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Scarica Appunti Chimica Organica e più Appunti in PDF di Chimica organica solo su Docsity! CHIMICA ORGANICA La chimica organica studia il carbonio e i suoi composti. | composti organici più semplici sono gli idrocarburi, costituiti da catene di atomi di carbonio, uniti ad atomi di idrogeno. Il carbonio ha una struttura tetraedrica, il che significa che nel legarsi ad altri elementi mette disposizione 4 elettroni di valenza per formare 4 legami covalenti. L’atomo di carbonio possiede 6 elettroni, due disposti sul primo livello e quattro nel secondo. Avendo 4 elettroni negli orbitali più esterni, abbastanza vicini al nucleo, l'atomo di carbonio forma legami di tipo covalente. La sua configurazione elettronica è: *disegno*Poiché sono presenti due elettroni spaiati negli orbitali di tipo p, si può supporre che il carbonio effettui due legami covalenti; in realtà l'elemento si comporta in modo diverso, tendendo a formare quattro legami. Per spiegare questo particolare comportamento si ipotizza che un elettrone dell'orbitale 2s subisca un salto energetico passando nell'orbitale 2p vuoto (stato eccitato); tale processo favorisce il fenomeno dell'ibridazione: gli orbitali s e p, tutti o in parte, si mescolano dando origine a nuovi orbitali. L’ibridazione può coinvolgere tutti i quattro orbitali contenenti un elettrone spaiato (uns e tre p) e originare quattro nuovi orbitali (orbitali degeneri), designati sp3 , che tendono a disporsi secondo i vertici di un tetraedro con angoli di legame di 109,5” (ibridazione tetragonale o tetraedrica). Quando l’ibridazione coinvolge un orbitale s e due p, si vengono a formare tre orbitali ibridi indicati come sp2 orientati secondo i vertici di un triangolo equilatero (disposizione planare) e con angolo di legame di 120°. L'ibridazione di un orbitale s e uno p forma due orbitali sp, disposti sullo stesso asse ma con verso opposto e angolo di 180°. stato Il carbonio con ibridazione: Ls ; è sp3 forma 4 legami o (sigma) disposti secondo i vertici di un tetraedro As, ni x Fao anitati 5 * sp2 forma 3 legami o complanari e uno ri su un piano perpendicolare a quello dei legami o ® sp farma 2 legami a lungo lo stesso asse e 2 x su due piani perpendicolari al primo Legame o: legame formato per sovrapposizione frontale, lungo l'asse che congiunge i nuclei, degli orbitali atomici. Legame rx: legame formato per sovrapposizione laterale degli orbitali atomici. | diversi tipi di ibridizzazione modificano l’elettronegatività del carbonio che aumenta con l'aumentare della percentuale del carattere s negli orbitali ibridi; di conseguenza la lunghezza di legame aumenta con il diminuire del carattere s. * ISOMERI L'isameria: quando due composti hanno uguale formula bruta. > ISOMERIA DI STRUTTURA E' detto isomeria il fenomeno per cui due o più composti aventi la stessa formula bruta, hanno differenti disposizioni relativa agli atomi nella molecola. Gli isomeri di struttura possono essere isomeri: «di catena, che interessa la struttura dello "scheletro" di carbonio, ossia la presenza e posizione di ramificazioni o anelli; isomeri di questo tipo hanno proprietà fisiche diverse, ma reattività chimiche spesso abbastanza simili; »di posizione, che interessa la posizione di legami multipli o di gruppi contenenti atomi diversi da carbonio e idrogeno; isomeri di questo tipo hanno proprietà fisiche diverse, ma reattività chimica spesso simile; »di gruppo funzionale, isomeri cioè che pur avendo formula bruta uguale, presentano gruppi funzionalmente diversi, e hanno quindi proprietà chimiche e fisiche molto differenti. <> STEREOISOMERIA rappresentati rispettivamente con il triangolo equilatero, il quadrato, il pentagono e l'esagono. A ogni vertice delle figure corrisponde un gruppo CH2. ALCHENI C=C Sono composti insaturi, in cui sono presenti un doppio legame c-c .Hanno formula generale CnH2n Il carbonio ha ibridazione sp2 e per questo forma 1 legame o e 1 n. Il suffisso degli