1-IDROCARBURI-bioing

5/14/2018 1-IDROCARBURI-bioing - slidepdf.com

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Dott.ssa Barbara Manconi

Lezione: martedì 11-14

Corso di Biochimica

Ricevimento studenti: contattare il docente

[email protected]

Tutori: in corso di valutazione

Lezioni secondo semestre 27 febbraio – 1 giugno 2012prima verifica intermedia 23 aprile – 28 aprile 2012seconda verifica intermedia 4 giugno – 8 giugno 2012Esami secondo semestre 11 giugno - 30 luglio 2012Esami terzo periodo 1 - 30 settembre 2012



Chimica e propedeutica biochimica

Brown – Farrel

EdiSES

Chimica e propedeutica biochimica

Binaglia - Giardina

Mc Graw Hill



L'aggettivo "organica" fu inizialmente legato al fattoche questa branca della chimica studiava composti più

o meno complessi estratti da organismi viventi, vegetalio animali.

Tale definizione fu abbandonata a favore di quellasopra esposta in seguito alla sintesi in laboratorio

dell'urea e di altre semplici molecole, ove si dimostròche le sostanze prodotte in laboratorio a partire dacomposti inorganici erano in tutto identiche a quelleaventi la medesima struttura isolate da organismiviventi, confutando quindi l'ipotesi vitalistica chevoleva le sostanze "organiche" in qualche modopeculiari per via della loro origine biologica.

La chimica organica si occupa delle caratteristichechimiche e fisiche delle molecole organiche. Sidefiniscono convenzionalmente composti organici icomposti del carbonio.



Elementi più importantinella chimica organica



La Chimica Organica è la chimica del carbonio.In chimica organica il carbonio forma sempre in totale 4legami che possono essere di varia natura, non possiede coppie

di elettroni non condivise.

C4 legami semplici

C 1 legame doppio e 2 semplici = 4 legami

C 1 legame triplo e 1 semplice = 4 legami



In chimica organica generalmente l’ossigeno forma in totale 2legami che possono essere di varia natura

Generalmente l’azoto forma in totale 3 legami che possonoessere di varia natura

N N N

3 legami semplici 1 doppio e 1 semplice 1 legame triplo

2 legami semplici 1 legame doppio

O

O



L’idrogeno forma 1 legame.

H

In chimica organica generalmente lo zolfo forma in totale 2legami che possono essere di varia natura

1 legame semplice

2 legami semplici 1 legame doppio

SS

In chimica organica gli alogeni (F, Cl, Br, I) formano 1

legame.

X 1 legame sempliceX= F, Cl, Br, I



Il carbonio può formare legami di vario genere con ossigeno,azoto, idrogeno, zolfo, alogeni, altri elementi o con altricarboni.

C H C Cl

C N

H

H

C O

ATTENZIONE: in questi esempi il C ha 1 solo legame e ne deveformare altri 3, ma O, N, Cl e H hanno il massimo dei legami chepossono formare. Nel caso del C=O il carbonio forma due legamisotto forma di 1 doppio legame.

CO

H

C C



IDROCARBURI

composti formati solo da carbonio e idrogeno



IDROCARBURI

Alifatici

Aromatici

A catena aperta

Ciclici

Ad anello singolo

Ad anelli condensati

AlcaniAlcheniAlchini

ciclo Alcaniciclo Alcheniciclo Alchini



Idrocarburi alifatici



FORMANO UNA SERIE OMOLOGA, IN CUI OGNI TERMINEDIFFERISCE DAL SUCCESSIVO PER UNA QUANTITÀ COSTANTE(-CH2-).

HANNO FORMULA GENERALE Cn H

2n+2.

