Chimica organica

Chimica organica I

Chimica e tecnologie farmaceutiche Università di Parma esame 1° anno

Sommario

• 16. Alcheni ........................................................... 41
• Nomenclatura degli alcheni ................................... 41
• Proprietà degli alcheni ........................................... 43
• 1. Introduzione alla chimica organica ........... 6
• 7. Reazioni composti organici ........................ 44
• Sintesi organica di sostanze .................................... 6
• Meccanismo di reazione ........................................ 44
• Trasformazione delle sostanze organiche .............. 6
• Reattività alcheni – addizione elettrofila 47
• Struttura molecolare ............................................... 7
• Acidi alogenidrici + alcheni ............................ 47
• Gruppi funzionali ..................................................... 8
• Stabilità dei prodotti - Markovnikov.......... 48
• Perché il carbonio? .................................................. 8
• Cenni di chimica inorganica............................. 8
• 8. Stereochimica ............................................... 51
• Enantiomeri ........................................................ 52
• 2. Rappresentazione delle molecole .............. 10
• Molecole con più centri stereogenici ........ 54
• Carica formale ....................................................... 11
• Proiezioni di Fischer...................................... 55
• Teoria orbitali molecolari ...................................... 11
• Mesoforme stereoisomeri .......................... 56
• Stereochimica e sistemi viventi ................. 58
• Teoria VSPER .......................................................... 13
• Stereoisomeria e il caso dei cicloesani bisostituiti....................................................... 59
• Teoria ibridazione .................................................. 13
• Proprietà degli enantiomeri ..................... 60
• Rappresentazione d’interesse delle molecole ...... 13
• Come la geometria molecolare incide sulle proprietà chimico-fisiche ....................................... 13
• Reattività alcheni ............................................ 63
• Forze intermolecolari ................................ 14
• Addizione elettrofila di un reagente non simmetrico – alcheni ........................................ 63
• Punto di ebollizione ............................................... 15
• Idratazione degli alcheni e formazioni degli alcoli .......................................................... 64
• Punto di fusione ..................................................... 15
• Solubilità ................................................................ 15
• Ossimercuriazione-riduzione degli alcheni................................................................................ 65
• 3. Alcani ............................................................. 16
• Reazioni di addizione di alogeni agli alcheni ................................................................................ 67
• Nomenclatura alcani ............................................. 16
• Proprietà fisiche alcani .......................................... 21
• Formazione di aloidrine .................................. 68
• Reazioni degli alcani .............................................. 21
• Idroborazione degli alcheni .......................... 69
• Introduzione stereoisomeria ................................. 22
• Idroborazione – ossidazione degli alcheni per ottenere alcoli ........................................... 70
• Isomeria conformazionale e proiezioni di Newman ........................................................ 22
• Reazioni di ossidazione alcheni ..................... 71
• Diossidrilazione alcheni (formazione di dioli con osmilazione) ................................................ 71
• 4. Alcani ciclici .................................................. 24
• Stereoisomeria configurazionale: isomeria cis – trans ...................................... 25
• Scissione ossidativa di dioli con HIO4 ...... 72
• Scissione ossidativa con KMnO4 (in ambiente acido) ................................................. 72
• 5. Acidi e basi composti organici .................... 31
• Ozonolisi degli alcheni ................................ 73
• Epossidazione ................................................. 74
• Definizione di Arrhenius ................................. 31
• Reazioni di riduzione (idrogenazione) ............. 75
• Definizione di Bronsted-Lowry ..................... 31
• Calori di idrogenazione .................................. 76
• Fattori che determinano la forza degli acidi ...................................................................... 33
• 9. Dieni coniugati .............................................. 77
• Acidità e basicità secondo Lewis ................. 39