alcheni è —ene. Le proprietà fisiche degli alcheni sono uguali a quelli degli alcani: insolubili in acqua, ma solubili in solventi organici; i punti di ebollizione aumentano come negli alcani nell'aumentare con il numero di atomi di carbonio. Danno reazione di addizione glettrofila, in cui le diverse parti di uno stesso reagente si legano agli atomi di carbonio del doppio legame. Regola di Markonikov: essa ci consente di scrivere il raggio isometrico che si forma. Quindi quando un alchene non simmetrico si lega ad un acido alogenidrico allora avremo che l'idrogeno si lega al carbonio. Negli alcheni è impedita la rotazione intorno al doppio legame; per questo molti alcheni mostrano isomeria geometrica cis e trans. Essi possono presentare la stessa formula molecolare ma le due molecole differiscono per la direzione in cui si dispongono i gruppi CH3 Cis=stessa parte, Trans=parti opposte. ALCHINI C o Sono composti insaturi, in cui sono presenti un triplo legame cc Hanno formula generale CnH2n-2 Il carbonio ha ibridazione sp e sono uniti da un legame o e 2 n. Il suffisso degli alchini è -ino. Sono insolubili in acqua ma solubili în solventi organici apolari come l'etere e il benzene. Anche i punti di ebollizione aumentano, con l'aumentare del numero di atomi carbonio. Le proprietà chimiche dipendono dal triplo legame, danno reazione di addizione, senzene CH, La prima formula strutturale corretta del benzene fu data da Kekulè, il quale ipotizzò che il benzene avesse sei atomi di carbanio disposti ai vertici di un esagono regolare e ad ogni atomo di carbonio ce ne fosse legato un altro di idrogeno.Affinché ogni atomo di carbonio fosse tetravalente Kekulè stabilì che lungo l'anello ci fosse un'alternanza di legami singoli e legami doppi. Però la struttura del benzene è intermedia tra quelle delle due strutture che possiamo immaginare e quindi si dice che è un ibrido di risonanza perché vi è uguale lunghezza tra tutti i legami e si pone una freccia a due punte per indicarlo. Ha formula C6H6 e contiene 6 atomi di carbonio con ibridazione Sp2 e di conseguenza ha una struttura planare (4 legami o e 2 rr). La sovrapposizione degli orbitali sp2 porta alla formazione dell'anello e dei legami con l'H. La sovrapposizione due a due dei sei orbitali p origina i legami pigreco,essi però possono instaurarsicon l'uno o con l'altro degli atomi di carbonio adiacenti. Sono quindi possibili diverse disposizioni. Per questo motivo il benzene Secondo la ti ia della risonanza rappresentato come un ibrido tra due forme differiscono solo per la posizione dei doppi legami. Anche la teoria degli orbitali molecolari ammette l'esistenza di un solo benzene, dove 6 elettroni pi greco sono delocalizzati su tutto l'anello e si generano così una nube elettronica conferendo una particolare stabilità. 1 6 orbitali P del benzene si sovrappongono per formare tre orbitali molecolari sui quali si sistemano i 6 elettroni. Può dare reazioni di sostituzione elettrofila aromatica. La reazione avviene con l'attacco del elettrofilo ad un carbonio del benzene.Il legame si forma grazie a due degli elettroni del sestetto aromatico. uno dei carboni del benzene diviene quindi carbocationico e successivamente questa lacuna elettronica colmata degli elettroni del legame carbonio idrogeno si rompe .un protone poi viene allontanato. Il carbocatione è stabilizzato per risonanza. Fenoli Sono alcoli aromatici contenenti una o più gruppi -OH legati direttamente ad un gruppo arilico (deriva da un idrocarburo aromatico a cui è stato rimosso un atomo di idrogeno) hanno formula generale Ar-OH, la desinenza caratteristica della classe é -olo. Il nome dei Fenoli deriva da quello degli idrocarburi corrispondenti preceduto dal prefisso idrossi- e da uno o più numeri che identificano la posizione dei gruppi - OH. Come gli alcoli, essi formano legami a idrogeno intermolecolari con l'acqua, dunque sono solubili in acqua,mentre all'aumentare dei gruppi -OH,il punto di fusione aumenta. Le proprietà chimiche