Chimica organica I

CLASSI DI COMPOSTI

o Acidi carbossilici

Il gruppo funzionale di un acido carbossilico è R-COOH, in fase liquida

e solida sono associati in forma dimerica tramite legami a idrogeno.

La polarità di questi composti e la tendenza a formare legami a

idrogeno, porta ad avere un punto di ebollizione più alto anche di

aldeidi e chetoni: questo è spiegabile dalle possibili interazioni sia dal

lato carbonilico che quello ossidrilico).

Nonostante la solubilità in acqua risulti maggiore rispetto ai

corrispettivi aldeidi e chetoni, essa diminuisce all’aumentare del peso

molecolare: questo fatto è dato dalla costituzione di una testa polare

(gruppo carbossilico) e di una coda non polare (catena R-).

Sono acidi deboli ma con acidità maggiore rispetto agli alcoli per la

risonanza del carbossilato ed effetto induttivo elettron-attrattore del

carbonile.

o Alcani

Costituiti da legami C-C, formano angoli di legame di 109,5° e

presentano un punto di ebollizione più basso di quasi tutti gli

idrocarburi di peso molecolare paragonabile.

Alcani fino a 4 carboni sono reperibili in fase gassosa, tra 5 e 17 in

fase liquida, oltre i 18 carboni in fase solida cerosa bianca: tutti gli

alcani liquidi e solidi sono meno densi dell’acqua.

Le interazioni principali degli alcani sono tra alcani ed alcani tramite

forze di dispersione, ibridazione sp3

o Alcheni

Sono idrocarburi insaturi costituiti da legami C-C e almeno un C=C,

formano angoli di legame tendenzialmente di 120° che possono

aumentare a causa di tensioni di varia natura.

Il legame C=C è costituito dalla sovrapposizione di un legame σ ed un

legame π: ogni carbonio ibridato sp2 presenta tre legami σ ed un

legame π; la lunghezza del legame C=C è di 1.34 Å.

Gli alcheni sono composti non polari insolubili in acqua ma solubili

tra loro, in solventi apolari ed in etanolo.

Alcheni costituiti da 2,3,4 carboni sono reperibili in fase gassosa

mentre alcheni con 5 o più carboni si trovano in fase liquida.

L’indice di insaturazione di una molecola è indice del numero di anelli

e legami π sono presenti in un determinato composto.

o Alchini

Idrocarburi insaturi che contengono uno o più legami C≡C, con

legami lunghi 1,21 Å che formano angoli di 180°.

Il legame triplo è dovuto alla sovrapposizione di un legame σ e due

legami π paralleli tra loro.

I carboni con questo specifico legame presentano ibridazione sp, non

sono composti polari e risultano insolubili in acqua ma solubili in

solventi apolari e tra loro.

A differenza di un alchino interno, un alchino terminale è abbastanza

acido perché possa essere strappato un protone sul carbonio sp

andando a formare un acetiluro.

Gli alchini con basso peso molecolare sono reperibili sotto forma di

gas, mentre alchini costituiti da 5 o più carboni sono presenti in

forma di liquidi, tutti con densità inferiore rispetto all’acqua.

o Alcoli

Il gruppo funzionale -OH è legato ad un carbonio sp3: sono composti

polari per la presenza di ossigeno.

Le interazioni caratteristiche degli alcoli sono di tipo dipolo-dipolo

ma presentano anche interazioni dovute a legami a idrogeno che

proprio per questo portano gli alcoli ad avere punti di ebollizione più

alti rispetto ad alcani simili.

Gli alcoli sono solubili in acqua e presentano una leggera acidità che

via via decresce all’aumentare della dimensione della catena R- a

causa degli effetti solvatanti dell’acqua

o Aldeidi e Chetoni

Il gruppo funzionale di un’aldeide è R-CHO mentre per un chetone è

R-CR’O; sono composti polari con carica positiva sul carbonio

carbonilico e carica negativa sull’ossigeno.

Presentano tra loro interazioni dipolo-dipolo ed un punto di

ebollizione più alto rispetto ad altri composti non polari di peso

molecolare comparabile.

L’ossigeno funge altresì da accettore di legami a idrogeno per cui

aldeidi e chetoni di basso peso molecolare sono più solubili in acqua

di altri composti non polare di peso molecolare simile.

o Alogenoalcani e Alogenoalcheni

Gli alogeni sono tutti più elettronegativi del carbonio e permettono

di ottenere legami polarizzati con δ+ sul carbonio e δ- sull’alogeno.

Le interazioni di questi composti coinvolgono perlopiù forze di van

der Waals che portano ad avere punti di ebollizione più alti per

idrocarburi non ramificati e maggiori rispetto al corrispettivo alcano

ed alchene.

La densità di questi composti è maggiore rispetto ai corrispettivi

idrocarburi di peso molecolare comparabile

o Ammidi

Le ammidi sono composti organici derivate dall’acido carbossilico il

cui gruppo funzionale è R-CO-NH .

2

Le ammidi riescono con facilità a formare legami a idrogeno perciò

presentano un punto di fusione ed ebollizione particolarmente alto

in relazione ad idrocarburi di peso molecolare confrontabile:

l’aumentare della sostituzione sull’azoto del gruppo funzionale porta

alla riduzione dei possibili legami a idrogeno ed un sensibile

abbassamento dei punti di ebollizione e fusione.

