Caratteristiche e reattività dei principali composti organici

REAZIONI DEI COMPOSTI ORGANICI:

- ALCANI: bassissima reattività (elevata energia di attivazione)

COMBUSTIONE: reazione con ossigeno, produzione di anidride

o carbonica, acqua e calore di combustione

ALOGENAZIONE: reazione con alogeni, sostituzione di tot atomi di

o H con tot atomi di alogeni, elevata energia di attivazione

- ALCHENI: addizione al doppio legame C–C (per rompere legame π)

(addizione elettrofila)

IDROALOGENAZIONE (addizione di acidi alogenidrici): addizione

o di HCl, HBr, HI per formare Alogenoalcani.

REGOLA DI MARKOVNIKOV: nell’addizione di HX ad un alchene,

l’idrogeno si lega all’atomo di carbonio che ha già legato il maggior

numero di atomi di idrogeno, l’alogeno si lega all’altro atomo di

carbonio.

meccanismo di reazione:

 addizione di H all’alchene (addizione elettrofila)

+ 

formazione del CARBOCATIONE (atomo di C che ha donato un

stadio

elettrone all’altro C, perché potesse legarsi con H ) –

+

lento

 attacco del nucleofilo (Cl ) al carbocatione. Carbocatione

-

terziario > secondario > primario (carica delocalizzata sugli

atomi adiacenti, se maggiore è il loro volume, maggiore è la

stabilità) per questo l’attacco avviene in un carbonio



intermedio della catena

IDRATAZIONE: con catalizzatore acido, acqua si addiziona a C=C

o per formare un alcol, seguendo sempre la regola di Markovnikov.

(H O H e OH )

+ -



2

meccanismo di reazione (3 stadi):

addizione di H (del catalizzatore) all’atomo di C=C

+

 formazione del legame tra il carbocatione e H O, con

 2

mantenimento di una carica positiva (delocalizzata).

distacco di un protone dall’acqua già legata all’ex

 carbocatione, con il suo trasferimento all’acqua e

rigenerazione del catalizzatore.

ALOGENAZIONE: aggiunta di Cl o Br

o 2 2

IDROGENAZIONE (riduzione): reazione catalizzata da un metallo

o di transizione, aggiunta di H 2

- ALCHINI: danno vita alle stesse reazioni degli alcheni, con la differenza

che una singola reazione porta alla formazione di un alchene intermedio,

poi è uguale.

- ARENI: reazione più comune è la sostituzione ad un carbonio dell’anello

(di H):

SOSTITUZIONE ELETTROFILA AROMATICA:

ALOGENAZIONE: prodotto clorobenzene

o NITRAZIONE: prodotto nitrobenzene

o SOLFONAZIONE: prodotto acido benzensolfonico

o ALCHILAZIONE: prodotto un alchilbenzene (R–benzene)

o ACILAZIONE: prodotto un acilbenzene (C=O,R–benzene)

o

1 - ALOGENURI ALCHILICI: R–X, sono molecole molto versatili, tramite la

sostituzione nucleofila e la beta-eliminazione possono trasformarsi in:

alcoli, eteri, tioli, ammine e alcheni (le due reazioni sono in

competizione). Si usano alogenuri come uscenti perché sono molto

efficaci (NH OH CH O raramente agiscono da gruppi uscenti)

- -

2 3

SOSTITUZIONE NUCLEOFILA: un nucleofilo viene sostituito da un

o altro, ioni alogenuro sono comunemente nucleofili uscenti. (carica -

neutro, neutro carica + [possibile trasferimento di un protone

 

successivo per avere prodotto neutro]). In base a tempi di rottura

due meccanismi limite:

sostituzione nucleofila bimolecolare.

 S 2: Avviene tutto in un

N

passaggio: il nucleofilo attacca il centro reattivo dal lato

opposto rispetto al gruppo uscente, stato di transizione con

simultanea rottura e formazione dei legami. Velocità di

reazione dipende da entrambe le specie.

se la reazione è condotta su uno stereocentro, si avrà una

inversione di configurazione dall’alogenoalcano iniziale.

sostituzione nucleofila monomolecolare.

 S 1: Solo l’alogenuro

N

alchilico è coinvolto nello stadio che determina la velocità di

reazione (stadio lento):

 scissione eterolitica del legame C–X e formazione del

carbocatione intermedio (stadio lento – reazione che

porta a formazione del carbocatione attraversa la

barriera di energia potenziale più alta)

 attacco del nucleofilo al carbocatione (stadio veloce)

 (se prodotto ancora positivo) trasferimento di un

protone e prodotto neutro. (es NH , H O)

3 2

se la reazione è condotta su uno stereocentro, si formerà

una miscela racemica (stessa quantità stereoisomeri R e

S)

FATTORI ELETTRONICI: un carbocatione primario è troppo

 instabile e non si forma, uno terziario si forma comunemente,

uno secondario può formarsi

INGOMBRO STERICO: per dar vita all’S 2 un nucleofilo deve

 N

avvicinarsi il più possibile al centro di reazione, e questo è più

facile quando l’alogenoalcano è primario, forse secondario,

impossibile quando è terziario. (carbocatione instabile,

 COMPOSTO PRIMARIO: S 2

N

nessun ingombro) (dipende da

 COMPOSTO SECONDARIO: S 1 o S 2

N N

altro, natura del solvente, struttura del nucleofilo,

gruppo uscente)

SOLVENTI PROTICI: con gruppi OH sono in grado

o di solvatare anioni e cationi, favoriscono S 1. +

N

nucleofili deboli

SOLVENTI APROTICI: senza gruppi OH possono

o lasciano anioni nudi

solvatare solamente cationi,

e molto reattivi, S 2 favorita. + nucleofili forti

N

2 (carbocatione stabile,

COMPOSTO TERZIARIO: S 1

 N

ingombro sterico)

DEIDROALOGENAZIONE,

β – ELIMINAZIONE: rimozione di un H e

o un X da due carboni adiacenti con formazione di un alchene

(legame C=C). Da una