Chimica organica - Schemi riassuntivi: Caratteri generali, proprietà fisico-chimiche, reazioni di tutte le molecole organiche
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Idrocarburi saturi: Alcani
domenica 15 gennaio 2017 12:33
Aspetti generali: C H sp3.
• Gli idrocarburi saturi sono molecole composte solo da e legati da singoli legami covalenti con ibridazione
4 σ 109.5° tetraedrica)
• Ogni atomo di carbonio forma legami e angoli di legame di (Geometria CH2
• La famiglia degli alcani costituisce una serie omologa cioè una serie di composti dove ogni membro differisce dal successivo di un termine costante
detto gruppo metilene.
C H
• Formula generale: n 2n+2
cicloalcani
• Esistono alcani lineari e ( formula C H ) , che si formano in seguito alla chiusura della catena con perdita di 2 H. (Non tutti gli alcani possono
n 2n
diventare cicloalcani, perché la tensione di torsione a volte lo impedisce (6C e 14C sono quelli più abbondanti in natura).
σ
• La rotazione intorno al legame è libera.
Proprietà Fisiche:
Punto di ebollizione:
• Aumenta con l'aumentare del peso molecolare (quindi della lunghezza della catena)
○ diminuisce all'aumentare delle ramificazioni (compattezza della molecola) perché una
○ molecola più compatta (ramificata) ha meno forze di dispersione e bolle prima.
Punto di fusione :
• Più irregolare di quello di ebollizione
○ Se le ramificazioni rendono la molecola simmetrica, allora il punto di fusione è più alto,
○ perché la formazione del reticolo cristallino è favorita
Se la ramificazione è isolata il reticolo non si forma quindi il punto di fusione si abbassa.
○
• Polarità:
Sono composti apolari, solubili in solventi apolari, e non in solventi polari (come l'H O)
○ 2
• Densità:
Hanno densità minore dell'acqua.
○
Proprietà chimiche (reazioni):
• Gli alcani / cicloalcani sono inerti chimicamente (non reagiscono facilmente), a causa della loro stabilità e della presenza dei soli legami singoli (σ)
reazioni
• Le a cui sono sottoposti gli alcani sono:
1. Ossidazione
2. Sostituzione radicalica. NOTA:
La reazione avviene con regioselettività da parte del Bromo (non avviene lo stesso per il
1. Ossidazione: cloro), per cui il bromo radicalico attacca preferibilmente l'idrogeno su un carbonio
• L'alcano reagisce con O per dare CO e H O.
2 2 2 terziario.
2. Sostituzione Radicalica:
• Non avviene al buio e a condizioni di temperatura ambiente
• Avviene in tre fasi e porta alla formazione di un alogenuro alchilico a partire dalla Alogenazione di un alcano:
Fase 1 (Inizio):
○ Avviene la rottura omolitica del legame Cl-Cl:
Fase 2 (Propagazione):
○ HCl
Un radicale cloro (Cl reagisce con una molecola di metano strappando un H e dando (acido alogenidrico) e un radicale metile (CH
(٠ .(٠
3
Il radicale metilico reagisce con una molecola di cloro a cui strappa un atomo formando il cloruro di metile e un radicale cloro che può essere utilizzato per una nuova fase
Fase 3 (Terminazione):
○ La reazione termina quando due radicali si incontrano:
Chimica Pagina 1
Idrocarburi insaturi: Alcheni e Alchini
domenica 15 gennaio 2017 20:31
Aspetti generali (alcheni): Aspetti generali (alchini):
doppi C=C tripli C≡C).
Gli alcheni sono idrocarburi con uno o più insaturazioni (legami ). Gli alchini sono idrocarburi con uno o più insaturazioni (legami
• •
C sp2, 3 σ 1 π C sp, 2 σ 2 π
Il che forma il doppio legame ibridizza formando legame e legame con Il che forma il doppio legame ibridizza formando legame e legame
• •
120° Planare). 180° Lineare).
angoli di (Geometria con angoli di (Geometria
C H (come cicloalcani). C H (come cicloalcheni).
