8. Chimica organica Flashcards
Regola base chimica organica
il C può fare 4 legami in totale
* 4 singoli
* 2 doppi
* 1 triplo e 1 singolo
* 1 doppio e 2 singoli
Chimica organica
chimica dei composti del carbonio –> divisi in classi in base a proprietà chimico-fisiche
Versatilità Carbonio
spiccata tendenza a concatenare
- catene aperte lineari o ramificate
- catene chiuse a anello → cfr. composti
benzenici
conf elettronica 2s22p2 = 4 elettroni in livello esterno
- valore intermedio elettronegatività
- raggiunge ottetto condividendo e- e
formando legami covalenti
numero ossidazione varia da -4 a + 4
può essere ibridato
può formare legami
- semplici C-C → atomi C ibridati sp3
- doppi C=C → atomi C ibridati sp2
- tripli C☰C → atomi C ibridati sp
Ibridazioni C
ibridazione sp3
* se C è legato a 4 atomi
* 4 orbitali ibridi degenere a vertici
tetraedro con angoli 109,5° →
cfr. molecola metano
ibridazione sp2
* se C legato a 3 atomi
* 3 orbitali ibridi degeneri a vertici
triangolo equilatero con angoli 120° →
cfr. molecola etene
ibridazione sp
* se C legato a 2 atomi
* 2 orbitali ibridi degeneri su retta con
angoli 180° → cfr. molecola etino
Gruppi funzionali
è atomo o gruppo atomi che legati a catena carboniosa è responsabile di proprietà chimico-fisiche di composto
composti con stesso gruppo funzionale sono raggruppati in classi
in base a n° gruppi funzionali composti si dividono in:
* monofunzionali = con 1 gruppo funzionale
* polifunzionali = con + gruppi funzionali
Reattività
attitudine a trasformarsi x azione di determinato composto
gruppo funzionale è centro reazione cui sono legati sostituenti
in reazioni organiche si sviluppa quasi sempre carica su C
* se positiva si chiama carbocatione
* se negativa si chiama carbanione
* si formano x rottura elettrolitica di legame
covalente
- 1 atomo tiene coppia e- (si carica
negativamente)
- altro atomo prede coppia e- (si carica
positivamente)
- atomo carbonio con elettrone spaiato =
radicale libero
* originato x rottura omolitica legame
covalente = ogni atomo tiene 1 e-
Reagenti elettrofili
- acidi lewis
- sostanze con
- lacuna elettronica
- cariche positivamente totalmente o
parzialmente- C carbonilico (-CO)
- reagiscono con atomi o molecole cariche di elettroni = nucleofili
Reagenti nucleofili
- basi lewis
- sostanze che forniscono elettroni:
- dotate di carica negativa totale o parziale
- con doppietto solitario - reagiscono con elettrofili
Isomeria
- isomeri son 2 o + composti che hanno stessa formula bruta e molecolare, ma diversa formula di struttura o diversa disposizione spaziale di atomi
- isomeri strutturali o costituzionali = diversa concatenazione di atomi
- stereoisomeri = stessa concatenazione, ma diversa disposizione in spazio
Isomeria strutturale
- isomeria di catena
- stessa formula bruta, ma diversa formula
struttura - proprietà fisiche e chimiche diverse e sono
separabili - es. catena con 4 C, il C finale può essere
attaccato in modo lineare o in modo da
formare 1 ramificazione → 2 isomeri
- stessa formula bruta, ma diversa formula
- Isomeria di posizione
- stessa formula bruta, ma diversa posizione
catena sostituente (atomo o gruppo
funzionale) - proprietà fisiche e chimiche diverse e sono
separabili - es. catena con 3 C e 1 OH, OH può essere
attaccato a C terminale o a C in mezzo = 2
isomeri diversi
- stessa formula bruta, ma diversa posizione
- isomeria del gruppo funzionale
- stessa formula bruta, ma diverso gruppo
funzionale - proprietà marcatamente diverse e
facilmente separabili
- stessa formula bruta, ma diverso gruppo
Stereoisomeria
- isomeria conformazionale:
