8. Chimica organica

Question 1

Regola base chimica organica

Answer 1

il C può fare 4 legami in totale
* 4 singoli
* 2 doppi
* 1 triplo e 1 singolo
* 1 doppio e 2 singoli

Question 2

Chimica organica

Answer 2

chimica dei composti del carbonio –> divisi in classi in base a proprietà chimico-fisiche

Question 3

Versatilità Carbonio

Answer 3

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

Question 4

Ibridazioni C

Answer 4

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

Question 5

Gruppi funzionali

Answer 5

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

Question 6

Reattività

Answer 6

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-

Question 7

Reagenti elettrofili

Answer 7

• acidi lewis
• sostanze con
  
  • lacuna elettronica
  • cariche positivamente totalmente o
    parzialmente
    
    • C carbonilico (-CO)
• reagiscono con atomi o molecole cariche di elettroni = nucleofili

Question 8

Reagenti nucleofili

Answer 8

• basi lewis
• sostanze che forniscono elettroni:
  - dotate di carica negativa totale o parziale
  - con doppietto solitario
• reagiscono con elettrofili

Question 9

Isomeria

Answer 9

• 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

Question 10

Isomeria strutturale

Answer 10

• 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
• 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
• isomeria del gruppo funzionale
  
  • stessa formula bruta, ma diverso gruppo
    funzionale
  • proprietà marcatamente diverse e
    facilmente separabili

Question 11

Stereoisomeria

Answer 11

• isomeria conformazionale:
  
  • differenziano x orientamento spaziale
    relativo di gruppi atomi
  • possono trasformarsi uno in altro x
    rotazione intorno a legame C-C
• 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
• 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-

Question 12

Idrocarburi

Answer 12

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

Question 13

Idrocarburi alifatici

Answer 13

• saturi = fatti solo con legami semplici → alcani
  *insaturi = fatti anche con legami multipli → alcheni (doppio legame) e alchini (triplo legame)

Question 14

Nomenclatura degli alcani e regole generali di nomenclatura

Answer 14

-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

Question 15

Alcani

Answer 15

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

Question 16

Alcheni

Answer 16

• 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
• isomeria a partire da butene:
  
  • struttura
  • posizione
  • cis-trans

Question 17

Dieni

Answer 17

• 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

Question 18

Alchini

Answer 18

• 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

Question 19

Proprietà fisiche degli idrocarburi alifatici

Answer 19

-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

Question 20

Proprietà chimiche alcani

Answer 20

• bassissima reattività
  
  • legami C-C e C-H sono legami forti → bassa
    differenza elettronegatività tra C e H
  • reazioni avvengono in condizioni drastiche

Question 21

Reazioni alcheni

Answer 21

• 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
  • deidrogenazione
    
    • produzione composti insaturi da alcani
      mediante eliminazione molecole H2
  • cracking
    
    • frammentazione catena idrocarburica in
      frammenti + piccoli
    • condotta ad alta temperatura e con
      catalizzatori
    • molecola reagente si può frammentare
      in diversi punti

Question 22

Reazioni alcheni

Answer 22

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

Question 23

Reazioni alchini

Answer 23

• 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

Question 24

Idrocarburi aromatici

Answer 24

• 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
• 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

Question 25

Derivati del benzene

Answer 25

• 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

Question 26

Proprietà fisiche idrocarburi aromatici

Answer 26

• 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

Question 27

Proprietà chimiche idrocarburi aromatici

Answer 27

• 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)

Question 28

Petrolio

Answer 28

• 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
• pesante sottoposto a cracking x molecole + semplicie e aumentare resa benzina
  * residuo pesante = mix idrocarburi
  altobollenti
• distillazione sottovuoto x oli carburanti, lubrificanti e bitumi

Question 29

Alogenuri alchilici e arilici

Answer 29

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

Question 30

Alcoli

Answer 30

• 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
• 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
• 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 + comune = etanolo

Question 31

Fenoli

Answer 31

• 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

Question 32

Tioli e tiofenoli

Answer 32

• formula generale: R–SH (tioli) o Ar–SH (tiofenoli)
• gruppo funzionale solfidrilico -SH
• nome: sostituendo nome idrocarburo con desinenza -tiolo
• tioli detti anche mercaptani

Question 33

Eteri

Answer 33

• 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

Question 34

Aldeidi e chetoni

Answer 34

• 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
  • aldeidi e chetoni inferiori (<5C) sono
    idrosolubili
• 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
• aldeide + comune = metanale o formaldeide
• chetone + comune = propanone o acetone

Question 35

Acidi carbossilici

Answer 35

• 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

Question 36

Acidi grassi

Answer 36

acidi carbossilici caratterizzati da lunga catene idrocarburica lineari satura o insatura

Question 37

Esteri

Answer 37

• 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

Question 38

Anidridi

Answer 38

• 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

Question 39

Ammine

Answer 39

• 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
• può acquistare ioni H+ da acqua: R–NH2 + H2O → R–NH3+ + OH-

Question 40

Ammidi

Answer 40

• 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

Question 41

Cianuri o nitrili

Answer 41

• 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

Question 42

Eterocicli (o composti eterociclici)

Answer 42

• composti ciclici alifatici o aromatici in cui anello contiene 1 o + atomi diversi da C → detti eteroatomi (generalmente N, O, S)

Question 43

Eterocicli alifatici

Answer 43

• 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

Question 44

Eterocicli aromatici

Answer 44

• di maggior rilevanza chimica
  
  • • importanti:
      
      • pirrola
      • furano
      • tiofene
      • piridina
      • pirimidina → cfr. basi azotate primidiniche
  • danno reazioni di sostituzione elettrofila (come benzene)