Chimica organica - Schemi riassuntivi: Caratteri generali, proprietà fisico-chimiche, reazioni di tutte le molecole organiche

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

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.