- differenziano x orientamento spaziale
relativo di gruppi atomi - possono trasformarsi uno in altro x
rotazione intorno a legame C-C
- differenziano x orientamento spaziale
- isomeria ottica o enantiomeria
- enantiomeri = stereoisomeri immagine
speculare uno di altro, ma no
sovrapponibili - carbonio chirale = atomo C ibridato sp3
legato a 4 atomi o gruppi atomici diversi
tra loro - regola van’t hoff = composto con n atomi di
C, può contenere massimo 2n
stereoisomeri - enantiomeri hanno attività ottica:
- può far ruotare di un certo angolo piano
di luce polarizzata - se ruota a destra si parla di enantiomero
(+) = destrogiro - se ruota a sinistra si parla di
enantiomero (-) = levogiro
- può far ruotare di un certo angolo piano
- enantiomeri = stereoisomeri immagine
- diastereoisomeria
- diastereoisomeri = stereoisomeri che no
sono immagine speculare di altro - esempio è isomeria geometrica o cis-trans
- isomeri cis- 2 sostituenti + ingobrati e
pesanti di carboni legati C=C si trovano
da stesso lato di doppio legame - se si trovano da lati opposti si ha
isomero trans-
- isomeri cis- 2 sostituenti + ingobrati e
- diastereoisomeri = stereoisomeri che no
Idrocarburi
composti organici + semplici
costituiti solo da C e H
distinzione:
* idrocarburi aromatici
- con anelli carbonioso con legami a e-
delocalizzati
* idrocarburi alifatici = senza legami a e-
delocalizzati
Idrocarburi alifatici
- saturi = fatti solo con legami semplici → alcani
*insaturi = fatti anche con legami multipli → alcheni (doppio legame) e alchini (triplo legame)
Nomenclatura degli alcani e regole generali di nomenclatura
-prefissi = numero atomi C in catena principale:
* met- = 1
* et- = 2
* prop- = 3
* but- = 4
* pent- = 5
* es- = 6
* ept- = 7
* ott- = 8
* non- = 9
* dec- = 10
- desinenza
* -ano = alcano
* -ene = alchene
* -ino = alchino
- gruppi alchilici
* sostituente = gruppo laterale legato a
catena sostituendo atomo H
- se sostituente è idrocarburo → gruppo alchilico (R-)
* frammento molecola di idrocarburo x
eliminazione di H
* nome gruppo alchilico = uguale a
idrocarburo solo con desinenza -ile
* per distinguere gruppi alchilici con stessa
forma bruta si usano prefissi specifici:
iso-/ter-
- regole nomenclatura composti organici:
* se idrocarburo ramificato o se sono
presenti gruppi funzionali diversi
- composto considerato derivato
idrocarburo corrispondente a catena
atomi C + lunga
* posizione sostituenti indicata da numero
atomo C a cui sono legati
* atomi C si numerano partendo da
estremità + vicina a sostituente
* se ho 2 o + sostituenti uguali numero va
indicato con prefissi di, tri. tetra-…
* se sostituenti diversi → indicati in ordine
alfabetico
Alcani
legame singolo
geometria tetraedrica
angolo di legame 109.5°
orbitali molecolari (MO) sigma (σ)
- formula generale CnH2n+2 con n= 1,2,3,4,…
- desinenza -ano
- legami covalenti semplici C-C (legame C)
* C ibridato sp3
* 4 orbitali ibridi
* gruppi legati possono liberamente ruotare
intorno a legame
* legame ottenuto da sovrapposizione
orbitali
- privi di gruppi funzionali
- isomerie:
* isomeria conformazionale → libera
rotazione intorno a C-C
* isometria struttura → catena lineare,
ramificata, aperta, ciclica
* isomeria ottica → se molecola ha almeno 1
C chirale
Alcheni
- legame doppio
- geometria trigonale planare
- angolo legame 120°
- MO 1σ + 1π
- formula generale CnC2n con n>=2
- desinenza -ene
- contenono 1 o + doppi legame C=C (legame 1σ + 1π)
- doppio legame è gruppo funzionale
- atomi C ibridati sp2
- 3 orbitali ibridi + 1 orbitale p puro
- ciascun atomo C sovrappone uno di 3
orbitai sp2, mentre orbitale p puro si