• Formula generale: • Formula generale:
n 2n n 2n-2
rotazione impedita, rotazione impedita,
• La intorno al legame doppio è quindi gli alcheni danno luogo a • La intorno al legame doppio è quindi gli alchini danno
cis / trans) cis / trans);
isomeria geometrica (isomeri luogo a isomeria geometrica (isomeri in più possono avere
Il requisito essenziale è che ciascuno dei carboni
del doppio legame abbia due diversi sostituenti. isomeria di posizione triplo legame.
del
isomeria di posizione doppio legame
• in più possono avere del a partire dal butene
(C=4) in poi. più legami insaturi dieni, trieni…
• Gli alcheni con si chiamano questi possono essere
isolati (Doppi legami separati da due o più legami semplici), coniugati (doppi legami
separati da 1 legame singolo) e cumulati (doppi legami consecutivi)
Proprietà Fisiche:
• Le proprietà fisiche di alcheni e alchini sono simili a quelle degli alcani…:
Anche gli idrocarburi insaturi sono insolubili in sostante polari
○ I punti di ebollizione e di fusione aumentano all'aumentare del P.M.
○
• …Ma ci sono delle differenze:
ebollizione più alti cis
I punti di sono per gli isomeri che hanno interazioni molecolari
○ più intense dei corrispettivi isomeri trans
π
Il legame è un sito elettronricco, per cui è la principale causa della reattività degli
○ alcheni / alchini rispetto ai corrispettivi alcani.
Stabilità degli alcheni:
• I fattori che influenzano la stabilità degli alcheni sono:
sostituzione: più alchilati maggiore stabilità,
1. Grado di sono gli alcheni è la loro
quindi tetra > tri > di > mono-sostituiti.
Stereochimica: trans cis
2. > , a causa della ridotta interazione sterica dei gruppi R
disposti ai lati opposti del doppio legame.
coniugati più stabili degli isolati.
3. Gli alcheni sono alcheni
• I cicloalcheni con meno di 7C non possono dare luogo a forme trans.
Proprietà chimiche (Reattività): 1 2
π,
• La reattività degli alcheni dipende dalla presenza del legame che è basico e nucleofilo, e
facilmente spezzabile.
Addizione Elettrofila: Addizione elettrofila
• Gli alcheni danno reazioni di al doppio legame, processo che avviene 3
in 3 passi: π
1. Rottura del legame in seguito all'attacco dell'elettrofilo e formazione del nucleofilo
(tramite rottura eterolitica del legame X-X nel caso di un'alogenazione).
2. Formazione del carbocatione (Preferibilmente terziario / secondario).
3. Attacco dell'nucleofilo al carbocatione. Nota:
H SO **
2 4 La regola di Makovnikov stabilisce che, nel caso di
(Si forma un alcol) addizioni di acidi protici H―Z ad alcheni
asimmmetrici, l'idrogeno dell'acido si addiziona
• all'atomo di carbonio del doppio legame che ha il
maggior numero di atomi di idrogeno legati a sè,
(Reaz. Anti) mentre l'alogeno si addiziona al carbonio meno
idrogenato.
Syn Catalizz. Pt, Pd, o Ni.
Chimica Pagina 2
Composti aromatici: Benzene e derivati Immagine 1
Caratteristiche generali: anello aromatico, orbitali p
• I composti aromatici sono caratterizzati dalla presenza di un in cui gli elettroni liberi occupanti paralleli danno luogo
a una doppia nuvola elettronica, generando orbitali molecolari (leganti e antileganti) causa dell'aromaticità
1),
• Il precursore degli idrocarburi aromatici è il benzene(Immagine formula C6H6, che ha una struttura ciclica, in cui tutti i C sono ibridati sp2 e
hanno un orbitale p libero. I legami tra i carboni sono una via di mezzo tra un legame singolo e un doppio legame, e anche l'energia di risonanza
metà cicloesano cicloesatriene.
del benzene è a tra quella di un e un ipotetico
• Un composto è aromatico se: C sp2)
Ha un orbitale p su ciascun atomo dell'anello (ogni è ibridato
○ L'anello è planare
○ -
e
Il numero di π è 4n+2 (n=0,1,2,…)
○
Stabilità delle forme di risonanza
• Le strutture con un numero maggiore di legami covalenti sono più stabili
• La stabilità è diminuita dall’aumento della separazione di carica (se vi
sono più di due cariche la struttura è molto poco stabile, peggio ancora se
vi sono due cariche uguali adiacenti)
• Strutture con cariche negative su atomi più elettronegativi sono più stabili
di quelle con cariche negative su atomi meno elettronegativi.
