Appunti Chimica organica per il test di Medicina (parte I)

REGOLE DI NOMENCLATURA DEI COMPOSTI ORGANICI

Si identifica la catena carboniosa più lunga, denominata con il nome corrispondente al numero di atomi di C e la si numera partendo dall'estremità che permette di utilizzare i numeri più piccoli in corrispondenza dei sostituenti;

Se nel composto sono presenti due catene carboniose di uguale lunghezza, il nome corretto è quello corrispondente alla catena con il numero maggiore di sostituenti;

Se è presente un solo sostituente, il nome del composto è preceduto da un numero che indica la posizione e dal nome del sostituente stesso (quest'ultimo è omesso ovviamente nel caso di legami multipli);

Se nella catena carboniosa lo stesso sostituente è presente più volte, i numeri che indicano la posizione vanno separati da una virgola (devono essere ripetuti se necessario) e il nome del sostituente deve essere preceduto dai prefissi di-, tri-, tetra-;

Se nella catena carboniosa i...

I sostituenti sono diversi, si procede di-, tri-, tetra-denominandoli in ordine alfabetico (N.B. i prefissi non vanno considerati ai fini dell'ordine alfabetico);

Negli idrocarburi a catena ramificata il gruppo laterale legato alla catena base sostituisce un atomo di H, e si chiama SOSTITUENTE.

Se il sostituente deriva da un idrocarburo è detto gruppo o radicale alchilico (indicato con il simbolo R).

I GRUPPI O RADICALI ALCHILICI sono gruppi atomici che derivano dagli alcani per sottrazione di un atomo di H. Sono riconoscibili dal suffisso -ile.

Gli alcani, alcheni e alchini a catena lineare costituiscono una SERIE OMOLOGA in quanto differiscono solamente per la presenza di un gruppo atomico -CH₂.

INTERCONVERSIONI TRA IDROCARBURI ALIFATICI:

(etano) (etene)

ALCANI --DEIDROGENAZIONE--> ALCHENI

(etino)--DEIDROGENAZIONE--> ALCHINI

(etano) (etene)

ALCANI <--IDROGENAZIONE-- ALCHENI <--(etino)IDROGENAZIONE-- ALCHINI

Alcani

Gli ALCANI sono idrocarburi alifatici a catena aperta saturi

Per la presenza di soli legami semplici C-C di tipo sigma. Tutti gli atomi di carbonio sono ibridati sp³.

Formula generale: C_H (n=numero intero positivo, indica il numero di 2n+2 atomi di C)

Il LEGAME SEMPLICE C-C è sempre di tipo sigma e presenta un'elevata energia di legame che lo rende stabile, forte e poco reattivo (misura 1,54 Armstrong).

La configurazione elettronica allo stato eccitato è; al momento di combinarsi con altri 4 atomi, l'orbitale si combina con 3 orbitali e si ha la formazione di 4 orbitali ibridi sp³, ciascuno dei quali contiene un elettrone.

I 4 orbitali ibridi sp³ si orientano in direzione dei vertici di un TETRAEDRO con angoli di legame di 109,5° rispetto al nucleo al centro della figura.

Quando 2 atomi di C ibridati sp³ si uniscono tra loro, si verifica la sovrapposizione frontale di due orbitali ibridi sp³ e la formazione di un legame covalente omopolare C-C di tipo sigma.

L'EICOSANO ha 20 atomi di C.

L'ENERGIA DI LEGAME

è l'energia necessaria per innescare una reazione o energia liberata a seguito di una reazione; un' elevata energia di legame è indice di un legame forte. (es. butano), Nell'ISOMERIA DI CATENA a partire dall'elemento con 4 atomi di C (si ha la presenza di composti con stessa formula molecolare, ma sequenze diverse con cui sono legati gli atomi di carbonio. Nell'ISOMERIA DI CONFORMAZIONE, la presenza di soli legami semplici permette l'interconversione per rotazione di un atomo di C a cui sono legati gli atomi di H rispetto agli altri atomi di C, assumendo diverse conformazioni spaziali. Si rappresentano attraverso le PROIEZIONI DI NEWMAN, dove una circonferenza indica gli atomi di C, i legami C-H sono dei segmenti, se partono dal centro della circonferenza sono del carbonio anteriore, se partono dalla circonferenza stessa sono del carbonio posteriore. Possibili conformazioni sono eclissata (= i legami C-H dei 2 atomi di C sono allineati) più lontano

sfalsata (= i legami C-H dei 2 atomi di C sono ilpossibile), quest'ultima è la più stabile e favorita.

PROPRIETÀ FISICHE

1-4 termini (fino a butano) sono aeriformi; 5-15 sono liquidi; superiori sono solidi.

Molecole apolari, insolubili in acqua, solubili in solventi organici apolari; perché i legami C-C non sono polarizzati e i legami C-H sono poco polarizzati per la minima differenza di elettronegatività.

Densità minore dell'acqua.

Punti di ebollizione bassi per la presenza di deboli forze attrative intermolecolari (forze di London). L'aumento della temperatura di ebollizione dipende dalla massa molecolare. I punti di ebollizione sono maggiori negli alcani a catena lineare che ramificata perché hanno una struttura più compatta e ci sono più legami intermolecolari.