sovrappone lateralmente dando orgigine a
legame π
- idrocarburo + semplice = CH2=CH2 (etene o etilene)
- nomenclatura
- stessa cosa degli alcani, solo con desinenza
-ene - catena + lunga si numera da estremità +
vicina a doppio legame
- stessa cosa degli alcani, solo con desinenza
- isomeria a partire da butene:
- struttura
- posizione
- cis-trans
Dieni
- alcheni polifunzionali con 2 doppi legami
- formula generale CnH2n-2
- in base a posizione doppi legami possono
essere:- cumulati/alleni = doppi legami adiacenti
- isolati = doppi legami separati da + di 1
legame semplice - coniugati = doppi legami separati da 1
legame semplice - fenomeno risonanza:
- si possono scrivere formule limite di
risonanza - forme limite no corrispondono a
struttura vera, che è un intermedio
di forme limite - elettroni π sono delocalizzati
- rendo molecola + stabile
- si possono scrivere formule limite di
Alchini
- legame triplo
- geometria lineare
- angolo legame 180°
- MO 1σ + 2π
-formula generale CnH2n-2 con n>=2 - desinenza -ino
- contengono 1 o + tripli legami C≡C → 1 legame σ e 2 legami π
- triplo legame è gruppo funzionale alchini
- C ibridati sp
- 2 orbitai ibridi e 2 p puri
- orbitali ibridi di C si sovrappongono,
mentre in 2 p puri si sovrappongono
lateralmente formando 2 legami π
- alchino + semplice = CH≡CH = etino o acetilene
- nomenclatura come alcheni
- isomeria di struttura a partire da pentino
Proprietà fisiche degli idrocarburi alifatici
-apolari e insolubili in acqua
- uniche interazioni intermolecolari sono forze van der waals
- solubili in solventi organici (etere, benzene e cicloesano)
- meno densi di acqua
- basso punto fusione e ebollizione
* aumentando numero C interazione van der
waals aumenta → + C = più alto punto
fusione e ebollizione
Proprietà chimiche alcani
- bassissima reattività
- legami C-C e C-H sono legami forti → bassa
differenza elettronegatività tra C e H - reazioni avvengono in condizioni drastiche
- legami C-C e C-H sono legami forti → bassa
Reazioni alcheni
- alogenazione
- sostituzione di 1 o + atomi H con alogeno
- prodotti sono alogenuro alchilico (R-X) e
acido alogenidrico corrispondente (HX)
- formula generale: R–H + X2 → R–X + HX
- condizioni di irraggiamento UV o calore- combustione
- ossidazione in cui idrocarburo
(combustibile) reagisce con ossigeno
(comburente) x dare CO2 e acqua - reazione generale:
CnH2n+2 + (3n+½)O2 → nCO2 +
(n+1)H2O + calore - reazione fortemente esotermica
- a Tambiente no spontanea → deve
essere innescata - se avviene in difetto di O2 oltre a CO2 si
producono: - CO → monossido di carbonio (tossico)
- composti di ossidazione parziale
- ossidazione in cui idrocarburo
- deidrogenazione
- produzione composti insaturi da alcani
mediante eliminazione molecole H2
- produzione composti insaturi da alcani
- cracking
- frammentazione catena idrocarburica in
frammenti + piccoli - condotta ad alta temperatura e con
catalizzatori - molecola reagente si può frammentare
in diversi punti
- frammentazione catena idrocarburica in
- combustione
Reazioni alcheni
Stesse di alcani
+
addizione elettrofila:
* idrogenazione: alchene + H2 + catalizzatore
→ alcano
* alogenazione: alchene + X2 → dialogenuro
vicinale
* idratazione: alchene + H2O → alcol
* addizione di acidi alogenidrici: alchene +
HX → alogenuro alchilico
polimerizzazione:
* polimero =
- grossa molecola organica
- alto peso molecolare
- ripetizione enorme quantità unità +
semplici = monomeri
* 2 tipi polimeri:
- polimeri addizione
* serie reazioni addizione a catena
* ogni reazione è innescata da particella
reattiva (radicale libero)
- polimeri di condensazione
