Chimica organica per scienze biologiche

1 Chimica organica

2 Chimica organica

Classi di composti organici

Lunedì 11 marzo 2019 08.53

Sono atomi o gruppi di atomi che hanno proprietà caratteristiche e delineano la reattività di una molecola.

Le molecole biologiche sono polifunzionali perché contengono diversi gruppi funzionali e la reattività è data dall'insieme.

Usato nella fiamma ossidrica = genera fiamma per via di rottura del triplo legame.

3 Chimica organica

Ammine

Su di esse agiscono i gas nervini, utilizzati per le armi.

È un trasmettitore biologico.

Alcol deidrogenasi = ossidano l'alcol in formaldeide, che diventa poi acido formico.

4 Chimica organica

Eteri

Gruppo etereo.

Derivati degli acidi alogenidrici

Alogenuri alchilici / aloalcani.

Diclorometano.

5 Chimica organica

6 Chimica organica

I gruppi funzionali definiscono i nomi dei composti organici.

Sono fondamentali per:

• Definire le proprietà chimico-fisiche delle molecole.
• La risonanza.
• Forma 3D delle molecole.
• Acidità e basicità dei composti organici.
• Reattività dei composti organici.

7 Chimica organica

Gruppi funzionali con proprietà decrescente. Carbonio primario, secondario, terziario in base al numero di atomi di carbonio a cui è legato. Importante per reattività.

8 Chimica organica

Nomenclatura

Lunedì 18 marzo 2019 08.44

I gruppi funzionali definiscono i nomi dei composti organici.

Sono fondamentali per:

• Definire la nomenclatura dei composti organici.
• Definire le proprietà chimico-fisiche delle molecole.
• La risonanza.
• Forma 3D delle molecole.
• Acidità e basicità dei composti organici.
• Reattività dei composti organici.

Nomenclatura sistematica IUPAC

Nome:

1. Prefisso = tutti i sostituenti (= catene alchiliche che si trovano legate alla catena capostipite), gruppi funzionali non prioritari e loro posizione.
2. Radice = in base all'idrocarburo di riferimento (catena carboniosa più lunga che contiene il gruppo funzionale prioritario ed eventuali legami multipli).

Deve sottolineare la presenza di legami multipli (indicati da desinenza -ano, -ene, -ino).

Punto di partenza per esercizi.

3. Suffisso = gruppo funzionale prioritario se presente e sua posizione. Se si trova all'estremità della catena avrà posizione 1 (l'1 si può anche omettere).

Ossidazione del metanolo ad acido formico.

1. Acidi carbossilici

9 Chimica organica

2. Esteri

6. 5. Aldeidi

7. Alcoli

8. Ammine

10 Chimica organica

Carbonio primario, secondario, terziario in base al numero di atomi di carbonio a cui è legato. Importante per reattività (numeri greci).

11 Chimica organica

12 Chimica organica

Forze intermolecolari

Venerdì 22 marzo 2019 11.21. Legame covalente polare.

• A deve avere un'adeguata elettronegatività.
• A deve avere dimensioni piccole (2° periodo della tavola periodica).
• Interazione intramolecolare = atomo B appartiene alla stessa molecola.
• Interazione intermolecolare = atomo B appartiene a una molecola diversa.

13 Chimica organica

Dipendono dalla superficie di contatto = "effetto velcro".

Stati di aggregazione e passaggi di stato

Lo stato di aggregazione dipende dall'equilibrio tra:

• Energia cinetica (dipende da temperatura) che determina il movimento.
• Energia potenziale dovuta all'instaurarsi di interazioni intermolecolari elettrostatiche, responsabili della loro coesione.
• Il bilancio tra l'energia cinetica delle particelle e l'efficacia delle forze intermolecolari determinano gli stati di aggregazione.

Solubilità e soluzioni

• Composti apolari si sciolgono in solventi non polari.
• Composti polari si sciolgono in solventi polari.

Le relazioni intermolecolari e i saponi

Molecola di sapone = anfifilica (testa idrofilica costituita da Na+ e catena carboniosa).

Formano micelle a contatto con acqua.

Lo sporco è costituito principalmente da molecole organiche (idrofobe).

Bolle di sapone = molecole di sapone con teste e code disposte al contrario.

L'aria si trova all'esterno e all'interno (costituita da molecole apolari).

Le code sono rivolte verso l'esterno e l'interno (inglobando tra le code interne delle molecole di acqua).

14 Chimica organica

Teoria della risonanza

Lunedì 25 marzo 2019 09.17

Ibrido / ibrida.

Polare - apolare = formato da elementi dissimili, eterogenei.

Il prodotto finale è un'insieme di caratteristiche, che ne determineranno le proprietà.

Ibrido di risonanza = ciò che integra le strutture di origine.

Strutture limite = strutture che costituiscono l'ibrido.

L'ibrido non può essere rappresentato graficamente, si possono solo rappresentare le molecole di risonanza.

Di conseguenza è difficile definire le caratteristiche e le proprietà degli ibridi.

Quando si forma un ibrido, dà stabilità a una molecola.