PROPRIETÀ CHIMICHE

Negli alcani i legami C-C e C-H sono covalenti sigma molto forti, e risultano paraffine quindi difficili da scindere:

gli alcani sono infatti anche detti ossiapoco affini, perché sono idrocarburi molto stabili e poco reattivi. La REAZIONE DI COMBUSTIONE è una reazione di ossido riduzione fortemente esotermica. (combustibile) (comburente) L'idrocarburo reagisce con O e porta alla formazione di diossido di carbonio (CO2) e acqua. In carenza di ossigeno si forma il monossido di C, inodore, incolore e tossico. La REAZIONE DI ALOGENAZIONE è una reazione di sostituzione radicalica endotermica. Avviene quando un alogeno sostituisce un atomo di H dell'alcano, forma alogenuro alchilico e acido alogenidrico. Richiede energia, luce (radiazioni UV) o calore, che permette la ROTTURA OMOLITICA del legame covalente dell'alogeno (innesco) che diventa un radicale e attacca l'alcano, si forma un altro radicale e prosegue in reazioni a specie radicalica.catena (fasi di propagazione) finché si esaurisce la Nell'ultima fase (terminazione) si formano i prodotti. Nella REAZIONE DIDEIDROGENAZIONE vengono eliminate molecole diidrogeno, producendo composti insaturi (alcheni e alchini). Il CRACKING è una reazione di frammentazione di una catena idrocarburica lunga in frammenti più piccoli, condotta ad alte temperature ed in presenza di catalizzatori. Dà luogo a una miscela di prodotti derivanti dalla frammentazione della molecola di partenza in diversi punti. Si tratta di un processo che si effettua sui residui della distillazione frazionata del petrolio per aumentare la resa in benzine e idrocarburi a basso peso molecolare. Cicloalcani I CICLOALCANI sono i più semplici idrocarburi aliciclici (alifatici e ciclici) saturi, per la presenza di soli legami semplici C-C di tipo sigma, e derivati dagli alcani a catena aperta per eliminazione di due atomi di H da due C non contigui e successiva saldatura dei due atomi di C ad essi legati. Tutti gli atomi di carbonio sono ibridati sp^3. Formula generale: C_nH_2n con n maggiore o uguale a 3.l'ibridazione sp3 degli atomi di carbonio, i cicloalcani dovrebbero presentare una struttura tetraedrica con angoli di legame di 109,5° come negli alcani, tuttavia esistono delle eccezioni: - Ciclopropano -> disposizione planare con angoli di legame di 60°. - Ciclobutano e ciclopentano -> disposizione leggermente ripiegata con rispettivi angoli di legame di 88° e 105°. - Cicloesano -> disposizione ripiegata che può assumere due diverse (a sedia e a barca) disposizioni spaziali con angoli di legame di 109,5°. Solo un cicloalcano con due o più sostituenti può presentare ISOMERIA DI POSIZIONE a partire dall'elemento con 4 atomi di C si ha la presenza di composti con stessa formula molecolare, ma sequenze diverse con cui sono legati gli atomi di carbonio. Solo un cicloalcano con due sostituenti uguali può presentare ISOMERIA cis-trans GEOMETRICA, che può essere cis o trans a seconda che i sostituenti si trovino rispettivamente.

dalla stessa parte o da parti opposte rispetto al piano dell'anello.

PROPRIETÀ FISICHE

Molto simili a quelle degli alcani.

1-2 termini (ciclopropano e ciclobutano) sono aeriformi; fino a 10 sono liquidi; superiori sono solidi.

Molecole apolari, insolubili in acqua, solubili in solventi organici apolari.

Punti di ebollizione bassi (leggermente superiori a quelli degli alcani) che aumentano con l'aumentare della massa molecolare.

PROPRIETÀ CHIMICHE

I cicloalcani sono composti stabili e poco reattivi con comportamento chimico simile a quello degli alcani. Una maggiore reattività si verifica solo (ciclopropano e ciclobutano), nei primi due termini della serie i cui angoli di legame hanno valori molto lontani da 109,5°, quindi gli orbitali ibridi si sovrappongono solo parzialmente, formando legami a elevata tensione angolare. Ciò conferisce instabilità al ciclopropano e al ciclobutano che danno reazioni di addizione.

La REAZIONE DI COMBUSTIONE

è una reazione di ossido riduzionefortemente esotermica che avviene in eccesso di O e porta alla formazione di diossido di carbonio (CO2) e acqua. La REAZIONE DI ALOGENAZIONE è una reazione di sostituzione radicalica endotermica che avviene con la rottura omolitica del legame e porta alla formazione di radicali e di cicloalcani alogenati monosostituiti. La REAZIONE DI ADDIZIONE si verifica solo per ciclopropano e ciclobutano che reagiscono con H molecolare in presenza di un catalizzatore o con bromo in presenza di luce e portano all'apertura dell'anello con formazione della corrispondente catena lineare. Alcheni Gli ALCHENI sono idrocarburi alifatici a catena aperta insaturi per la presenza di un doppio legame C=C. Gli atomi di carbonio del doppio legame sono ibridati sp². Formula generale: C_nH_2n con n maggiore o uguale a 2. Il LEGAME DOPPIO C=C è considerato il gruppo funzionale degli alcheni. Esso è sempre costituito da un legame sigma e uno pi-greco.

presenta unalunghezza inferiore (1,34 Armstrong) rispetto a un legame semplice, perché i 4elettroni condivisi avvicinano i due nuclei più di quanto possa fare un solodoppietto.

Il doppio legame impedisce inoltre la libera rotazione dei gruppi legati aldoppio legame C=C e irrigidisce la struttura.

La configurazione elettronica allo stato eccitato è al momento di combinarsi con altri 3 atomi l'orbitale si combina con 2 orbitali e si ha la formazione di 3 orbitali ibridi sp2, ciascuno dei quali contiene un elettrone.

I 3 orbitali ibridi sp2 si dispongono sullo stesso piano e si orientano in