* reazione tra 2 gruppi funzionali di diversi
monomeri
* polimeri lineari o ramificati
* si distinguono in:
- omopolomeri → formati da monomeri
uguali
- copolimeri → formati da monomeri
diversi
* alternati → se monomeri si ripetono
secondo sequenza regolare
* irregolari → se monomeri si alternano
secondo sequenza causale
* equazione generale:
R–CH2CH2 . + nCH2=CH2 → R–
(CH2CH2)n–CH2CH
Reazioni alchini
- idrogenazione: alchino + H2 + catalizzatore → alchene + H2 + cat → alcano
- alogenazione: alchino + X2 → alchene + X2 → alcano tetrasostituito
- addizione con acidi alogenidrici: alchino + HX → alchene + HX → alcano bisostituito
- idratazione: alchino + H2O (H+/Hg2+) → enolo (instabile) → aldeide o chetone x tautomeria
Idrocarburi aromatici
- particolari idrocarburi ciclici insaturi
- semplice e importante = benzene (C6H6)
- composto ciclico a 6 atomi di C
- alternanza legami semplici e doppi
- delocalizzazione legame π su tutta la
molecola - ibrido di risonanza tra 2 formule limite
- rappresentabile come esagono con dentro
un cerchio - no da addizioni spontanee, ma sostituzioni
- semplice e importante = benzene (C6H6)
- composto è aromatico se:
- presenta sopra e sotto piano molecola
nuvola ciclica di elettroni π delocalizzati - contiene 4n + 2 elettroni π con n=1,2,3,… →
regola di huckel
- presenta sopra e sotto piano molecola
Derivati del benzene
- se sostituente è gruppo alifatico si ottengono areni
- nomenclatura con nomi comuni
- benzene con CH3 = toluene
- benz con OH = fenolo
- benz con COOH = acido benzoico
- benz con CH=CH2 = stirene
- benz con NH2 = anilina
- benz con NO2 = nitrobenzene
- se ci sono 2 sostituenti: 2 modi x nominare
- Indicare posizione sostituenti numerando
atomi C di anello partendo da 1 che ha
sostituente (unico usato con + di 2
sostituenti) - indicare posizione 2 sostituente rispetto a 1
usando prefissi:- orto- = sostituenti 1,2
- meta- = sostituenti 1,3
- para- = sostituenti 1,4
- Indicare posizione sostituenti numerando
Proprietà fisiche idrocarburi aromatici
- apolari
- insolubili in acqua e solubili in solventi organici
- meno densi di acqua
- punto fusione e ebollizione aumenta aumentando numero C
- a Tambiente benzene e derivati sono liquidi
Proprietà chimiche idrocarburi aromatici
- elettroni π delocalizzati rende benzene reagente nucleofilo
- no addizione elettrofila, ma sostituzione elettrofila x mantenere aromaticità
- reazioni di sostituzione elettrofila:
- nitrazione:
- reagenti: benzene e acido nitrico (HNO3)
- in presenza di acido solforico (H2SO4)
- prodotti: nitrobenzene e acqua
- alogenazione
- reagenti: benzene e cloro/bromo/iodio
molecolari - in presenza di cloruro/bromuro/ioduro di
alluminio (AlX3) - prodotti: cloro/bromo/iodio-benzene e
acido cloridrico/ bromidrico/ iodidrico
(HX)
- reagenti: benzene e cloro/bromo/iodio
- nitrazione:
Petrolio
- mix idrocarburi alifatici
- petrolio greggio no utilizzabile come tale
- distillazione frazionata in colonne distillazione di raffinerie
- ottengono frazioni a diverso punto ebollizione e PM
- gas di petrolio = GPL
- benzina
- nafta
- cherosene
- gasolio
- distillazione frazionata in colonne distillazione di raffinerie
- pesante sottoposto a cracking x molecole + semplicie e aumentare resa benzina
* residuo pesante = mix idrocarburi
altobollenti - distillazione sottovuoto x oli carburanti, lubrificanti e bitumi
Alogenuri alchilici e arilici
derivati degli idrocarburi
- formula generale R–X (alchilici) o Ar–X (arilici)
- nomenclatura:
* alchilici: alogeno considerato come
normale sostituente
* arilici: nome alogeno precede parola
benzene
- proprietà chimiche:
- molecola polare
