Appunti chimica organica I

CARBONIO

Il metano raggiunge l'ottetto mediante legame covalente con altri atomi.

• A + B (energia)
• AB = più stabile

AB può essere distaccato attraverso l'energia di legame:

• Omoletica: AB → A° + B°
• Eterolitica: AB → A⁺ + B⁻

Circa 100 kcal/mole (serve più energia)

Carica formale:

CH₃CH₂O⁻: Carica negativa (ha 2 elettroni) ossigeno CH₃CH₂OH: Carica positiva (ha 5 elettroni) ossigeno

Termodinamica ripasso:

Calore di combustione = calore liberato nella combustione di 1 mole di combustibile (energia per rompere i legami)

∆Q = calore fornito + calore liberato

Potere calorifero = calore di combustione per unità di peso

Alcani

Idrocarburi saturi (massimo n° di H possibili)

l'atomo di carbonio ha ibridazione sp³ (forma 4 legami)

CH₄ Metano C₂H₆ Etano C₃H₈ Propano C₄H₁₀ Butano C₅H₁₂ Pentano C₆H₁₄ Esano

Ibridazione sp³

109.5° Tetraedro

Etano: Legame σ

FORMULA COMPATTA CH₃–CH₃

FORMULA ESTESA

H H

| |

H–C–C–H

| |

H H

CABBONIO PRIMARIO CH₃–CH₂=CH₃

CABBONIO SECONDARIO CH₃–CH₂–CH₃

CH₃–CH₂–CH₃

BUTANO

• VI SONO DIVERSE STRUTTURE POSSIBILI (ISOMERIA STRUTTURALE)
• CH₃–CH₂–CH₂–CH₃ N–BUTANO
• CH₃–CH_–CH3
• CH₃ ISOBUTANO

PENTANO

1. N–PENTANO CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃
2. ISOPENTANO CH₃–CH₂–CH₂–CH₃
3. CH₃
4. NEOPENTANO
5. CH₃–C–CH₃
6. CH₃

ISOMERIA

1. DIVERSO PUNTO DI EBOLLIZIONE. DIVERSE FORZE DI LEGAME E PROPRIETÀ ELETTATTIVITÀ

- ALCANI A CATENA LINEARE PRESENTANO PUNTI D'EBOLLIZIONE PIÙ ALTI RISPETTO AI RAMIFICATI: MINORE FORZE DI LONDON TRA LE MOLECOLE PERCHÈ PIÙ CONDENSATI

ES PENTANO 36°

ISOPENTANO 22°

Reattività degli alcani

Il metano (come tutti gli alcani) non reagisce con acidi e basi anche se forti.

- Reagisce con alcuni alogeni per riscaldamento o irraggiamento con luce UV.

CH₄ + X₂ –> CH₃X + HX

La velocità della reazione dipende dall'alogeno scelto (F > Cl > Br) con lo iodio non avviene

1. La formazione dei 2 composti rilascia energia tranne che per lo iodio (endotermica).
2. Il primo legame che si rompe è quello dell'alogeno (serve meno energia rispetto al C-H) e l'alogeno che strappa l'idrogeno al carbonio

X₂ –> 2X• –> X• è un radicale

-X• + CH₄ –> H₃C• + HX

H₃C• + X₂ –> CH₃X + X•

Successivamente è il carbonio che attira l'alogeno

Processo a catena

Spiega velocità di reazione

CH₄ + Cl₂

Il primo step è il più lento e determina la velocità della reazione:

1. L'energia di attivazione del bromo è maggiore rispetto al cloro (la collina è più alta)
2. Alla stessa temp si formeranno più H₃CCl che H₃CBr
3. Se però aumento la temperatura ci saranno comunque più CH₃CCl ma l'aumento di CH₃CBr sarà maggiore in velocità.

Radicale CH₃•

Stato eccitato

Proiezionato

Se avvenisse prima Cl^• + CH₃-H –> CH₃CCl + H^•

La spesa energetica sarebbe maggiore anche se il prodotto finale è lo stesso.