In relazione all’acidità, l’azoto ammidico risulta molto meno basico di

quello amminico e presenta una discreta basicità anche l’ossigeno

carbonilico a causa della stabilizzazione per risonanza della forma

protonata.

o Ammine

Sono derivati organici dell’ammoniaca, con gruppo funzionale R-NH .

2

Si tratta di composti polari che, sia per le ammine primarie che

secondarie, possono formare legami a idrogeno intermolecolari.

La forza del legame N-H è meno forte del legame O-H a causa della

minore differenza di elettronegatività tra i due elementi.

Sono composti più solubili in acqua di idrocarburi di peso molecolare

confrontabile, tuttavia all’aumentare del peso molecolare ne

decresce la solubilità.

o Benzene

Si presenta come un liquido incolore dall’elevato grado di

insaturazione con un punto di fusione di 6°C ed un punto di

ebollizione di 80°C.

Risulta, in accordo con la regola di Huckel, un composto aromatico

con forma di esagono regolare con angoli di legame di 120°

Non presenta le proprietà né di alcheni né di alchini.

I carboni presentano ibridazione sp2: per formare il legame C=C si ha

la sovrapposizione di orbitali 2p con la formazione di 3 orbitali

molecolari π di legame e 3 orbitali molecolari π di antilegame.

o Esteri

Gli esteri sono composti organici dal gruppo funzionale R-CO-O-R’.

Sono generalmente insolubili con un punto di ebollizione

debolmente più alto di idrocarburi con peso molecolare

confrontabile.

Esteri con un numero di carboni inferiore a 10 sono comunemente

reperibili nella frutta, esteri con catene contenenti tra i 10 e i 30

atomi di carbonio sono reperibili in forma di cere mentre esteri con

catene con più di 30 carboni sono reperibili in forma di gliceridi.

o Eteri

Il gruppo funzionale di un etere è -O- dove due orbitali sp3

dell’ossigeno formano legami σ con i carboni adiacenti, gli angoli di

legame sono prossimi a 109,5°

Sono molecole polari dove le cariche sono separate con δ+ sul

carbonio e δ- sull’ossigeno.

Le interazioni tra eteri coinvolgono perlopiù interazioni dipolo-dipolo

e per questo presentano punti di ebollizione più bassi dei

corrispettivi alcoli e più vicini a idrocarburi con peso molecolare

simile; sono composti meno solubili di alcoli ma più solubili degli

idrocarburi perché accettori di legami a idrogeno.

DOMANDE TEORICHE

o Acetale

Un acetale è un composto organico costituito dal gruppo funzionale

R R -C-(OR) .

1 2 2

Sono spesso usati come gruppo protettivo delle funzioni carboniliche

per la loro non reattività nei confronti di attacchi di nucleofili, basi e

riducenti.

Deriva dalla reazione di un’aldeide o un chetone ed un alcol.

o Acetiluri

Un acetiluro è un derivato di un composto alchinico dove un metallo

o un altro gruppo cationico si sostituisce ad uno o due idrogeni del

triplo legame.

Da un punto di vista sintetico gli acetiluri sono molto utili nelle

reazioni di sostituzione nucleofila con alogenuri alchilici primari per

ottenere un allungamento della catena carboniosa.

o Acidità

In base alla definizione di Brønsted-Lowry un acido è un donatore di

protoni mentre secondo la teoria di Lewis è un acido qualsiasi

molecola che accettando una coppia di elettroni è in grado di

formare un nuovo legame covalente.

o Benzino

Un benzino è un composto organico derivato del benzene dove è

presente un ulteriore legame π ed un conseguente legame di tipo

C≡C.

Il benzino costituisce un intermedio di transizione in quelle reazioni

di sostituzione nucleofila aromatica caratterizzate da un meccanismo

di eliminazione-addizione; partecipa anche alle reazioni di tipo Diels-

Alder, in quanto dienofilo.

o Carbanione

Un carboanione è una particolare specie chimica che contiene un

atomo di carbonio con carica negativa.

Un carbanione è un forte nucleofilo con stabilità e reattività che

dipendono dagli atomi legati all’atomo di carbonio negativo.

La stabilizzazione della carica avviene per effetto induttivo,

ibridizzazione e coniugazione.

o Carbene

Un carbene è un composto organico dove il carbonio presenta due

elettroni liberi non coinvolti in legami, il gruppo funzionale è R C:.

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Sono composti estremamente reattivi che fungono da intermedi

estremamente elettrofili in particolari tipi di reazioni.

Nel caso in cui gli elettroni si trovino nello stesso orbitale, la molecola

può essere considerata contemporaneamente un carbanione e un

carbocatione.

Se invece gli elettroni si trovano in due orbitali distinti ma sono

appaiati, si parla di carbene singoletto, se invece non sono appaiati si

parla di carbene tripletto.

Un carbene singoletto reagisce distintamente da uno tripletto:

mentre il primo, in caso di addizione ad alchene, determina una

stereospecificità syn, il secondo mostra la formazione di una coppia

di isomeri.

o Carbocatione

Un carbocatione è una specie chimica dove il carbonio centrale

possiede una carica positiva ed ha un comportamento

marcatamente elettrofilo.

Si può derivare un carbocatione da un alcano per scissione eterolitica

ed hanno geometria simile al radicale alchilico: l’atomo con carica

positiva ha ibridazione sp2 e geometria planare.

I carbocationi seguono una scala di stabilità dal meno stabile al più

stabile: feni