dei Fenoli sono simili a quelle degli alcoli alifatici, con la presenza dell'anello benzoico influenza le proprietà del gruppo -OH che dà reazione di dissociazione. A VZZ4722 asse ESTERI STRUTTURA DEGLI ETERI 3 Gli eteri hanno formula generale R-O-R. Sono derivati dell'acqua per sostituzione dei due atomi di idrogeno con due gruppi alchilici (o arilici) che possono essere uguali o diversi. L'angolo di legame è di circa 110°. NOMENCLATURA DEGLI ETERI Il nome si ottiene dalla parola Etere preceduta (o seguita) dal nome dei due radicali in ordine alfabetico. PROPRIETÀ FISICHE DEGLI ETERI Gli Eteri sono molecole polari în cui l'ossigeno porta una parziale carica negativa e ciascun carbonio ad esso legato porta una parziale carica positiva. Tuttavia, allo stato liquido, fra le molecole di un etere si esercitano solo deboli interazioni dipolo-dipolo. Di conseguenza, i punti di ebollizione degli Eteri sono molto più bassi di quelli gli alcoli. Poiché gli Eteri non possono agire da donatori di legami idrogeno, essi risultano molto meno solubili in acqua degli alcoli. Tuttavia, potendo agire da accettori di legami idrogeno, gli Eteri hanno una solubilità in acqua maggiore di quella degli idrocarburi. REAZIONE Gli Eteri si ottengono mediante una reazione di condensazione(disidratazione) tra 2 alcoli. Le reazioni di rottura del legame C-O avvengono in ambiente acido per sostituzione nucleofila. Nelle reazioni di sostituzione nucleofila, l'alcol, dopo essere stato protonato in ambiente acido, può reagire con un alogenuro X- per dare un alogenuro alchilico. ALDEIDI E CHETONI Seo Il gruppo funzionale di un aldeide è il gruppo carbonilico legato ad un atomo di idrogeno ed un atomo di carbonio. Il gruppo funzionale di un chetone è il gruppo carbonilico legato a due atomi di carbonio. Il doppio legame carbonio-ossigeno, in accordo con la teoria del legame di valenza, consiste di un legame a, formato dalla sovrapposizione di orbitali sp2 del carbonio e dell'ossigeno, è di un legame n, formato dalla sovrapposizione di orbitali 2p paralleli. Le due coppie di elettroni di non legame sull' ossigeno risiedono nei suoi orbitali sp2. VA Do REAZIONI R Sor OSSIDAZIONE Un aldeide può essere ossidato ad acido carbossilico, un chetone è già giunto al massimo del suo stato di ossidazione. (i chetoni si ossidano in laboratorio) RIDUZIONE Un'aldeide o un chetone può essere ridotto a un alcol,un'aldeide in un alcol primario,un chetone in alcol secondario. ADDIZIONE A causa della polarità del legame C=O, i composti carbonilici sono esposti all'attacco dei nucleofili sul C del carbonile, a differenza di quanto accade con il doppio legame C=C, che non essendo polarizzato si presta all'attacco degli elettrofili. Le aldeidi sono più reattive perché nei chetoni i sostituenti alchilici sono gruppi donatori che diminuiscono la parziale carica positiva sul carbonio. ****L GRUPPO CARBONILE*#*** Un carbonile o gruppo carbonilico è un gruppo funzionale costituito da un atomo di carbonio ed uno di ossigeno legati da un doppio legame: C=0.I1 C e O sono ibridati sp2. II C è legato ai due gruppi e all'ossigeno da tre legami o disposti su un piano a circa 120° l'uno dall'altro. Il carbonio e l'ossigeno sono inoltre legati da un legame n (sovrapposizione orbitale p di C ed orbitale p di 0).L'ossigeno ha anche due coppie di elettroni non condivise che occupano i due orbitali sp2 rimanenti.Data l'alta differenza di elettronegatività: il gruppo carbonilico è polare: si forma infatti una nube carica negativamente presso l'ossigeno ed una zona positiva presso il carbonio. Il carbonio è quindi suscettibile ad attacchi nucleofili tramite i quali il legame n viene rotto. NOMENCLATURA Il sistema di nomenclatura IUPAC per aldeidi e chetoni segue lo schema generale che individua come alcano base quello corrispondente alla catena più lunga di atomi di carbonio che contiene il gruppo funzionale. Il gruppo aldeidico indicato trasformando il suffisso - o dell'alcano base in - ale. Nel caso di