• Strutture con angoli o lunghezze di legame distorte sono meno stabili.
Proprietà fisiche
I punti di ebollizione degli areni crescono gradualmente all’aumentare del peso
• molecolare.
• I punti di fusione hanno un andamento più anomalo, legato alla geometria delle molecole.
• Sono insolubili in acqua, come tutti gli idrocarburi, mentre sono solubili in solventi apolari,
come il tetracloruro di carbonio.
• Sono eccellenti solventi di sostanze poco polari o apolari, come lo iodio. Nitrazione
Proprietà chimiche (Reattività):
• I composti aromatici sono molto stabili a causa dell'anello benzenico, per cui tendono a mantenere
NON AVVENGONO REAZIONI DI ADDIZIONE
la loro aromaticità. E' per questo che ma le reazioni
sostituzione elettrofila aromatica.
tipiche degli areni sono di
Sostituzione elettrofila aromatica (SEA):
• E' la reazione tipica dei composti aromatici.
schema generale
• Lo è il seguente:
PRINCIPALI REAZIONI
• Le di sostituzione elettrofila aromatica:
+
reazione reagenti e catalizzatori specie elettrofila E prodotto di reazione col benzene
3+
Solfonazione H SO + SO HSO acido benzensolfonico
2 4 3 Ph-SO H
3
2+
Nitrazione HNO + H SO NO nitrobenzene
3 2 4 Ph-NO 2
+
Alogenazione Cl + FeCl Cl clorobenzene
2 3 +
Br + FeBr Br Ph-Cl
2 3 +
Alchilazione di Friedel-Crafts R-Cl + AlCl R alchilbenzene
3
+
R-OH + H Ph-R
+
Acilazione di Friedel-Crafts R-CO-Cl + AlCl R-CO fenil-alchil-chetone
3 Ph-CO-R
Chimica Pagina 3
Altre informazioni sulla SEA:
• Normalmente le reazioni di sostituzione elettrofila aromatica sono sotto
controllo cinetico: si ottiene il prodotto che si forma più velocemente, non il
più stabile.
• Alcuni gruppi stabilizzano la carica dello ione intermedio (arenio), quindi permettono una reazione
più veloce. Altri hanno l'effetto opposto.
attivanti, orto-para orientanti, disattivanti meta orientanti
• I gruppi sono mentre quelli sono COH disattivante: meta orientante
OH Attivante: orto-para orientante
Chimica Pagina 4
Alogenuri Alchilici
Note generali:
• Gli alogenuri alchilici sono idrocarburi in cui uno o più H sono sostituiti con uno o più X (alogeni)
• Il legame C-X è polarizzato, e anche i carboni e lo sono.
α β
• Derivano da:
Alogenazione diretta degli alcani. Ricordiamo che è una e
reazione di sostituzione di tipo radicalico
• può essere anche esplosiva se fatta su alcani a catena corta
Alogenazione degli alcheni (addizione elettrofila= si ottengono dialogenuri vicinali).
• Addizione di acidi alogenidrici agli alcheni
• Sostituzione nucleofila del gruppo -OH degli alcoli (rottura del legame C-O)
•
Proprietà fisiche: Nota:
Un buon nucleofilo non è necessariamente una buona base di
• Le proprietà fisiche degli alogenuri alchilici dipendono dal gruppo X (anche detto gruppo Bronsted:
uscente nelle reazioni di sostituzione) INFATTI:
• I loro punti di ebollizione aumentano all'aumentare del peso molecolare e sono maggiori Definizioni:
dei corrispettivi idrocarburi perché gli alogeni sono più polarizzabili e quindi creano dei • Nucleofilo: specie elettronricca che può donare elettroni.
legami più stretti. • Base di Bronsted: specie chimica capace di accettare uno
• Anche la densità, come il punto di ebollizione, aumenta all'aumentare della dimensione +
ione H da un'altra specie chimica.
dell'alogeno sostituente, e dipende strettamente dalla polarizzabilità. DUNQUE:
-
Sostanze come Cl sono dei buoni nucleofili, ma non buone
basi (derivando da acidi forti come HCl)
Proprietà chimiche (Reattività):
• Gli alogenoderivati sono molto reattivi a causa della polarizzazione indotta dalla presenza del / degli
alogeno/i. competitive:
• Vanno incontro a due reazioni
Sostituzione nucleofila SN2 SN1)
(A sua volta divisa in e
○ E2 E1)
(A sua volta divisa in ed
β-eliminazione
○
• La seconda è favorita dalla forte basicità del nucleofilo, mentre la prima è favorita se il nucleofilo è forte ma
non è una buona base di Bronsted.
