Appunti di Chimica Organica Base PDF

È la chimica dei composti del carbonio (fanno eccezione pochi composti inorganici CO, CO2, CO3-, CN-,..) Il C è un non-metallo molto versatile perché essendo in alto e piuttosto a destra nella tavola periodica, è piccolo ed ha elettronegatività intermedia, quindi forma sempre legami covalent...

È la chimica dei composti del carbonio (fanno eccezione pochi composti inorganici CO, CO2, CO3-, CN-,..) Il C è un non-metallo molto versatile perché essendo in alto e piuttosto a destra nella tavola periodica, è piccolo ed ha elettronegatività intermedia, quindi forma sempre legami covalenti con atomi di C (tendenza alla concatenazione formando catene aperte e chiuse, lineari o ramificate) o con altri atomi come H, O, N, S, P, alogeni. Avendo configurazione elettronica esterna 2s2 2p2, con 2 elettroni spaiati, potrebbe formare solo 2 legami covalenti, ma in questo modo non raggiungerebbe l’ottetto. Per raggiungere l’ottetto potrebbe promuovere un elettrone dell’orbitale 2s nell’orbitale 2p e l’energia richiesta per questa operazione potrebbe essere compensata dalla formazione dei 4 nuovi legami covalenti. I 4 legami formati dovrebbero essere diversi perché 3 formati tramite orbitali p e 1 formato tramite orbitale s. Questo non trova riscontro nella realtà, dove ad esempio i 4 legami del metano sono tutti uguali! IBRIDAZIONE Secondo Pauling ciò può essere spiegato ammettendo una fusione degli orbitali atomici ed ridistribuzione degli elettroni in nuovi orbitali ibridi tutti uguali tra loro, ad energia intermedia tra gli orbitali che li hanno generati e quindi anche con forma e orientamento spaziale diversi da essi. L’ibridazione avviene fornendo energia all’atomo nel quale gli elettroni degli orbitali s guadagnano energia mentre quelli degli orbitali p scendono di livello energetico generando un livello energetico intermedio. IBRIDAZIONE sp3 Quando un orbitale s si combina con 3 orbitali p si formano 4 orbitali ibridi sp3 isoenergetici diretti verso i vertici di un tetraedro con angoli di 109,5°. stabilizzazione Il C ibrido sp3 può formare il metano CH4 IBRIDAZIONE sp2 Quando un orbitale s si combina con 2 orbitali p si formano 3 orbitali ibridi sp2 isoenergetici diretti verso i vertici di un triangolo equilatero con angoli di 120°. IBRIDAZIONE sp Quando un orbitale s si combina con 1 orbitale p si formano 2 orbitali ibridi sp isoenergetici posti sulla stessa retta con angolo di 180°. Il C è dunque sempre ibridizzato sp3 formando 4 orbitali ibridi disposti a tetraedro  legami singoli C-C sp2 formando 3 orbitali ibridi disposti a triangolo  legami doppi C=C sp formando 2 orbitali ibridi disposti su una retta  legami tripli C≡C IN TUTTI I COMPOSTI ORGANICI C FORMA sempre 4 LEGAMI con altri C o altri atomi La catena carboniosa più semplice è quella degli IDROCARBURI, costituita da uno scheletro di catena carboniosa alla quale sono attaccati solo idrogeni. –C–C–C–C–C–  Se uno o più di questi H sono sostituiti da altri atomi o gruppi atomici (GRUPPO FUNZIONALE), le proprietà chimico-fisiche dell’intero composto si modificheranno. Composti con lo stesso gruppo funzionale possono dunque essere raggruppati nella stessa CLASSE poiché avranno la stessa reattività chimica. IDROCARBURI sono costituiti solo da H e C (no gruppi funzionali, ma solo catene carboniose con legami C-C, C=C e C≡C). Gli aromatici contengono anelli carboniosi con legami a elettroni delocalizzati, mentre gli alifatici no. Gli alifatici possono essere a catena aperta o ciclici e saturi (solo legami C-C) o insaturi (anche legami C=C o C≡C). PROPRIETA’ IDROCARBURI ALIFATICI Poiché C e H hanno elettronegatività simili, sono apolari e quindi - insolubili in acqua, ma solubili in solventi apolari - bassi punti di fusione ed ebollizione (solo forze intermolecolari London) che crescono all’aumentare della lunghezza della catena (interazioni più numerose) e diminuiscono all’aumentare delle ramificazioni (molecole più distanziate generano interazioni più deboli) - sono ottimi combustibili Hanno solo legami singoli C-C (legami σ) e tutti i C sono ibridi sp3 Sono detti paraffine e sono poco reattivi (inerti) ad eccezione della reazione di combustione che deve essere però innescata Nomenclatura alcani lineari (n- =non ramificati) a catena aperta e ciclici Numero atomi di C Numero atomi di C Nomenclatura alcani ramificati (+ciclo se ciclici) 1) Individuo la catena più lunga: il composto avrà il nome di quell’alcano 2) Numero i C