Chimica Organica - Appunti parte 1

STRUTTURE DI LEWIS

Determinare il n° di elettroni di valenza nella molecola o ione sommando il n° do e- di valenza

provenienti da ciascun atomo (per gli ioni aggiungere un e- per ogni carica negativa e toglierne uno

per ogni carica positiva).

Es. H20 8 elettroni di valenza: 1 per ogni H, 6 per O

OH- 8 elettroni di valenaz: 1 per H, 6 per O, 1 per -

Unire gli atomi con legami semplici: ciascun atomo o ione deve avere un guscio esterno completo ( 2

e- per H e 8 per tutti gli altri)

I legami semplici possono essere:

• semplici: 2 atomi condividono 1 coppia di elettroni

• doppi: 2 atomi condividono 2 coppie di elettroni

• tripli: 2 atomi condividono 3 coppie di elettroni

Una coppia condivisa mostrata con legami semplici

Una coppia non condivisa mostrata con una coppia di punti

Carica Formale: E' la carica di un atomo in una molecola o ione poliatomico.

Essa è uguale al n° degli elettroni di valenza - (n° e- non condivisi + metà degli e- condivisi).

Es.

Es.

Es.

Es.

FORMA DELLE MOLECOLE

La repulsione tra le coppie di e- nel guscio di valenza impone gli angoli di legame e determina la

forma delle molecole.

Quando ci sono coppie di e- non condivise la struttura è sempre tetraedrica ma l'angolo si deforma

un po':

- NH3 107.3°

- H2O: 104.5°

• Quando i legami sono 4 avremo una geometria tetraedrica

(109.5°)

• Quando i legami sono 3 avremo una trigonale planare

(120°)

• Quando i legami sono 2 avremo una lineare (180°)

RISONANZA

Molte molecole non si possono descrivere con una sola struttura di Lewis ma con altre strutture che

differiscono solo per la disposizione degli e- (strutture limite di risonanza).

Ibrido di risonanza: molecola o ione descritto come composizione delle sue strutture limite di

risonanza.

Queste strutture vengono interconnesse con una freccia a doppia punta.

Con una freccia curva si indica lo spostamento di una coppia di e- da un punto all'altro indicando la

ridistribuzione degli e- di valenza.

Tutte le strutture devono avere lo stesso n° di valenza.

Tutte le strutture devono rispettare le regole del legame covalente:

max 2 e- nel guscio di valenza per H

max 8 per gli elementi del secondo periodo

max 12 per gli elementi del terzo periodo.

PRINCIPALI GRUPPI FUNZIONALI DELLA CHIMICA ORGANICA

Gruppo funzionale: parte della molecola che le conferiscono le proprietà chimica e fisiche e

definiscono una famiglia di composti aventi una parte della molecola caratteristica.

Dieni: aventi strutture soggetti a

risonanza.

Areni: la struttura a ciclo di 6 legami

pigreco abbassa di molto l'energia di

attivazione rendendoli più stabili.

Ammine: derivati dell'ammoniaca

(NH3)

Es.

Es.

Es.

Contengono solo C e H.

Abbiamo i saturi e gli insaturi:

- saturi contengono solo legami semplici

- insautir anche doppi e tripli legami

- aromatici contengono doppi legami all'interno di un anello ciclico. Contengono solo e- pigreca

legati tra di loro.

I sistemi pigreca sono quelli che conferiscono alle molecole organiche reattività.

ALCANI (CnH2n+2; capitolo 3)

Sono saturi. Il C scambia sempre 2 e- con altri

atomi nel tentativo di completare il suo ottetto.

Metano: CH4

Etano: C2H6 Formula molecolare

Propano: C3H8

Butano: C4H10

Isobutano o 2-Metilpropano

Isomeri strutturali o costituzionali

Sono quei composti che hanno la stessa

formula molecolare (o bruta) ma diversa

formula di struttura cioè il modo in cui gli

atomi del C sono legati tra di loro e diverse

proprietà chimico-fisiche.