ALCANIIdrocaruri saturi (non possiedono doppi legami)

MetanoCH4

C

H

H

HH1 carbonio



promozione

sp3 2s 2px py pz

C C

H HH

H

ibridazione

TETRAEDRO REGOLARE 109°5’

Alcani (idrocarburi saturi)

Ibridazione sp3

109,5°

s px py pz



MetanoCH4

EtanoC2H6

CH3CH3

PropanoC3H8

CH3CH2CH3

ButanoC4H10

CH3CH2CH2CH3

C

H

H

HH

C

H

H

C

H

H

H C

H

H

C

H

H

C

H

H

H

C

H

H

H1 carbonio 2 carboni

3 carboni4 carboni

C

H

H

HH

C

H

H

HHC

H

H

HH

COME SCRIVIAMO LE FORMULE DI STRUTTURA DEGLI ALCANI

Formula brutaFormula razionale



Alcuni fornellini dacampeggio usano ilbutano come

combustibile.

CH3CH2CH2CH3



CH4

Struttura concisa Modello a sfere

R''' R'

R

R''

R'R'''

R

R''

…ma le molecole sono tridimensionali…

Struttura di Lewis



H

H

H

H

H

H H H

HH

HH

STEREOISOMERIA CONFORMAZIONALE dell’ETANO

POSSIBILI FORME TRIDIMENSIONALI INTERCONVERTIBILIPER SEMPLICE ROTAZIONE INTORNO AL LEGAME

Sfalsata/Stellata eclissata

C

H

H

H C

H

H

H



Isomeria di conformazione

Stellata

CH3 - CH3

stellata eclissata



CH3

CH2

CH2

CH3

CH3

CH CH3

CH3

catena ramificata

catena lineare

butanoisobutano



Una catena ramificata è una catena di atomi di carbonio nella quale un atomo diidrogeno è sostituito da un radicale alchilico

Per costruire il nome di un radicale alchilico si utilizza la radice dall’alcanocorrispondente per n°di atomi di carbonio e il suffisso ile

-CH3

metile

-CH2 -CH3

etile

CH4

metano

CH3 -CH3

etano



Butano e 2-metilpropano

isobutanon butano

ISOMERI COSTITUZIONALI (ISOMERI DI STRUTTURA)Stessa formula molecolare,ma differente formula di struttura



CH3

CH2

CH2

CH2

CH3

n pentano

CH3

CH CH3

CH2

CH3

metilbutano

CH3

CH3 C CH3

CH3

dimetilpropano

C5H12



1) Un prefisso che indica il n° di atomi di carbonio presentinella catena

2) Un suffisso (desinenza ) –ano che indica che si tratta diun idrocarburo saturo

COME ASSEGNARE IL NOME AGLI ALCANI NON RAMIFICATI

Sitema IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)

N° atomi di carbonio prefisso desinenza1 met ano2 et ano3 prop ano4 but ano

5 pent ano



1) Individuare la catena lineare più lunga

2) Numerare gli atomi di carbonio

4) Dare un nome al sostituente

3) Assegnare il numero più basso possibile all’atomo di carbonioche presenta la sostituzione

COME ASSEGNARE IL NOME AGLI ALCANI RAMIFICATI

Sitema IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)



Nomenclatura IUPAC

1) Individuare la catena lineare più lunga

CH3

CH2

CH CH3

CH2

CH2

CH2

CH3

7 atomi di carbonio derivato dell’eptano



Il composto è un derivato dell’eptano con una sostituzione alcarbonio n° 3 (un atomo di idrogeno è sostituito da un

gruppo –CH3)

4) Dare un nome al sostituente

-CH3

metile

Radice dall’alcano corrispondente per n°di atomi di carbonio (met)suffisso ile



H

C

H

HH

metano

C

C

H

H

H H

H H

C

C

C

C H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

H3

H3

H2

H2

etano

propano

butano

C

C

C

C

C H3

H3

H2

H2

H2

pentano

*

*

*

*

* atomo di carbonio primario

*

*

*

*

** atomo di carbonio secondario

CLASSIFICAZIONE DEGLI ATOMI DI CARBONIO

*

f



CH3

CH CH3

CH3

*

* atomo di carbonio terziario

catena ramificata

isobutanoCH3

CH3 C CH3

CH3

neopentano

*

* atomo di carbonio quaternario



Reazioni degli idrocarburi alifatici

- reazione di ossidazione

Alcani (composti saturi)- reazioni di sostituzione

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + calore

CH4 + Cl2 alogenuri alchilici



Il petrolio è un liquido denso,viscoso,costituito da migliaia dicomponenti, principalmenteidrocarburi, formatosi perdecomposizione di antiche speciemarine e vegetali.