2

• Addizione elettrofila dieni coniugati (addizione 1,2/1,4) ................................................ 77
• Influenza del gruppo uscente per S_N2 ... 107
• Reazioni di ß-eliminazione ............................. 109
• 10. Composti aromatici ................................... 79
• Reazione di eliminazione monomolecolare E1 .......................................................................... 110
• Criterio di aromaticità ............................... 80
• Regioselettività E1 ...................................... 110
• Stereoselettività E1 .................................... 111
• 11. Reazioni radicaliche e reazioni polari ..... 81
• Fattori che favoriscono le E1 ................. 111
• Alogenazione radicalica (sostituzione)..... 81
• Reazioni di eliminazione bimolecolare E2 112
• Orientamento e regioselettività e energia ST e radicali..................................... 82
• Fattori che favoriscono le E2 ................. 112
• Effetto temperatura e competizione E2 e SN2 ................................................................... 113
• Alogenazione in posizione allilica o benzilica............................................................... 83
• Regioselettività e stereoselettività reazioni E2 ..................................................... 113
• Energie di attivazione per la formazione di reazioni radicaliche ......................................... 85
• Stereospecificità E2 ..................................... 114
• Addizione di HBr: due possibilità ...................... 85
• Eliminazioni E2 per cicloesani: requisiti geometrici ..................................................... 114
• Competizione sostituzione nucleofila e eliminazione ...................................................... 115
• 12. Alchini .......................................................... 87
• Nomenclatura sistematica ............................ 87
• Sintesi alchini attraverso reazioni SN e eliminazione ...................................................... 117
• Reattività alchini .............................................. 87
• Reazione acido/base alchini ...................... 88
• 14. Alcoli ........................................................... 118
• Addizione elettrofile degli alchini.......... 88
• Proprietà fisiche .............................................. 118
• Addizione di acidi alogenidrici (acidi forti) agli alchini ..................................................... 88
• Reattività alcoli .............................................. 119
• Addizione di alogeni agli alchini ............. 89
• Reazioni acido/base e formazione alcolati .............................................................................. 119
• Addizione alogeni in ambiente acquoso e tautomeria cheto-enolica alchini .......... 90
• Addizione di acqua agli alchini ................ 91
• Reazioni conversione alcol in alogenuro alchilico ............................................................. 120
• Idroborazione/ossidazione degli alchini ........................................................................... 92
• Reazioni conversione alcoli in alcheni (disidratazione) .................................................... 120
• Riduzione catalitica di alchini .................. 92
• Scissione ossidativa degli alchini ............ 94
• Reazione disidratazione alcoli con POCl3 (E2).................................................................... 121
• 13. Alogenoalcani ............................................ 96
• Nomenclatura ................................................... 96
• Reazioni con alcoli che agiscono da nucleofili ........................................................... 122
• Proprietà alogenoalcani ............................... 96
• Sintesi di Williamson .................................. 122
• Reattività degli alogenoalcani .................... 97
• Dimerizzazione ............................................. 122
• Reazioni di sostituzione nucleofila ............ 98
• Addizione alcol ad alchene ...................... 123
• SN alcoli per preparazione di alogenoalcani ............................................. 124
• Ordine di reazione delle reazioni di sostituzioni nucleofila ................................... 99
• Sintesi stereo-divergente di eteri chirali .......................................................................... 125
• Sostituzione nucleofila bimolecolare S_N2 99
• Ossidazione degli alcoli ................................ 125
• Sostituzione nucleofila monomolecolare S_N1 ........................................................................ 100
• Ossidazione alcoli primari con sali di bicromo (formazione acidi carbossilici) ....... 125
• Fattori che influenzano il prevalere del meccanismo S_N1 o S_N2 ..................................... 101
• Ossidazione alcoli secondari con sali di bicromo (formazione chetoni) ...................... 126
• Influenza del substrato per S_N2 ............. 101
• Ossidazione selettiva di alcoli primari ad aldeidi ............................................................. 127
• Influenza del substrato per S_N1 ............. 102
• Influenza natura del nucleofilo per S_N2 ......................................................................... 103
• Scissione ossidatva dei glicoli (dioli vicinali) con HIO4 o NaIO4 .............................................. 128
• Influenza natura del nucleofilo per S_N1 ......................................................................... 105
• Preparazione alcoli per riduzione acidi carbossilici e derivati..................................... 128
• Influenza del solvente.............................. 105

