Domande aperte del Paniere di Chimica generale e organica - modulo 2

Polimeri: macromolecole composte da catene di monomeri

I polimeri sono macromolecole composte da catene, solitamente molto lunghe, di monomeri (piccole molecole che legate assieme vanno a comporre il polimero; vengono anche chiamate unità strutturali del polimero). Un polimero è composto da una serie di unità ripetitive, ovvero una serie di molecole che si ripete per tutta la composizione di esso; un'unità ripetitiva può essere composta da un solo monomero o da un set di monomeri che si ripetono in serie.

La reazione di polimerizzazione è divisa in 3 parti: l'inizializzazione solitamente catalizzata, la propagazione che avviene spontaneamente se è presente un eccesso di monomeri, e la terminazione in cui la catena si arresta per esempio per consumazione del radicale.

In natura esistono vari polimeri biologici, tra cui la cellulosa (il cui monomero ed unità ripetente è il glucosio); le proteine (i cui monomeri sono gli aminoacidi) e gli acidi nucleici (i cui monomeri sono i nucleotidi).

Tra la grande varietà di polimeri sintetici, di cui sono composti gran parte degli oggetti che ci circondano e di cui facciamo uso nella quotidianità, i più diffusi e industrialmente prodotti sono: il polietilene (PE) ottenuto dalla reazione di polimerizzazione dall'etilene avente come unità ripetente (-CH2CH2-)n; il polietilentereftalato (PET); il polivinilcloruro (PVC); il polipropilene (PP); e il polistirene (PS). 14) Quali tipologie di plastica conosci? Indicare un elenco ed una breve descrizione utilizzando i codici relativi alle tipologie maggiormente in uso. I polimeri sono macromolecole composte da catene, solitamente molto lunghe, di monomeri (piccole molecole che legate assieme vanno a comporre il polimero; vengono anche chiamate unità strutturali del polimero). Un polimero è composto da una serie di unità ripetitive, ovvero una serie di molecole che si ripete per tutta la composizione di esso; un'unità ripetitiva.

può essere composta da un solo monomero o da un set di monomeri che si ripetono in serie. La reazione di polimerizzazione è divisa in 3 parti: l'inizializzazione solitamente catalizzata, la propagazione che avviene spontaneamente se è presente un eccesso di monomeri, e la terminazione in cui la catena si arresta per esempio per consumazione del radicale. In natura esistono vari polimeri biologici, tra cui la cellulosa (il cui monomero ed unità ripetente è il glucosio); le proteine (i cui monomeri sono gli aminoacidi) e gli acidi nucleici (i cui monomeri sono i nucleotidi. Tra la grande varietà di polimeri sintetici, di cui sono composti gran parte degli oggetti che ci circondano e di cui facciamo uso nella quotidianità, i più diffusi e industrialmente prodotti sono: il polietilene (PE) ottenuto dalla reazione di polimerizzazione dall'etilene avente come unità ripetente (-CH2CH2-)n, è trasparente o bianco.

rispettivamente alla forma amorfa o cristallina, è isolante stabile ed economico, viene utilizzato in campo elettronico, idraulico, alimentare ed è il materiale di cui sono formate le borse di plastica; il polietilentereftalato (PET) usato per i contenitori di bevande o ridotto in fibre per produrre tessuti sintetici; il polivinilcloruro (PVC) materiale di cui sono composti i dischi e gran parte delle tubazioni; il polipropilene (PP), materiale di cui sono composte le parti in plastica delle autovetture, i bicchieri, posate, piatti usa e getta, ecc.; e il polistirene (PS) conosciuto anche come polistirolo o polistirolo espanso dalle capacità isolanti e densità molto bassa. 15) Assegnare il nome al seguente composto: 3-metilbutilbenzene 16) Assegnare alle seguenti molecole le configurazioni R o S a. I sostituenti in ordine di priorità sono 1-OH > 2-COH > 3CH2OH quindi la configurazione è R. b. I sostituenti in ordine di priorità sono...

1-OH>2-CO2H>3-CH3 quindi la configurazione è S.

17) Assegnare alle seguenti molecole le configurazioni R o S:

a. I sostituenti in ordine di priorità sono 1-SH>2-CO2H>3-CH3 quindi la configurazione è S.

b. I sostituenti in ordine di priorità sono 1-OH>2-CO2H>3-CH3 quindi la configurazione è S.

18) Descrivere, anche con una rappresentazione grafica della reazione, la sostituzione nucleofila SN2

La Sn2 o sostituzione nucleofila bimolecolare è una reazione di sostituzione che coinvolge un nucleofilo ed una molecola contenente un atomo di carbonio legato ad un altro nucleofilo (gruppo uscente). Durante la reazione Sn2, che avviene in un unico passaggio, il nucleofilo attacca il carbonio legato al gruppo uscente da un'angolazione di 180° rispetto al gruppo uscente formando uno stato di transizione in cui il substrato è legato sia al nucleofilo che al gruppo uscente per poi formare il prodotto della reazione eliminando il gruppo uscente.