- sostituzione nucleofila e eliminazione
Alcoli
- formula generale R–OH
- gruppo funzionale è gruppo ossidrilico (OH)
- desinenza è -olo
- in base a tipo di C a cui OH è legato si ha distinzione in alcoli:
- primari → OH legato a 1 C
- secondari → OH legato a 2 C
- terziari → OH legato a 3 C
- nomenclatura:
- si numera catena + lunga contenente
gruppo OH - OH deve avere n° + basso possibile
- desinenza -olo con numero C a cui OH è
attaccato - desinenze -triolo e -diolo x alcoli
polisostituiti
- si numera catena + lunga contenente
- proprietà fisiche:
- determinate da gruppo OH e da porzione
alchilica molecola - OH fa si che si possano formare legami H
- punto fusione e ebollizione + alti di
idrocarburi con = n° C - alcoli fino a 3 atomi di C sono solubili in
acqua - solubilità diminuisce gradualmente con
aumento n° C
- determinate da gruppo OH e da porzione
- proprietà chimiche:
- determinate da OH
- separazione di cariche dovuta a differenza
marcata di elettronegatività tra O e C - reazione + comune è ossidazione
- alcol primario + agente ossidante debole
→ aldeide - alcol primario + agente ossidante forte
(KMnO4 o K2CrO7) → acido carbossilico - alcol secondario + agente ossidante →
chetone
- alcol primario + agente ossidante debole
- alcol + comune = etanolo
Fenoli
- alcoli aromatici con 1 o + gruppo OH
- formula generale Ar–OH
- desinenza -olo
- derivano da fenolo
- si usano nomi uso
- formano legami H intermolecolari e con H2O → solubili in acqua
- solidi il cui punto fusione aumenta a crescere di gruppi OH
- proprietà chimiche simili a alcoli alifatici → presenza anello rende dissociazione acida + facile
Tioli e tiofenoli
- formula generale: R–SH (tioli) o Ar–SH (tiofenoli)
- gruppo funzionale solfidrilico -SH
- nome: sostituendo nome idrocarburo con desinenza -tiolo
- tioli detti anche mercaptani
Eteri
- formula generica: R–O–R’
- derivati di H2O x sostituzione di 2 H con 2 gruppi alchilici
- eteri simmetrici = R = R’
- eteri misti = R diverso R’
- angolo legame 110°
- nome: etere + nome gruppi alchilici in ordine alfabetico
- no legami H intermolecolari → punti ebollizione inferiori a alcoli
- eteri a basso PM sono liquidi volatili e molto infiammabili
- solventi ideali x sostanze organiche
- legame etereo molto forte → scisso solo da acidi forti a caldo
- sintetizzati da reazione di condensazione tra 2 alcoli
Aldeidi e chetoni
- gruppo C=O = gruppo carbonilico o carbonile
- fortemente polarizzato
- C ibridato sp2
- nomenclatura
- desinenza aldeidi = -ale
- desinenza chetoni = -one
- come idrocarburi con desinenze specifiche
- proprietà fisiche:
- polari, ma no possono formare legami H
intermolecolari- punti fusione e ebollizione + alti di
idrocarburi con = n° C, ma + bassi di
alcoli corrispondenti
- punti fusione e ebollizione + alti di
- aldeidi e chetoni inferiori (<5C) sono
idrosolubili
- polari, ma no possono formare legami H
- proprietà chimiche:
- C=O molto polarizzato x grande differenza
elettronegatività tra C e O → reattivi - reazioni:
- addizione di idrogeno e formazione
alcoli/riduzione - aldeide + agente riducente → alcol
primario - chetone + agente riducente → alcol
secondario - ossidazione
- aldeide + agente ossidante → acido
carbossilico
- addizione di idrogeno e formazione
- C=O molto polarizzato x grande differenza
- aldeide + comune = metanale o formaldeide
- chetone + comune = propanone o acetone
Acidi carbossilici
- gruppo funzionale COOH = gruppo carbossilico
- C ibridato sp2
- gruppo carbonilico + ossidrilico
- nomenclatura:
- desinenza -oico
- nome idrocarburo preceduto da parola
acido - si usano nomi d’uso: es.