Le raffinerie producono compostiutili dalle migliaia di differentiidrocarburi presenti nella miscela.Il processo di separazione nella

raffinazione è rappresentato dauna distillazione frazionata.

DA DOVE OTTENIAMO GLI ALCANI

Le frazioni sono le seguenti:



Le frazioni sono le seguenti:1) I gas che bollono al di sotto dei 20

°C e sono idrocarburi come propano,butano e isobutano che possono

essere liquefatte a t.a. e raccolte inbombole (GPL che si usa in cucina oper riscaldare ambienti).

2) Le nafte, idrocarburi con p.e. 20-

200 °C (che rappresenta la fonteprincipale della benzina).3) Il cherosene, idrocarburi da C9 a C15

con p.e. 175-275 °C.

4) L’ li b tibil id b i d



4) L’olio combustibile, idrocarburi daC15 a C18 con p.e. 250-400 °C. E’il carburante per i motori diesel.

5) L’olio lubrificante e combustibilepesante °C idrocarburi p.e. superioria 350 °C.

6) L’asfalto è il residuo nero, catramosoche si ottiene dopo rimozione di

tutte le frazioni volatili.

La benzina è una miscela complessa diidrocarburi da C6 a C12

CICLOALCANI C H



CICLOALCANI CnH2n

Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Cicloesano

C

C C

HH

H

H H

H

C

C C

C

H

H

H

H

H

HH

H

C C

C

C

C

H

H

H

HH

H

H

H

H H

C

C

C

C

C

C

H H

H

H

H

H

H H

H

H

H

H

Desinenza: ciclo -ano



La tetrodotossina è formata da

una serie di cicli prevalentementedi carboni. La tetradotossina siaccumula nei tessuti del pescepalla, che vive nell’OceanoPacifico, che la usa come sistema

di difesa. I giapponesi amanomangiarlo ma per cucinarlo civogliono cuochi con patentinispeciali perché bisogna saperlo

pulire per non morire avvelenati.I sintomi di intossicamento sonoindebolimento, paralisi e morte.



C2H5H

H

HH

H

HH

H

H3C

H

H

1

23

4

5 6

Si tratta di un cicloesano disostituito. La nomenclatura ufficiale

prevede che si faccia precedere al termine cicloesano la lista

dei gruppi alchilici legati e la loro posizione, usando i numeri

più piccoli possibile.



Conformazioni del cicloesano

1

2

3 4

5

6

1

2 3

4

56

12

3

456

a b c



IDROCARBURI ALIFATICI INSATURI

(ALCHENI E ALCHINI)

ALCHENI



ALCHENI

C C

H

H

H

H

CH2 CH2

H

H

H

H

Gli alcheni sono idrocarburi che contengono lungo lacatena uno o più doppi legami carbonio-carbonio. Perquesto motivo gli alcheni sono classificati comeidrocarburi insaturi.

Formula generale: CnH2n con n=2,3,4…

Etene

C2H4

Desinenza: -ene

Alcheni



xy xy

s

p

H

H H

H

z z z

promozione ibridazione

sp2

s px py pz s px py pz

Trigonale planare 120°

Ibridazione sp2Alcheni

La foschia bluastra che sovrasta le



La foschia bluastra che sovrasta lecime boscose nei periodi estivi è dovutoa una grande presenza nell’aria diisoprene. La foschia è causata dalladispersione della luce da parte di unaerosol prodotto dalla foto-ossidazionedell’isoprene e altri idrocarburi.L’isoprene è prodotto dalle piante e la

quantità prodotta è generalmente legataagli aumenti di temperatura.

H2C C

CH3

CH

CH2

Isoprene



L'etilene è il gas che famaturare la frutta, e unfrutto maturo emettequesto gas, che agiràsu frutto acerbo. Così,un pomodoro maturo

collocato in unsacchetto sigillato conpomodori verdicontribuirà a loro

maturazione.