Un fase di terminazione si ha con il composto in eccesso

CH₃• + CH₃• –> CH₃CH₃

Cl^• + Cl^• –> Cl₂

Configurazione degli Alcheni

- Non c'è libera rotazione intorno al legame, serve energia per rompere il legame π

- Vi sono 2 diastereoisomeri: cis e trans (configurazionale)

CH₃ — CH₃ cis

CH₃ — C=C — CH₃ trans

- Più stabile (meno ingombro sterico)

Nomenclatura

1. Numero catena
2. Posizione doppio legame (metto solo il numero più piccolo)
3. Stereoisomeri
4. Suffisso -ene
5. Doppio legame nei cicloalcheni, è sempre messo in posizione 1 e non appare nel nome
6. Nomenclatura cis trans diventa ambigua per due sostituenti -> B usa E-Z
   • Si individuano i sostituenti a maggiore priorità su entrambi i lati
     • - Nella stessa parte Z
     • - Parte opposta E

Reattività Alcheni

- Reazione di addizione

- Si rompe un legame π e si formano due legami σ. Cambi di ibridazione sp2 => sp3

C=C + X=Y => C-C + 2Y

(legami σ)

Rottura legame π sp più deboli – Idratazione

Alchene + H₂ => Alcano + Calore Reazione Esotermica

- La quantità di calore dipende dagli alcheni di partenza(numero sostituenti e istereo[chimica])A°2, D°10, A°10

REAZIONI RADICALICHE - ANTIOSSIDANTI

• Antiossidante: ferma l'ossidazione
• In natura sono presenti ossidanti (es. vitamina E) che prevengono l'ossidazione e le reazioni radicaliche reagendo con i radicali stessi.
• Vengono inseriti ai cibi per prevenire.

POLIMERIZZAZIONE ALCENI

• Gli alcheni possono convertire in composti ad alto peso molecolare POLIMERI.
  • Lunghe catene con struttura che si ripete.
• La polimerizzazione è regiospecifica avviene il legame C-C sempre solo dalla "testa" del monomero e la "coda" di un altro.
  • Avviene attraverso radicali.
• Impiegato industrialmente (plastica).

AGGIUNTA CARBENI

• Sono intermedi altamente reattivi con 6 elettroni
• Si addizionano al doppio legame per formare ciclopropani.

COME SI FORMANO

1. DIAZOETANO
   • :N≡N=CH₂ ↔ :N≡N=CH₂
   • :N=N=CH₂ → N₂ + ICH₃
   • Tossico ed esplosivo
2. ALLA ELIMINAZIONE:
   • CHCl₃ + KOH ⇌ K⁺CCl₃ + H₂O
   • Cl-C=Cl ⇌ Cl=C=Cl + Cl⁻
   • Esplosiva
3. SIMMONS-SMITH
   • CH₂I₂ + 2m (Cu) → ICH₂ZmI

C può essere attaccato da un nucleofilo e l'alogeno può distaccarsi:

• X δ-
• C δ+
• C - X
• C - H δ+

CH3I < CH3Br < CH3Cl < CH3F

1. grandi forze intermolecolari -> alto punto di eb.
2. grande massa -> alto p. eb.

La reattività degli alogenuri:

1. aumenta carica positiva dell'atomo C, sostituzione alogeno.
2. aumento dell'acidità del legame C-H del carbonio stesso all'aumentare del nucleofilo adiacente -> si facilita la formazione del doppio legame C=C (betaeliminazione).
3. sono terzo loro in coinerzione

Reazione di sostituzione nucleofila

• -C-C _| H + Nuc⁻ -> -C-C _| Nuc + X⁻

L'alogeno essendo più elettronegativo trattiene gli elettroni il gruppo che sostituisce è un nucleofilo

Reazioni betaeliminazione

• -C-C _| H + B⁻ -> C=C + X⁻ + HB

Derprogenazione a causa del rifiutino della carica negativa per la perdita dell'alogeno

2 meccanismi:

• SN2 V=kvs[RX][Nuc]
• CH3CH2Br + CH3O⁻ -> CH3CH2OCH3 + Br⁻
• SN1 V=kvs[RX]
• (CH3)3C-Br + CH3OH -> (CH3)3COCH3 + HBr

Velocità reazione di sostituzione

RBr + I⁻ -> RI + Br⁻

• Quando il bromo è legato ad un carbonio primario è più veloce rispetto al terziario.Nel metile è molto più veloce in tutte.
• l'aumentare della catena diminuisce la velocità perché aumenta l'ingombro sterico.
• se nella catena c'è un doppio legame o benzene o ossigeno aumenta.
• l'ingombro sterico diminuisce la velocità della reazione