di tale catena partendo dall’estremità più vicina si sostituenti in modo da assegnare loro i numeri più bassi possibile 3) Indicare le posizioni ed il tipo dei vari sostituenti (GRUPPI ALCHILICI con stessa radice alcano, ma desinenza –ile) Il C=C è considerato gruppo funzionale, dunque si numerano i C della catena più lunga partendo dall’estremità più vicina al C=C. Nel nome va indicata la posizione dei C=C (la più bassa possibile) e dei sostituenti, come già visto per alcani, e la desinenza è –ene. Sono detti olefine e possono avere più di un C=C (dieni, trieni,..) Danno facilmente reazioni di addizione al doppio legame C=C con inserzione di un nuovo gruppo Possono formare polimeri  Il C≡C è considerato gruppo funzionale, dunque si numerano i C della catena più lunga partendo dall’estremità più vicina al C≡C. Nel nome va indicata la posizione dei tripli legami e dei sostituenti, come già visto per alcheni, e la desinenza è –ino. La presenza del C≡C conferisce loro rea vità simile a quelle degli alcheni (reazioni di addizione) IDROCARBURI AROMATICI (o areni) Idrocarburi ciclici (con almeno un anello a 6 atomi di C) insaturi con delocalizzazione degli elettroni π sull’anello che conferisce ad esso grande stabilità. C ibrido sp2 DERIVATI DEL BENZENE Essendo molto stabile l’anello nelle reazioni non viene intaccato, ma uno o più idrogeni possono essere sostituiti da gruppi alchilici o funzionali, generando una serie di derivati del benzene. Composti policiclici aromatici, formati da più anelli benzenici condensati o non condensati, hanno nomi particolari. Il petrolio greggio è una miscela di origine fossile di idrocarburi alifatici ed aromatici gassosi, liquidi, solidi. Le componenti vengono separate per distillazione frazionata, sfruttando i diversi punti di ebollizione delle varie componenti. GPL (metano, etano, propano, butano)combustibili gassosi catene corte (leggere)  combustibili liquidi catene medie cracking ottenimento di catene più leggere catene lunghe (pesanti) residui solidi  asfalto strade Se uno o più di questi H sono sostituiti da altri atomi o gruppi atomici (GRUPPO FUNZIONALE), le proprietà chimico-fisiche dell’intero composto si modificheranno. Composti con lo stesso gruppo funzionale possono dunque essere raggruppati nella stessa CLASSE poiché avranno la stessa reattività chimica. DERIVATI DEGLI IDROCARBURI DERIVATI DEGLI IDROCARBURI ALOGENURI ALCHILICI (R-X) E ARILICI (Ar-X) sono derivati dagli idrocarburi alifatici e aromatici per sostituzione di uno o più atomi di H con altrettanti atomi di alogeni. PoliTetraFluoroEtilene (PTFE) elevata resistenza chimica, al calore e basso coefficiente d’attrito, ottimo isolante elettrico Nome: numerare la catena più lunga in modo da assegnare al gruppo funzionale (-OH) il numero più basso possibile, poi indicare altri sostituenti. DESINENZA –OLO Se più –OH si chiama diolo, triolo,.. Se –OH attaccato ad anello aromatico si chiama fenolo Non formano legami a idrogeno, quindi sono molto volatili e per questo sono stati impiegati come anestetici. Sono anche molto infiammabili. Il legame etereo è molto forte e può essere scisso solo con acidi forti a caldo. molecole piccole sono solubili in acqua perché possono formare con essa legami a idrogeno i punti di ebollizione e di fusione sono inferiori a quelli dei corrispondenti alcoli perché non possono formare legami a idrogeno tra di loro REAZIONI ALDEIDI E CHETONI RIDUZIONE L’addizione di idrogeno produce un alcol La difficile ossidazione dei chetoni spezza la catena a livello del gruppo carbonilico, dando prodotti ossidati a catena più corta. Gli acidi carbossilici a lunga catena (>C8)sono detti ACIDI GRASSI saturi (=detti grassi, solidi, di origine animale) insaturi (=detti oli, liquidi, di origine vegetale) Essendo il gruppo carbossilico polare -fino a C4 sono completamente solubili in acqua, poi sempre meno -fino a C8 sono liquidi, poi solidi. DERIVATI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI se –OH viene sostituito da altro gruppo si ottengono nuove famiglie di composti Gruppo alcossidico Si ottengono per condensazione di due acidi carbossilici  Sono composti basici derivati dell’ammoniaca in cui uno o più idrogeni sono sostituiti da gruppi alchilici o arilici. In ragione del numero di gruppi alchilici (o arilici) le ammine si classificano Sono composti basici come l’ammoniaca R-NH2 + H2O = R-NH3+ + OH- Sintesi per condensazione di acido carbossilico e ammina  CIANURI COMPOSTI ETEROCICLICI