Gruppi funzionali che danno risonanza:

Le più stabili sono quelle con l'ottetto completo su tutti gli atomi.

Senza separazione di carica (A) = stabile.

Con separazione di carica ma con ottetto completo © = + stabile.

Con separazione di carica, ottetto non completo ma rispetto ad elettronegatività (D) = + stabile.

15 Chimica organica

Il legame ammidico ha un parziale carattere di doppio legame, dovuto a delocalizzazione di elettroni su N.

Errori comuni.

16 Chimica organica

Isomeria

Martedì 26 marzo 2019 15.13

Forma delle molecole

Composizione = atomi, tipologia di legami.

Ibridazione sp3

• Angolo di legame 109.
• Struttura tetraedrica.
• Sovrapposizioni di orbitali sp3 con OA s o ibridi generano legami sigma.
• I legami sigma consentono la rotazione libera attorno all'asse di legame.

Ibridazione sp2

• Angolo di legame 120.
• Geometria planare.
• La sovrapposizione di OA ibridi sp2 o OA ibridi genera OM di tipo sigma.
• I legami pi greco non consentono la libera rotazione.

Ibridazione sp

• Angolo di legame 180.
• Geometria lineare.
• La sovrapposizione di OA ibridi sp con OA s o ibridi genera OA sigma.
• La sovrapposizione di OA non ibridi p provoca la formazione di legami pi greco, che non consentono la libera rotazione attorno all'asse di legame.

Isomeria = molecole con la stessa formula bruta ma con struttura diversa.

La forma dipende da:

• Connettività: isomeri costituzionali / strutturali.
• Conformazione = possibile rotazione: isomeri conformazionali.
• Configurazione degli elementi stereogenici = posizione dei sostituenti intorno ad essi: isomeri configurazionali.

Differiscono nel modo in cui i loro atomi sono connessi.

Proprietà chimiche e fisiche differenti.

17 Chimica organica

Si possono costruire a partire dal butano in poi (4 atomi C, 2 possibili isomeri), più atomi di C ci sono in una molecola, più isomeri possono formarsi.

Contenuti energetici differenti.

Diversa disposizione degli atomi nello spazio.

Proprietà chimico-fisiche differenti.

Una delle conformazioni ha più basso contenuto energetico (è più stabile e più comune).

Esempio:

• Ombrello aperto = non mi bagno, molla elastica in tensione.
• Ombrello chiuso = mi bagno, molla elastica non in tensione.
• Proteine che cambiano conformazione.

Fattori che contribuiscono all’energia totale:

• Interazioni di non legame.
• Energia torsionale derivante dalla disposizione non ottimale dei legami (angolo diedro).
• Distorsione degli angoli di legame dal valore ottimale = ci sono fattori come l'ingombro sterico o la repulsione interelettronica degli elettroni di non legame che possono far variare l'angolo (per esempio dall'ampiezza 109.5 nell'ibridazione sp3.
• Distorsione delle lunghezze di legame dal valore ottimale = dovuta ai sostituenti dell'atomo di carbonio.

Angolo diedro = formato tra ciò che uso come riferimento in primo piano e ciò che uso come riferimento in secondo piano. Aiuta a capire come gli atomi ruotano attorno all'asse di legame.

Le differenti rotazioni hanno contenuti energetici differenti.

18 Chimica organica

Se l'angolo diedro vale 60 gradi l'idrogeno di riferimento in secondo piano è sulla bisettrice dell'angolo formato dai due idrogeni in primo piano ed è garantita la massima distanza tra gli H.

19 Chimica organica

Conformazioni significative con angolo diedro

• 0 gradi = tutti gli atomi sono eclissati.
• 60 gradi = tutti gli atomi sono equidistanti e sfalsati.
• 120 gradi = atomi eclissati.
• 180 gradi = tutti gli atomi puntano in direzioni opposte.

Proiezioni di Newman

Guardando il modello lungo l'asse di legame quello che vedo non è il legame C-C.

Graficamente li rappresento:

Etano.

Butano.

20 Chimica organica

Chiralità = proprietà di un oggetto che non è sovrapponibile alla propria immagine speculare (enantiomeri).

È una proprietà dell'intera molecola.

Gli enantiomeri sono chirali = interagiscono in maniera differente solo con altre molecole chirali.

Nel caso degli aromi i recettori olfattivi sono in grado di distinguere due molecole chirali (sono anche loro chirali).

Non si può sapere a priori se i diastereoisomeri sono chirali. Diastereoisomeri ch. Acido tartarico c.

La chiralità è correlata alla simmetria: se c'è un piano di simmetria l'oggetto è achirale.

Gli enantiomeri avranno proprietà fisiche scalari e chimiche identiche: hanno comportamento differente nelle interazioni con specie chirali.

Al contrario i diastereoisomeri hanno proprietà chimico-fisiche diverse.

21 Chimica organica

[α] = potere rotatorio specifico.

D = Riga D del sodio 589 nm.

25 = 25°C Temperatura ambiente.

α = rotazione osservata.

l = lunghezza della cella (dm).

d = concentrazione [g / m