3

• 15. Eteri ............................................................. 129
• Addizione organometalli ......................... 147
• Addizione HCN ............................................... 148
• Eteri corona ..................................................... 129
• Addizione di alchini terminali ................. 148
• Punti di ebollizione ........................................ 130
• Addizione nucleofili deboli .......................... 148
• Preparazione degli eteri ............................... 130
• Addizione acqua --> idrati ........................ 148
• Preparazione eteri simmetrici (disidratazione in ambiente acido di alcoli primari) ............................................................ 130
• Addizione di alcoli --> emiacetali --> acetali ............................................................ 149
• Emiacetali ciclici e anomeria ................... 149
• Preparazione eteri non simmetrici (addizione elettrofila di alcoli ad alcheni) ...... 130
• Addizione di ammoniaca e ammine --> immina (base di Schiff)/enammina ......... 150
• Sintesi di Williamson (a partire da alcolati e alogenoalcani) ................................................. 132
• Ossidazione aldeidi ......................................... 152
• Sintesi di eteri ciclici .................................. 132
• Ox con reattivo di Jones ........................... 152
• Sintesi eteri fenolici ................................... 133
• Ox con saggio di Tollens ........................... 152
• Reazioni degli eteri ......................................... 133
• Ox con saggio di Fehling/Benedict ......... 152
• Ossidazione chetoni ........................................ 152
• 16. Epossidi ........................................................ 134
• Riduzione catalitica ....................................... 153
• Riduzione carbonili ad alcani ................. 154
• Metodi di preparazione epossidi ................. 134
• Epossidazione alcheni ............................... 134
• Addizione coniugata ...................................... 155
• Sintesi epossidi da aloidrine .................... 135
• Addizione coniugata 1,2 ............................ 155
• Addizione coniugata 1,4 ............................ 155
• Apertura di epossidi ....................................... 136
• Apertura epossidi in ambiente acido-acquoso (dioli anti) ...................................... 136
• Preparazione carbonili da alchini terminali .............................................................................. 155
• Apertura epossidi in acidi alogenidrici 136
• 20. Acidi carbossilici ........................................ 156
• Apertura di epossidi con basi o nucleofili .............................................................................. 137
• Proprietà fisiche .............................................. 156
• Reattività acidi carbossilici ......................... 156
• 17. Tioli e tioeteri ............................................. 138
• Sostituzione nucleofila acilica ................... 157
• Proprietà fisiche.............................................. 138
• Preparazione cloruri acilici .................... 158
• Acidità dei tioli ................................................ 138
• Riduzione diretta di acidi carbossilici ....... 158
• Nucleofilia tioli............................................... 138
• 21. Derivati degli acidi carbossilici ............... 159
• 18. Organometalli........................................... 139
• Cloruri acilici ................................................... 159
• Reattivo di Grignard (organomagnesio) ...... 139
• Idrolisi alogenuri acilici........................... 160
• Reazione Grignard per apertura epossidi ......................................................................... 139
• SN acilica con alcoli --> esteri ................. 160
• SN acilica con ammine --> ammidi ........... 160
• Reazione Grignard con siti elettrofili (CO2) ................................................................. 140
• SN acilica con Grignard --> alcol 3º ....... 161
• SN acilica con Gilman --> chetone .......... 161
• Composti di organolitio ............................... 140
• Riduzione alogenuri acilici ad alcol ..... 161
• Reattivo di Gilman (organocuprati)............... 140
• Riduzione selettiva ad aldeide ................ 162
• Anidridi proprietà e reazioni ....................... 162
• 19. Aldeidi e chetoni ........................................ 141
• Esteri ................................................................... 164
• Metodi esterificazione ............................... 164
• Proprietà fisiche ............................................... 142
• Metodi idrolisi esteri ................................. 165
• Reattività composti carbonilici ................. 142
• Reazione esteri con Grignard .................. 166
• Tautomeria cheto-enolica....................... 143
• Reazione lattone con Grignard ............. 166
• Reazioni di addizione nucleofila ............ 144
• Preparazione di un lattone ..................... 166
• Reazioni di riduzione ................................. 145
• Riduzioni degli esteri.................................. 167
• Riduzione carbonili α,ß – insaturi (per sistemi carbonili coniugati) ............................. 146
• Ammidi ................................................................ 168
• Tautomeria cheto-ammidica ................... 168
• Addizione nucleofila di molecole carboniose ........................................................ 147
• Idrolisi ammidi ............................................. 168
• Riduzione ammidi ........................................ 169

4

• Metodi di preparazione ammidi ................ 170
• Proprietà fisiche .............................................. 173
• Nitrili .................................................................. 171
• Ammine come basi............................................ 173
• Idrolisi nitrili............................................... 171
• Metodi di preparazione ammine ................. 174
• Riduzione nitrili .......................................... 171
• SN di NH3 con alogenoalcani ................... 174
• Reazione nitrili con Grignard ................ 172
• Metodi riduttivi di preparazione di ammine primarie ......................................... 174
• Preparazione nitrili per disidratazione ammidi primarie .......................................... 172
• Sintesi di Gabriel .......................................... 175
• 22. Ammine ........................................................ 173

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1. Introduzione alla chimica organica

La chimica organica è la chimica dei composti, che hanno alla base il carbonio.

La chimica organica ha un impatto in vari campi di studio.

I composti organici si trovano negli organismi viventi e si dividono in:

• Naturali: sono composti presenti in natura.
• Di sintesi: vengono totalmente sintetizzati in laboratorio.
• Di semi-sintesi: il prodotto di partenza è un precursore presente in natura e che subisce un numero limitato di trasformazioni in laboratorio.

Sintesi organica di sostanze

Significa mettere insieme più molecole piccole (precursori) per formare una molecola organica più complessa (prodotto finale), avente determinate proprietà.

La sintesi organica viene utilizzata per:

• Delucidare la struttura di determinati composti.
• Migliorare/modificare in generale strutture organiche esistenti.
• Sintetizzare nuove molecole organiche.

Trasformazione delle sostanze organiche

Consiste in una modifica che non va ad alterare l’impalcatura generale della molecola.

Una trasformazione può essere:

• Di eliminazione
• Di addizione
• Di sostituzione
• Di riarrangiamento

Ad alcune molecole organiche è associato un determinato gruppo funzionale, si tratta di gruppi che conferiscono determinate proprietà chimico-fisiche alla molecola a cui sono associati.

Gli alcani sono l’unica classe di idrocarburi a cui non son associati gruppi funzionali, gli alcani sono molecole molto stabili con reattività limitata.

Oltre che per il gruppo funzionale, le molecole organiche possono essere classificate anche in base ai meccanismi di reazione che le caratterizzano; in base a questa cla