare ioni o ponti idrogeno

Altre proprietà chimico-fisiche

 Odore tipico della benzina

o Inerzia chimica

o Infiammabilità

o

Punto di fusione

 Si alza all’aumentare dei carboni

o

Punto di ebollizione

 Si alza all’aumentare dei carboni

o (il punto di ebollizione diminuisce all’aumentare della sfericità della

o molecola, a parità di altri fattori)

Isomeria

 Di struttura (o di catena)

o Conformazionale

o

Densità

 Minore di quella dell’acqua

o

Reazioni

 Gli alcani mostrano una scarsa reattività chimica e il termine con cui

o venivano chiamati un tempo, cioè “paraffine”, deriva appunto dalla loro

scarsa tendenza a reagire, perfino con acidi e basi forti.

Queste molecole subiscono reazioni di sostituzione, nelle quali un atomo

o legato al carbonio viene allontanato e sostituito da un altro, in particolare

un alogeno (alogenazione).

Poiché negli alcani sono presenti legami covalenti pressoché omopolari,

o la reazione avviene per rottura omolitica (o radicalica) del legame, cioè

gli elettroni di legame vengono suddivisi in parti uguali tra i due atomi,

dando origine a radicali (A:B → A• + B•), che andranno a combinarsi con

specifici reagenti, per esempio alogeni opportunamente trasformati

anch’essi in radicali.

La formazione di radicali è un processo che richiede energia ed è favorita

o dal calore e dai raggi U.V. Le reazioni di questo tipo sono piuttosto

violente e spesso procedono con un meccanismo “a catena”.

L’alogenazione porta alla sintesi di composti chiamati alogenuri alchilici.

o Anche la combustione richiede l’innesco con calore, affinché gli alcani

o reagiscano con l’ossigeno, ossidandosi ad anidride carbonica e acqua. La

reazione, tipica di questi idrocarburi, svolge un’elevata quantità di

energia termica: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2 O + calore

CICLOALCANI:

Formula

 Cn H2n

o

Ibridazione

 sp3

o

Il più semplice è il ciclopropano formato da tre atomi di carbonio, segue il

 ciclobutano, il ciclopentano e il cicloesano, rappresentati rispettivamente con il

triangolo equilatero, il quadrato, il pentagono e l’esagono.

A ogni vertice delle figure corrisponde un gruppo CH2

 Nomenclatura

 1. Il nome del cicloalcano deriva dall’alcano corrispondente a cui si antepone

la parola “ciclo”.

2. I sostituenti sulla catena vengono numerati in modo che abbiano la

numerazione più bassa possibile e vengono elencati in ordine alfabetico

(indipendentemente dal numero corrispondente).

3. Se è presente un solo sostituente non serve numerazione (per esempio

metilcicloesano).

4. Se sono presenti due sostituenti, a quello per primo in ordine alfabetico va

dato il numero 1 (per esempio 1-etil-2-metilciclobutano e non 1-metil-2-

etilciclobutano).

ALCHENI:

Idrocarburi insaturi

 Formula bruta = C H

 (n) (2n)

Ibridazione sp2

 Il quarto legame è dato da un legame π

 Nomenclatura

 -ENE

o Etilene (etene) – propene – butene – pentene – esene - ecc

o 1. Individuo la catena più lunga con il doppio legame che darà

il nome di base

2. Numero la catena in modo che i carboni con il doppio

legame siano il più in basso possibile

3. Indico davanti al nome della catena il numero più basso dei

due carboni con il doppio legame

4. Dò il nome ai sostituenti e li pongo in ordine alfabetico (es 2-

etil-3-metil-1-butene)

Stato fisico

 C2-C5 = gas

o C6-C16 = liquidi

o C17 – in poi = solidi

o

Polarità

 Leggermente

o

Solubilità

 Solubili in solventi polari

o Insolubili in solventi apolari

o

Altre proprietà chimico-fisiche

 o

Punto di fusione

 Si alza all’aumentare dei carboni

o

Punto di ebollizione

 Si alza all’aumentare dei carboni

o Più bassa degli alcani

o

Isomeria

 Di posizione (del doppio legame)

o Geometrica (cis / trans)

o

Densità

 Più alta degli alcani

o

Reazioni

 Le reazioni avvengono sul doppio legame e dipendono sempre da

o interazioni tra cariche elettriche

Nucleofili = amanti del nucleo

o Elettrofili = amanti degli elettroni

o Gli alcheni reagiscono con gli elettrofili

o Rottura omolitica

 Quando la rottura del legame avviene in modo tale che

o ciascun frammento conservi un elettrone

Rottura eterolitica

 il doppietto elettronico viene acquisito da uno dei due atomi,

o che si carica negativamente, mentre l’altro atomo assume

carica positiva:

A:B → A:– + B+

Reazioni di addizione

o Addizione elettrofila (addizione di acidi alogenidrici)

 Idratazione

 Alogenazione



Riduzioni

o Idrogenazione

 Ozonolisi



Reazioni di polimerizzazione

o

CICLOALCHENI:

Questi composti hanno, come i cicloalcani, catena chiusa e presentano uno o

 più doppi legami; le regole di nomenclatura sono uguali a quelle degli alcheni,

da cui differiscono per la presenza del termine “ciclo”. Nel caso sia presente un

solo doppio legame, questo occuperà sempre la posizione 1.

ALCHINI:

Idrocarburi insaturi

 Formula bruta = C H

 (n) (2n-2)

2 legami π

 Ibridazione sp

 Nomenclatura

 -INO

o etino – propino – butino – ecc

o 1. Individuo la catena più lunga con il triplo legame che darà il

nome di base

2. Numero la catena in modo che i carboni con il triplo legame

siano il più in basso possibile

3. Indico davanti al nome della catena il numero più basso dei

due carboni con il triplo legame

4. Dò il nome ai sostituenti e li pongo in ordine alfabetico

Stato fisico

 C2-C4 = gas

o C5- in poi = liquidi

o

Solubilità

 Alta in solventi apolari (benzene, toulene, diclorometano)

o bassa o nulla in solventi polari (acqua, alcoli)

o

ALOGENODERIVATI:

R-X = alogenuri alchilici

 Ar-X = alogenuri arilici

 Polarità

 Bassa

o

Solubilità

 Alta in solventi apolari

o Bassa in solventi polari

o

Impatto ambientale

 Alto

o

Reattività

 Sostituzione nucleofila (nucleofilo sostituisce alogeno)

o

AROMATICI:

struttura oscillatoria (es benzene)

 reazioni

 non fanno addizione elettrofila perché perderebbero il doppio legame

o (aromaticità) che li rende stabili

reazione di sostituzione = idrocarburi aromatici ( prodotti dalla

o combustione con più anelli – più tossici)

sostituzione elettrofila

 ALOGENAZIONE –X

 NITRAZIONE –NO2

 SOLFURAZIONE –SO3H

 ALCHILAZIONE –R

 ACILAZIONE –COR



Composti eterociclici = hanno un sostituente al posto del carbonio (N) (O)

 GRUPPI FUNZIONALI

ALCOLI:

Gruppo ossidrile OH

 Proprietà chimico fisiche

 Solubilità

o buona in acqua per alcoli a basso peso molecolare

 buona anche in solventi organici oltre un certo peso molecolare



Punto di ebollizione

o Più alto di quello degli alcani corrispondenti

 Aumenta con un maggiore numero di gruppi ossidrilici



Forma legami a idrogeno

o Si comporta sia da base sia da acido

o

Nomenclatura

 –OLO

o Oppure ALCOL …. –ICO

o 1. Trovo la catena più lunga con OH

2. Numero in modo che s