Cicloalcani, acidi e basi - Chimica organica

funzione d’onda

probabilità di trovare un elettrone in un determinato punto dello spazio

ORBITALE

Orbitale saturo → n

Orbitale semi-saturo → n

In chimica organica i legami sono covalenti o polari; raramente ionici.

σ^- = impoverimento di densità elettronica

δ⁺ arricchimento

La CO₂ è un gas serra perché effettua una variazione di momento dipolare assorbe energia

Un nodo è una zone con probabilità nulla di trovare elettroni.

zona cuscinetto tra orbitali 1s, 2s, 3s ecc...

evita il mescolamento dei vari orbitali

Tra gli elettroni l e zone nodali sono i piani che dividono i due lobi

Valenza = Numero di legami che un elemento può fare

Nasce dal problema dell'ottetto

17/02/20

Ψ funzione d'onda

Ψ² probabilità di trovare un elettrone in un determinato punto dello spazio

ORBITALE

Orbitale saturo → n

semi-saturo → n

In chimica organica i legami sono covalenti o polari, raramente ionici.

18/02/20

σ^- impoverimento di densità elettronica

δ⁺ arricchimento

La CO₂ è un gas serra perché effettua una variazione di momento dipolare assorbe energia.

Un nodo è una zona con probabilità nulla di trovare elettroni

zona d'uscintrollo tra orbitali 1s, 2s, 3s, ecc.

evita il mescolamento dei vari orbitali

Tra gli elettroni p le zone nodali sono i piani che dividono i due lobi.

Valenza = Numero di legami che un elemento può fare

Nasce dal problema dell'ottetto

Quando il carbonio è ibridato sp³ è pronto a dare 4 legami tutti uguali.

L'orbitale s si somma a un lobo e si sottrae all'altro.

Gli alcani reagiscono con reazioni radicaliche

Difficili da far reagire.

Alcheni e alchini sono più facili da far reagire perché hanno il doppio e il triplo legame.

CARBOCATIONE: è un intermedio di reazione.

Può reagire con un altro radicale o con un neutro.

La classe degli ALCANI

è caratterizzata da legami sigma

idrocarburi

_nH_2n+2 → formula generale

alcano ramificato

2,3-metil-esano

Quando il numero di C è superiore a 3, si possono avere gli isomeri

→ stessa formula molecolare ma diversa formula di struttura

Fonti naturali degli alcani:

• petrolio → (per C₁₅-C₂₀)
• gas naturale → (per 10-C₄)

Derivati petroliferi:

• gasolio, cherosene, benzina, gas (C₁₅-C₂₀) (C₁₀-C₁₆) (C₅-C₁₀) (C₁-C₄)

separati tramite una distillazione frazionaria

Conformazioni degli alcani

quando si ruota la molecola attorno al legame σ tra C-C

es.:

1. posizione sfasata → gli H non sono mai vicini, sono OPPOSTI
2. eccissala → gli H corrispondenti sono vicini → quello davanti nasconde quello dietro
3. obliqua → via di mezzo tra la posizione sfasata ed eccissala

Proiezioni di Newman

eclissata → energia maggiore

sfalsata → minore

ΔE=2.8kcal/mol → abbastanza bassa

• Proiezioni di Newman:
  • si scrive un cerchio
  • 3 legami che si incontrano nel cerchio, con angoli di 120°
  • legami dietro con assi che partono solo dalla circonferenza

Conformeri sono in equilibrio tra loro

• Formule a cavalletto (prospettiche):
  • legame C-C
  • gli altri 3 legami sono a 120°

Se le molecole hanno più di 2 atomi la rotazione avviene attorno a TUTTI legami e le conformaz. si possono scrivere per i tutti i legami (uno alla vola) fino ad arrivare a 360°

Ci sono alla fine 3 posizioni eclissate uguali dal punto di vista energetico

ΔE*=3.2kcal/mol → è maggiore perchè c'è un gruppo metile che ruota

BUTANO

(1)_g 3^a eclissata_g

le prime 2 sono uguali la 3^a è diversa ad energia minore

_numeri in ordine di energia

(2) 2^a eclissata

(3) 2^a eclissata

Le ultime 2 sono uguali, la 3^a è la più sfavorevole e con superiore

CICLOALCANI

alcani chiusi ad anello ^{ciò impedisce la rotazione}

Cn H2n con n≥3

Cicloalcani più facili da maneggiare sono quelli a 5C-6C

difficili 3C-4C

7C-8C-8C

Tensione d'anello

energia più e minore più è stabile la molecola

(CH2)_n + n 3/2 O2 → n CO2 + n H2O + calore

La specie che libera meno energia è quella più stabile.