Sostituzione nucleofila:
• La sostituzione nucleofila a cui vanno incontro gli alogenuri alchilici consiste nell'eliminazione dell'alogeno,
gruppo uscente Nu:
anche detto (X) e l'attacco di un Nucleofilo tabella 7.5):
• Essa può avvenire in due modi diversi, con meccaniche diverse in base alle condizioni (Vedi
SN2:
○ partecipa
Nella sostituzione nucleofila bimolecolare il gruppo entrante (Nu:) alla reazione
-
contemporaneamente a )
quello uscente (X v= k [RX][Nu-] DIPENDE
La velocità della reazione è data dalla formula: dunque dalla
concentrazione e dal tipo del nucleofilo che attacca la molecola.
second'ordine
E' una reazione del
Il Nucleofilo entra quando ancora il gruppo uscente è attaccato, per cui c'è un momento in cui il
pentavalente.
carbonio dell'alogenuro è
carbonio Nu: chirale, di configurazione
Se il a cui il si attacca è si ha un'inversione
SN1:
○ Informazioni aggiuntive:
Nella sostituzione nucleofila monomolecolare il gruppo entrante (Nu:) entra solo dopo che si è Alcuni fattori che influenzano il meccanismo di reazione sono:
X.
formato un carbocatione in seguito all'uscita del gruppo • Solvente
v= k [RX] NON DIPENDE dalla
La velocità di reazione è data dalla relazione: e dunque Solventi protici in grado di solvatare il carbocatione
○
concentrazione natura Nucleofilo. prim'ordine
e dalla del Inoltre la reazione è del ed è ed il nucleofilo spinge (nel caso di alogenuro
del carbocatione intermedio).
determinata dallo stadio lento (formazione secondario) alla SN1, rendendo più stabili le cariche.
Nu: carbocatione, miscela
Se il carbonio attaccato dal è chirale, essendo chirale anche il si formerà una Solventi aprotici sono invece più indicati per le
○
racemica dopo la reazione. reazioni SN2
• Gruppo uscente:
Un gruppo uscente che è in grado di stabilizzare
○ meglio la carica negativa è un buon gruppo uscente
(solitamente pessima base di Bronsted) e rende la
reazione più veloce:
- - - - - - - 2-
I > Br > Cl > F > CH COO > OH > CH O > NH
3 3
• Nucleofilo:
Un buon nucleofilo rende più veloce e favorita la
○ reazione SN2 (la cui velocità dipende dalla sua
concentrazione)
• Ingombro sterico e stabilità carbocatione:
alogenuri primari metilici meno sostituiti,
Gli e sono
○ meno ingombro sterico;
per cui hanno R
contemporaneamente essendo i gruppi degli
elettron-donatori stabilizzano bene carica
questi la
positiva, alogenoderivati
dunque gli terziari generano
carbocationi più stabili. Allora:
Alogenuri metilici primari SN2
e effettuano
(meno ingombro sterico, carbocatione meno
stabile).
Alogenuri terziari effettuano SN1 (più ingombro
sterico, più stabilità carbocatione).
Chimica Pagina 5
DESCRIZIONE APPUNTO
Schemi riassuntivi in cui sono state elencate tutte le principali caratteristiche, le proprietà fisico-chimiche (punti di ebollizione, acidità, ecc...) le reazioni e i metodi di preparazione di tutte le molecole organiche. Completo di immagini e meccanismi di reazione.
Gruppi trattati:
Alcani, alcheni, alchini, composti aromatici, Alogenuri alchilici, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati, ammine, alcoli, fenoli, eteri, tioli.
I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher aleputo di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fondamenti di chimica per l'elettronica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano - Polimi o del prof Metrangolo Pierangelo.
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