Se si tratta di una molecola chirale e il carbonio coinvolto nella reazione è uno stereocentro, l'angolo di entrata del nucleofilo ha l'effetto di invertire la configurazione della molecola di partenza da R a S o viceversa. Ciò che ostacola la reazione Sn2 è l'ingombro sterico presente dal lato opposto del gruppo uscente, per cui la velocità di reazione sarà più lenta quanto più alto sarà l'ingombro sterico. Quindi questa reazione avviene più facilmente su atomi di carbonio primari. 19) Tra CH3CH2C(CH3)2Br e CH3CH2CH2Cl quale reagisce più velocemente in una reazione SN2? Spiegarne le motivazioni descrivendo brevemente questa sostituzione nucleofila. Le reazioni di sostituzione nucleofila Sn2 decorrono più velocemente e hanno stati di transizione meno energetici se i substrati non ostacolano l'avvicinamento del nucleofilo. Il nucleofilo entrerà con un'angolazione di 180° rispetto al piano del legame carbonio-gruppo uscente. Quindi, nel caso specifico, CH3CH2CH2Cl reagirà più velocemente in una reazione SN2 rispetto a CH3CH2C(CH3)2Br, poiché il gruppo metile (CH3)2 nel secondo composto crea un maggiore ingombro sterico, ostacolando l'attacco del nucleofilo.al gruppo uscente, quindi, attaccherà più velocemente un atomo di carbonio primario rispetto ad uno terziario che ha un elevato ingombro sterico nella zona di attacco del nucleofilo. Quindi tra 2-bromo-2-metilbutano e cloropropano, in una reazione di sostituzione nucleofila Sn2, reagirà più velocemente il cloropropano. 20) Descrivere, anche con una rappresentazione grafica della reazione, la sostituzione nucleofila SN1 La Sn1 o sostituzione nucleofila unimolecolare è una reazione di sostituzione che coinvolge un nucleofilo ed una molecola contenente un atomo di carbonio legato ad un altro nucleofilo (gruppo uscente). Avviene in ambienti neutri o acidi e in presenza di solventi protici. A differenza della Sn2, il gruppo uscente si dissocia prima dell'attacco del nucleofilo, dando origine al carbocatione terziario. Una volta formato il carbocatione, reagisce velocemente con il nucleofilo che successivamente perde il protone. Lo stadio più lento o limitante della reazione è la formazione del carbocatione. Rappresentazione grafica della reazione: R-X (gruppo uscente) -> R+ (carbocatione) + X- (anione) Nucleofilo + R+ -> R-Nu (prodotto finale)

La velocità di reazione in una sostituzione nucleofila SN1 è determinata dalla formazione del carbocatione. Più stabile è il carbocatione, più favorita sarà la reazione. Pertanto, la reazione su un carbocatione terziario sarà più favorita rispetto a uno secondario, primario o metilico.

A differenza della sostituzione nucleofila SN2, in cui il nucleofilo può attaccarsi solo dalla parte opposta del gruppo uscente, durante la reazione SN1 il nucleofilo può attaccare il carbocatione sia dalla stessa parte del gruppo uscente che da quella opposta. Pertanto, se si tratta di una molecola chirale, si otterrà una miscela racemica degli enantiomeri R e S, solitamente con un leggero eccesso di inversione dato dall'interferenza del lone pair sul carbocatione.

21) Tra CH3CH2C(CH3)2Br e CH3CH2CH2Cl quale reagisce più velocemente in una reazione SN1? Spiegarne le motivazioni descrivendo brevemente questa sostituzione nucleofila.

sostituzione nucleofila Sn1 decorrono più velocemente quanto è più stabile il carbocatione intermedio quindi più è sostituito il carbonio sul quale avviene la reazione e più sarà favorita e veloce la reazione. Tra CH3CH2C(CH3)2Br e CH3CH2CH2Cl una reazione Sn1 avverrà più velocemente sulla molecola di 2-bromo-2-metilbutano perché si forma come intermedio di reazione un carbocatione terziario, molto più stabile del carbocatione primario che si formerebbe come intermedio nella Sn1 del cloropropano.

22) Assegnare il nome al seguente composto: 5-metilesan-2,4-diolo

23) Mettere in ordine di acidità crescente i seguenti composti:
a. Fenolo
b. Para-nitrofenolo
c. Alcol benzilico

I fenoli sono molto acidi perché lo ione che si forma per la perdita di un ione H+ è stabilizzato per risonanza; gli alcoli sono invece acidi molto deboli come l'acqua; ed i nitrofenoli sono ancora più acidi dei fenoli.

Perché il sostituente nitrico è elettron attrattore. Quindi in ordine di acidità crescente sono: alcol benzilico < fenolo < para-nitrofenolo.

24) Dato il metilfenilchetone (o acetofenone) come chetone di partenza ed il reattivo di Grignard CH3CH2MgBr, scrivere il prodotto di reazione, spiegando brevemente il meccanismo

Il reattivo di grignard agisce come carboanione nucleofilo andando ad attaccare il carbonio legato all'ossigeno formando uno ione alcossido al quale viene aggiunto un gruppo etilico proveniente dal reattivo di grignard formando un alcol terziario: il 2-fenil-2-butanolo.

25) Dato l'etilfenilchetone come chetone di partenza ed il reattivo di Grignard CH3MgBr, scrivere il prodotto di reazione, spiegando brevemente il meccanismo

Il reattivo di grignard agisce come carboanione nucleofilo andando ad attaccare il carbonio legato all'ossigeno formando uno ione alcossido al quale viene aggiunto un gruppo metilico proveniente dal reattivo di grignard.

one come l'acetone porta alla formazione di un alcol primario chiamato 2-propanolo. La reazione di riduzione più comune utilizzata è la riduzione con il reattivo di Grignard, in particolare con il reattivo di Grignard di magnesio (Mg) in presenza di un alogenuro organico come il bromuro di metile (CH3Br). Il meccanismo della reazione coinvolge l'attacco nucleofilo del carboanione formato dal reattivo di Grignard al carbonio carbonilico dell'acetone, seguito da una protonazione per formare l'alcol primario desiderato.