Chimica organica I

Chimica organica

Classi di composti

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.

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.

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 presenti in un determinato composto.

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.

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.

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.

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.

Ammidi

Le ammidi sono composti organici derivati dall’acido carbossilico il cui gruppo funzionale è R-CO-NH₂. 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.

Ammine

Sono derivati organici dell’ammoniaca, con gruppo funzionale R-NH₂. 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.

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.

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.

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

Acetale

Un acetale è un composto organico costituito dal gruppo funzionale R₁R₂-C-(OR)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.

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.

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.

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 e...