Ciclopropano

• tutti gli idrogeni sono eclissati tra loro
• sovrapposizione degli orbitali non è di 109,5° ma di 104°
• perciò è molto reattiva

Ciclobutano

• angoli di 88°
• non ha H eclissati
• 25° - distorsione - conformazione a busta

Equilibrio conformazionale

Ciclopentano

• non ha tensione angolare per evitare la tensione torsionale nei legami eclissati, ha un C fuori dal piano
• come ciclo butano

Cicloesano

• 2C al di fuori del piano
• 2 conformazioni

minima energia a sedia a barca massima energia

Per scrivere conformaz di sedia:

1

2

3

I pallini sono i carboni

Gli idrogeni: assiali ed equatoriali

Ogni C ha un idrogeno assiale e uno equatoriale

dove l’assiale punta verso l’alto, l’equatoriale punta verso il basso e viceversa

equilibrio:

sedia minimo di energia

ΔE

semisedia massimo di energia

barca piegata minimo relativo di energia

barca massimo relativo di energia

ΔE = 1 kcal/mol

Inoltre, nel passaggio tra una sedia all’altra, tutti i legami assiali diventano equatoriali e viceversa

Geodesani mono-sostituiti

• Metile (sostituente) - Se è in posizione equatoriale è molto più stabile.

corrisponde ad una posizione

sempre in equilibrio con un'altra molecola in cui i legami diventano assiali

Isomeria Geometrica nei cicloalcani

Quando i gruppi sopra e sotto al piano sono indisinguibili, non si ha isomeria geometrica.

Quando si ha un solo sostituente, non si ha isomeria sopra 2 sullo stesso C.

Isomeria

con 2 o più sostituenti: su almeno 2 atomi di C diversi.

Sono possibili diverse disposizioni dei sostituenti.

• Isomero cis dalla stessa parte dell'anello

Il legame viene verso di noi.

• Isomero trans da parti opposte dell'anello

Cuneo tratteggiato - Il legame va sotto al piano.

la configurazione non cambia

equatoriali

entrambe

equatoriali più stabile

assiali; meno stabile

equilibrio spostato a sx

Uguale stabilità se le conformazioni hanno entrambe CH₃ assiale ed equatoriale

equatoriale + stabile

Anelli condensati

(Trans, stabile)

(Cis, meno stabile)

Gli acidi organici sono abbastanza deboli.

ACIDI e BASI

- Brønsted-Lowry

• Acido: dona protoni alla base

• Base: accetta dell'acido

Chimica organica ha acidi deboli e debolissime, e basi facili e fortissime.

Un acido è tanto più forte quanto il suo equilibrio è spostato a dx.

Più forte è il legame da dissociare più debole è l'atomo

Tanto più è polarizzato il legame tanto più sarà facile scinderlo.

L'acidità segue l'elettronegatività crescente

aumenta verso dx nella tavola periodica

Anche l'ibridazione influenza l'acidità

• sp > sp² > sp³

• acidità aumenta

A parità di legame acido e di gruppo funzionale si possono avere acidità diverse.

Se introduco elem elettropositivi abbasso l'acidità

combinazioni strutturali della molecola.

Esempio: CH₃COOH

CH₂ClCOOH - acidità inferiore effetto induttivo

EFFETTO DI RISONANZA

non c'è risonanza

è in grado di delocalizzare la carica

diversa disposizione e^-

→ RISONANZA (o mesomeria)

acidiità diminuisce

IBRIDO DI RISONANZA

δ^-

Se l’atomo che porta la carica neg. è grosso →

↑

aumenta l'acidità

acidiità →

Natura del solvente

Più solventi polari esaltano le differenze di stabilità tra acido e base coniugata

es. SOLVENTI PROTICI

(sìa donatori che accettori di legami a H₁)

TEORIA DI LEWIS

Acido: accetta una coppia di e^- e forma nuovo legame

Base: dona

Estende il numero di sostanze

che possono essere acidi o basi

Frecce curve → fanno vedere il trasferimento di e^- e la

forma di un nuovo legame.

dalla base all'acido