aldeidi insaturi, la presenza di un doppio o un triplo legame carbonio-carbonio indicata da un suffisso -en o -in. Nel sistema IUPAC i chetani sono denominati scegliendo come alcano base la catena più lunga che contiene il gruppo carbonilico e, quindi, indicando la presenza del gruppo carbonilico cambiando il suffisso da - o a - one. PROPRIETÀ FISICHE L'ossigeno è più elettronegativa del carbonio, pertanto,il doppio legame carbonio-ossigeno è polare, con l'ossigeno che porta una parziale carica negativa ed il carbonio una parziale carica positiva. Aldeidi e chetoni sono composti polari interagiscono allo stato liquido mediante interazioni dipolo-dipolo. Essi hanno punti di ebollizione più alti dei composti non polari. Gli atomi di ossigeno dei gruppi carbonilici di aldeidi e chetoni interagiscono con le molecole di acqua come accettori di legami idrogeno e, pertanto, aldeidi e chetoni sono più solubili in acqua di composti non polari. REAZIONI _Addizione di idrogeno( riduzione) e formazione di alcoli L'addizione di idrogeno, o riduzione, di un 'aldeide e di un chetone fornisce rispettivamente un alcol primario è un alcol secondario. _Ossidazione Le aldeidi si danno facilmente a dare gli acidi carbossilici corrispondenti. | chetoni invece fidati solo da ossidanti forti sono la catena livello del gruppo carbonilico, dando prodotti ossidati a catena più corta. ACIDI CARBOSSILICI STRUTTURA Il gruppo funzionale di un acido carbossilico,è così chiamato poiché costituito da un gruppo carbonilico e da un gruppo ossidrilico. La formula generale di un acido carbossilico alifatico è RCOOH; laformula generale di un acido carbossilico aromatico ArCOOH. NOMENCLATURA Il nome IUPAC di un acido carbossilico deriva dal nome della catena carboniosa più lunga che contiene il gruppo carbossilico togliendo il nome dell'alcano di riferimento il suffisso - o aggiungendo il suffisso - oico e anteponendo la parola acido. # il gruppo -OH viene indicato con il prefisso idrossi-, il gruppo-NH2, con il prefisso ammino- il gruppo C=0 aldeide o di un chetone con il prefisso osso-.* PROPRIETÀ FISICHE Gli acidi carbossilici sono associati mediante legami a idrogeno. Gli acidi carbossilici mostrano punti di ebollizione più elevati degli alcoli aldeidi e chetoni. Gli acidi carbossilici interagiscono con le molecole di acqua formando legami idrogeno, che si stabiliscono sia con il carbonile che con i gruppi ossidrilici. A causa di queste forti interazioni di legame idrogeno, gli acidi carbossilici sono più solubili in acqua rispetto ad alcoli aldeidi e chetoni. DERIVATI FUNZIONALI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI ALOGENURI ACICLICI Il gruppo funzionale di un alogenuro acilico ha formula bruta (RCO-X)(x rappresenta un alogeno e CO il gruppo carbonilico). Gli alogenuri acilici sono denominati cambiando la parola acido in alogenuro ed il suffisso -oile. ESTERI Sono formalmente derivati dagli acidi per sostituzione del gruppo-OH con un gruppo-OR detto gruppo alcossilico. Il nome di un estere si ricava dal nome dell'acido sostituendo la desinenza- ico con la desinenza- ato. Gli esteri si ottengono mediante una reazione di attacco nucleofilo di un alcol su unsacido carbossilico (in presenza di un catalizzatore acido) esterificazione. È una reazione di condensazione tra due composti con eliminazione di una molecola d'acqua. La reazione inversa alla condensazione é l' idrolisi. Idrolizzando un estere si ottengono L'acido e l'alcol di partenza. AMMINE STRUTTURA E CLASSIFICAZIONE Le ammine sono derivati dell'ammoniaca în cui uno o più idrogeni sono sostituiti da gruppi alchilici. Le ammine vengono classificate come primarie, secondarie e terziare a seconda del numero degli atomi di carbonio legati direttamente all'azoto. R-NH) = R-NU-R R-NR U NOMENCLATURA R Nel sistema IUPAC le ammine alifatiche sono denominate come passo degli alcoli, eccetto per il fatto che viene usato il suffisso - ammina e la numerazione per indicare la posizione del gruppo amminico.