Chimica organica

STRUTTURA e LEGAME

LA TAVOLA PERIODICA

🔻 Un orbitale s presenta una densità elettronica sferica e una energia più bassa di altri orbitali nello stesso livello

🔻 Un orbitale p presenta una forma a due lobi e contiene un nodo di densità elettronica presso il nucleo. Presenta una energia più alta

• Orbitale s:
  • nucleo
  • energia più bassa
• Orbitale p:
  • non c'è densità elettronica nel nucleo
  • energia più alta

Dal momento che è presente un solo orbitale nel primo livello, ed ogni orbitale può contenere al massimo 2 elettroni, ci sono 2 elementi nella prima riga: H e He

• Prima riga
  • H 1s¹
  • He 1s²
  • configurazione elettronica

Ogni elemento della seconda riga della Tavola periodica presenta quattro orbitali disponibili ad accettare ulteriori elettroni: un orbitale 2s e tre orbitali 2p

• Orbitale 2s
• Orbitale 2px
• Orbitale 2py
• Orbitale 2pz

Tutti e tre gli orbitali 2p sullo stesso sistema di assi

CARICA FORMALE OSSERVATA NELLE COMUNI CONFIGURAZIONI DI LEGAME PER C, N, E, O

ECCEZIONI ALLA REGOLA DELL'OTTETTO

• Elementi nei gruppi 2A e 3A
• F:
• H-Be-H
• ::F-B-F::

LA FORMA DELLE MOLECOLE - LA LUNGHEZZA DI LEGAME

Due variabili definiscono la struttura di una molecola: lunghezza di legame e angoli di legame.

• La lunghezza di legame diminuisce lungo una riga della Tavola periodica con la diminuzione della dimensione dell'atomo.

C-H > N-H > O-H

AUMENTO LUNGHEZZA DI LEGAME

• La lunghezza di legame aumenta scendendo lungo una colonna della tavola periodica con l’aumento della dimensione dell’atomo.

H-F < H-Cl < H-Br

AUMENTO LUNGHEZZA DI LEGAME

L'ANGOLO DI LEGAME

L'angolo di legame determina la forma intorno ad ogni atomo legato ad altri due atomi.

Il numero di gruppi che circonda in particolare atomo determina la sua geometria. Un gruppo è sia un atomo sia una coppia solitaria di elettroni.

La disposizione più stabile tiene questi gruppi il più possibile distanti uno dall'altro. Questo è esemplificato nella Teoria delle Ripulsione tra le coppie elettroniche nei livelli di Valenza - Valence Shell Electron Pair (VSEPR) theory.

• DUE GRUPPI → GEOMETRIA LINEARE → ANGOLO DI L. 180°
• TRE → PLANARE → ANGOLO DI L. 120°
• QUATTRO → TETRAEDRICA → 109.5°

Ibridazione sp³

Tutti legami σ

Attorno a questo legame esistelibera rotazione→no isomeria

perché uno degli atb. che non si è ibridato ed èrimasto nella forma debolase sta sopra e sotto alpiano di legame

Questa geometria non permettelibera rotazione attorno →al doppio legame

orbitali molecolari

debole e labile

Lunghezza di legame e forza di legame

• All'aumentare del numero di elettroni fra due nuclei, i legami diventano più forti e corti
• I legami tripli sono + corti e + forti dei leg. doppi che a loro volta sono + corti e forti dei leg. singoli

^{lunghezza di leg. crescente}

C - C   C = C   C ≡ C

_{forza di leg. crescente}

La lunghezza e la forza dei legami C-H varia dipendentementedall'ibridazione dell'atomo di C.

Effetti della risonanza

Effetto della risonanza è il più importante perché la stabilizzazione di una carica, sia essa negativa o positiva, per risonanza è ciò che mi fa capire chi è il più acido di tutti

Avviene la risonanza, cioè la carica negativa va ai legami (perché sono 2 elettroni), e viceversa.

Risonanza (effetto per cui si muovono solo dei legami e degli elettroni)Si ha solo in questo caso.

A ⇔ B ⇔ C ⇩A - B = C

Table 3.2

Compounds Containing C-Z Bonds

• Alkyl halide
• Alcoli
• Ether
• Ammine
• Thiols
• Sulfide

Table 3.3

Compounds Containing a C=O group

• Aldehyde
• Ketone
• Carboxylic
• Esteri
• Amide
• Aride cloruri degli

Perché è importante il GRUPPO CARBONILICO?

• Il legame polare C=O rende il carbonio carbonilico un elettrofilo, mentre le coppie solitarie sull`O` gli permettono di reagire come un nucleofilo e come una base.
• Il gruppo carbonilico contiene inoltre un leg. π che si rompe e facilmente di un leg. σ C-O. Il leg. π e' facile e facilmente idrolizzabile per la sovrapposizione di effetti uici e una compartecipazione rettara.

(In chimica organica si usano 2 tipi di nomenclature: la nomenclatura IUPAC e la nomenclatura Tradizionale)

Negli alcani e negli altri composti organici gli atomi di C sono classificati in base al numero di carbonio a essi direttamente legati

• carbònio primario
• carbònio secondario
• carbònio terzìario
• carbònio quaternario

Esempi:

• carbònio primario

H₃C - CH₃

ETANO

H - C - CH₃

carbònio secondario

H₂C

CH

CH₃

PROPANO

C₁, C₃ — primarioC₂ — secondario

CH₃

CH₂

C - CH₂ - CH₃

CH₂

CH₃

3,3-DIMETIL ESANO

H₃C - C₃ - CH₃

CH₃ C

2-ETIL-PROPANO

H - C - OH

CH₃ 2^o - PROPANOLO

H₃C - CH₂ - OH

ETANOLO

60° sfavorito rispetto alla struttura lineare

120° non esiste!

solo favoriti rispetto alle loro strutture lineare

angoli di legame 109.5°

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

ENTROPIA

I gradi di libertà rotazionali nell'esano sono tantissimi (S↑)

Viceversa: in una molecola ciclica non c'è tanta libertà di rotazione (S↓)

ΔG = ΔH - TΔS

Quindi se non vario T e ΔH = 0, differisce solo ΔS

Il cicloesano ha il ΔG + basso

6 idrogeni assiali

6 idrogeni equatoriali

1,2 - DIMETIL CICLOESANO

ma anche...

oppure

Cl^- è la base coniugata di un buon acido forte

2-BROMO-PROPANO

2.^sp3 è chirale? No, perché ha 2 uguali

Unico legame che può essere polarizzato è quello tra C e Br.

si può scindere facilmente in reaz. di sostituzione nucleofila → formazione di nuovi gruppi funzionali

SOSTITUZIONI NUCLEOFILE

1. MONOHOLECOLARE S_N1
2. BIHOLECOLARE S_N2

NON si forma mai perché è troppo instabile

CARBOCATIONE

dipolo

si forma sempre perché la carica positiva viene difesa da altri atomi di C

SOSTITUZIONE MONOHOLECOLARE (S_N1)

Avviene solo per alogeni alchilici terziari

x = Cl, Br, I