• C primari: CH3 (legame con un solo C)

• C secondari: CH2 (legame con 2 C)

• C terziari: CH (legame con 3C)

• C quaternari: C (legame con 4C)

Quindi avremo H primari, secondari e

terziari. Il quaternario non esiste. Prefisso degli atomi

Butano: Alcani

I gruppi alchilici

Nel propano abbiamo C primari,

secondari e terziari. Se togliamo un H

dal C secondario avremo l'Isopropile. Radicali alchilici

Esempio: Nomenclatura IUPAC

CICLOCALCANI (CnH2n; capitolo 3)

IDROCARBURO CICLICO: contiene atomi di C legati in modo da formare un anello

CICLOALCANO: idrocarburo ciclico in cui tutti gli atomi di C sono saturi

FORMULA GENERALE: CnH2n

NOMENCLATURA: si premette il prefisso ciclo al nome dell'alcano aciclico corrispondente

Nell'etano posso far ruotare un CH3

con minimo sforzo ottenendo forme

diverse. Le conformazioni sono le

posizioni spaziali nelle quali abbiamo i

sostituenti che assumono posizioni

diverse dopo rotazione. Quelle in cui

si ricoprono perfettamente si

chiamano ECLISSATE; quelle che non

si ricoprono perfettamente si

chiamano SFALSATE.

Rappresentazione a cavalletto:

In chimica la proiezione (o formula

proiettiva) è un modo di

rappresentazione della struttura di

una molecola posta in uno spazio

tridimensionale. Riveste una

notevole importanza per quanto

riguarda la rappresentazione degli

isomeri. In particolare, per ogni

tipo di isomeria si utilizza uno

specifico tipo di proiezione che si

presta particolarmente per

distinguere i diversi tipi di isomeri.

Ciclopentano ---> Conformazione a

barca

Cicloesano ---> Conformazione a

sedia

Conformazione a

barca

Nomi sostituenti nella conformazione a

sedia

Nella interconversione delle due sedie

tutti i sostituenti che erano assiali

diventano equatoriali.

Legami assiali: i sei legami assiali sono tra loro paralleli e si dispongono

alternativamente sopra e sotto

Legami equatoriali: i sei legami formano 3 coppie

di segmenti paralleli. Ciascuna coppia è anche

parallele a due legami C-C dell'anello. I legami

equatoriali si dispongono alternativamente sulle due

facce dell'anello.

Cis e trans

Per interscambiare isomeri cis e trans e viceversa

accade una configurazione.

Proprietà fisiche degli alcani

Combustione degli alcani: reazione di ossidazione con l'ossigeno che porta alla formazione di CO2 e

H2O.

CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H2O

La maggior fonte di alcani sono i combustibili fossili:

Per produrre composti utili dal petrolio si possono usare:

processi di separazione: distillazione frazionata

processi di reforming: alterano la struttura molecolare dei vari componenti

CHIRALITA' (capitolo 6)

STEREOISOMERI: isomeri che differiscono soltanto per il modo in cui gli atomi sono disposti nello

spazio, ma sono uguali per il modo in cui gli atomi sono legati tra loro.

ENANTIOMERI: stereoisomeri che sono uno l'immagine speculare dell'altro

DIASTEROISOMERI: stereoisomeri che non sono l'immagine speculare dell'altro

MOLECOLE CHIRALI: non sono sovrapponibili alla loro immagine speculari

PIANO DI SIMMETRIA: piano immaginario che divide un oggetto in due parti che sono fra loro

immagini speculari

STEREOCENTRO: atomo per cui lo scambio di 2 gruppi legati ad esso forma uno stereoisomeri; il

caso più comune è un atomo tetraedrico con 4 sostituenti diversi.