- acido etanoico = acido acetico
- acido metanoico = acido formico
- acido propanoico = acido citrico
- proprietà fisiche:
- molecole polari
- formano legami H intermolecolari
- fino a 4 C sono solubili in acqua
- alti punto fusione e ebollizione
- fino a 8 C sono liquidi incolore con odore
pungente
- proprietà chimiche:
- si dissociano in acqua: RCOOH + H2O →
RCOO- + H3O+- favorita da:
- effetto elettronattrattore di O di C=O
che indebolisce legame O–H - stabilizzazione x risonanza di RCOO-
- ottenibili x ossidazione di aldeidi
- se tratto acido con blando agente
riducente → aldeide - se tratto acido con forte agente riducente
→ alcol primario
- si dissociano in acqua: RCOOH + H2O →
Acidi grassi
acidi carbossilici caratterizzati da lunga catene idrocarburica lineari satura o insatura
Esteri
- derivati di acidi x sostituzione di -OH con OR’ = gruppo alcossidico
- nome: nome acido con desinenza -ato seguito da nome di R’
- sintetizzati da reazione di attacco nucleofilo di alcol su acido carbossilico = esterificazione
- reazione inversa a esterificazione = idrolisi
- importanti esteri di glicerolo + acidi grassi → trigliceridi
Anidridi
- nome: nome acido corrispondente sostituendo parola acido con parola anidride → quindi acido acetico diventa anidride acetica
- sintetizzate x condensazione tra acidi carbossilici a caldo e liberazione di molecola di H2O
- reazione reversibile → idrolisi
Ammine
- derivati organici di ammoniaca (NH3) sostituendo gruppi alchilici o arilici a 1 o + atomi di H
- ammine si dividono in:
- primarie: solo un sostituente → RNH2
- secondarie: 2 sostituenti → R2NH
- terziarie: 3 sostituenti → R3N
- quaternarie: R4N+ X-
- ammina + importante è anilina
- polari che possono formare legami H con se stesse e con acqua
- legame - forte che x alcoli → N è -
elettronegativo di O - punto fusione + alti di idrocarburi, ma +
bassi di alcoli - solubili in acqua quando hanno meno di 5C
- legame - forte che x alcoli → N è -
- può acquistare ioni H+ da acqua: R–NH2 + H2O → R–NH3+ + OH-
Ammidi
- derivati di acido carbossilico x sostituzione -OH con:
- -NH2
- -NHR → ammina primaria
- -NR’R’’ → ammina secondaria
- nome: acido con desinenza -oico
- sintetizzate x condensazione di acido carbossilico (o derivato) con ammoniaca o con ammina primaria o secondaria
- reversibili x idrolisi basica o acida liberando acido carbossilico e ammoniaca o ione ammonio
Cianuri o nitrili
- formula generale R–C≡N
- derivati acido cianidrico (HCN) x sostituzione di H con gruppo alchilico o arilico
- gruppo funzionale è C≡N → gruppo ciano o nitrile
- nome: desinenza -nitrile
Eterocicli (o composti eterociclici)
- composti ciclici alifatici o aromatici in cui anello contiene 1 o + atomi diversi da C → detti eteroatomi (generalmente N, O, S)
Eterocicli alifatici
- hanno proprietà chimico-fisiche identiche a quelle di corrispondenti composti no ciclici in cui eteroatomo è legato a 2 gruppi alchilici
- importanti:
- pirrolidina
- tetraidrofurano
- piperidina
- importanti:
Eterocicli aromatici
- di maggior rilevanza chimica
- importanti:
- pirrola
- furano
- tiofene
- piridina
- pirimidina → cfr. basi azotate primidiniche
- importanti:
- danno reazioni di sostituzione elettrofila (come benzene)