In una molecola con più stereocentri il massimo n° di stereoisomeri è 2^n dove n è il numero

di stereocentri.

IL - o il + sono proprietà della molecola che ruota il piano della luce polarizzata

SISTEMA R,S (Cahn, Ingold, Prelog)

1. Localizzare lo stereocentro

2. Assegnare la priorità, dalla più alta alla più bassa in base al n° atomico, a ciascun atomo legato

allo stereocentro; se il primo atomo è uguale passare al successivo; atomi che partecipano a doppi

e tripli legami si considerano legati a tanti C quanti sono i legami.

3. Orientare la molecola nello spazio in modo che il gruppo con priorità più bassa sia diretto lontano

4. Leggere i tre gruppi proiettati in avanti nell'ordine di priorità dal più alto al più basso; se la

lettura procede in senso orario la configurazione è R, se in senso antiorario è S

COMPOSTI MESO: sono sovrapponibili per rotazione di 180° e possiedono un piano di simmetria

interno; sono composti achirali Esempio di rappresentazione a cunei e

trattini

Rappresentazione di Fischer

REAZIONI GENERALI

Esempio

REATTIVITÀ DEGLI ALCHENI

1. ADDIZIONE ELETTROFILA DI HCl (Acidi Alogenidrici)

Il C passa da una ibridazione sp2 a una sp3

Regioselettività: preferire un C rispetto a un 'altro C

2. REAZIONE DI IDRATAZIONE

La reazione si addizione di H2O al doppio legame

avviene ma solo se catalizzata e usiamo l'H+ dell'acido

Il br- se vuole reagire col C deve entrare dalla parte

opposta rispetto al piano che conteneva il doppio

legame. E' una ADDIZIONE ANTI e la reazione è

stereospecifica

RIDUZIONE DI ALCHENI

Si usa l'H gassoso e la reazione va catalizzata con un

catalizzatore metallico. L'H entra sul doppio legame dalla

stessa parte rispetto al piano che individua l'anello.

La ossidazione degli alcheni porta alla formazione di

alcoli

Esempio

In natura ci sono molte reazioni di addizione di alcheni e in molti casi sono catalizzate da un

enzima: La fumarasi catalizza sono l'acido fumarico.

(trans) per formare l'acido malico (cis).

Esercizi CH3I: Ioduro di metile

ALCOLI

Gruppo funzionale è l'OH dove l'O è legato al C.

R-O-H

Esempio:

R-O-R'

R' Può anche essere diverso

Questo è l' etere.

R-S-H

Sono i tioli.

NOMENCLATURA ALCOLI

1. Priorità del gruppo funzionale (OH) che deve essere il n° più basso possibile

2. Prefisso è uguale, suffisso è olo. CH3OH è il metanolo; CH3CH2OH è l'etanolo. CH3CH2CH2OH è

l'1-propanolo. HOCH2CH2CH2CH2OH è l'1,4- butandiolo

3. Gli alcoli possono essere primario, secondario o terziario. Nel primo e secondo sono terziari, nel

terzo è primario.

A volte gli alcoli si chiamano con il nome della parte carboniosa preceduta dalla parola alcol.

NOMENCLATURA ETERI

R-O-R'

1. nome delle due parti carboniose preceduta dalla parole etere

CH3OCH3 è l'etere dimetilico

CH3CH2OCH2CH3 è l'etere dietilico o dietil-etere o etossietano

NOMENCLATURA TIOLI

Simili a quella degli alcoli ma con suffisso tiolo.

La differenza dell'ebollizione e dell'aspetto fisico è dovuta alla struttura delle molecole perchè se

andiamo a vedere la struttura degli alcoli in ogni molecola abbiamo un gruppo OH ha un O e un H e

quindi è fortemente polarizzata. Se avessi due molecole si formerebbe un legame H così da formare

una rete e comporta che sia più difficile a staccare le molecole e per questo che il punto di

ebollizione e la solubilità aument