Il carotene e composti simili sonopresenti in natura insieme alle

clorofille con il compito dicatturare la luce solare. In autunnole molecole verdi della clorofillasono distrutte e si osserva il giallo

e il rosso del carotene.Il colore rosso del pomodoro derivadal licopene. Quando un pomodoromatura la sua clorofilla è distruttae il colore verde è rimpiazzato dalcolore rosso del licopene.



Licopene (pomodori)

b-carotene (provitamina A)

Nomenclatura degli alcheni (IUPAC)



Indicare la posizione del doppio legame

Nomenclatura degli alcheni (IUPAC)

Numerare gli atomi di C della catena più lunga

Il doppio legame deve avere il numero più basso nella

catena



CH2

CH

CH2

CH2

CH3

CH3

CH

CH

CH2

CH3

CH2

C

CH2

CH3

CH3CH2

CH

CH

CH3

H3C

1-pentene

2-pentene

2-metil-1-butene

3-metil-1-butene

CH3

CH

C

CH3

CH3

2-metil-2-butene

ISOMERI DI POSIZIONE (DEL DOPPIO LEGAME)E DI CATENA (DELLA RAMIFICAZIONE) DEL PENTENE



HH CH3 H

C C

CH3 H3C H

C C

H3C

cis butene trans butene

Isomeria cis-transSTEREOISOMERIA GEOMETRICA

ALCHINI



ALCHINI

Gli alchini sono caratterizzati dalla presenza di uno opiù tripli legami carbonio-carbonio e sono anch’essi

classificati come idrocarburi insaturi.

Formula generale: CnH2n-2 con n=2,3,4…

HC CH

1 2

12

HC CCH3

1 2 3

Etino Propino

Desinenza: -ino



p

xz

p xy

HC CH s

promozione ibridazione

sp

s px py pz s px py pz

Ibridazione sp



I due alchini più semplici



Idrocarburi aromatici

Un composto con uno o più anelli strutturalmente simili ad un compostodi riferimento chiamato benzene

I i b i d l b h ib id i

2



H

HH

H

H H

I sei orbitali 2pz paralleli non ibridati di ciascuno dei seiatomi di carbonio contengono un elettrone

I sei carboni del benzene hanno ibridazione sp2

BENZENE C6H

6



H

HH

H

H

H H

H

HH

H

H

Il benzene risuona fra le due forme limite.

Il passaggio dall’una forma all’altra si verifica

per semplice spostamento di cariche elettriche.



Gli elettroni sono dispersi in maniera omogenea nell’orbitale p

H

HH

H H

H



CH3 CH2CH3 CHCH3H3C CH CH2

metilbenzene

(toluene) etilbenzene 2-propilbenzene etenilbenzene

(stirene)

IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI



IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI

Naftalene



I 10 atomi di carbonio del naftalene sono tutti ibridati sp2 eciascuno di essi contribuisce con 1 elettrone alla aromaticitàdell’idrocarburo



naftalene antracene fenantrene

pirene

R i i d li id b i ti i



Reazioni degli idrocarburi aromatici

Hanno una reattività più simile agli alcani che agli alcheni

REAZIONI DI SOSTITUZIONE

ETEROCICLICI



ETEROCICLICI

Aromatici

Composti ciclici con

uno o più eteroatomi

Non aromatici

Es semiacetaliciclici, esteri

ciclici (lattoni)

ETEROCICLICI AROMATICI : sono composti ciclici con l’anello formato non solo da atomidi C e H ma con eteroatomi es O,N,S



N

N

H

imidazolo

, ,

Eterociclici con anello a 5 atomi

pirimidina4

1

2

3 5

6 N

N

Eterociclici con anello a 6 atomi

piridina

N

H

Eterociclici con anelli condensati

Benzene+pirrolo = INDOLO

Pirimidina + Imidazolo = PURINAN

N N

N

H

importante

importante

importante

importante

Timportante

triptofano

t i li t t i i

http://it.wikipedia.org/wiki/File:Piridina_struttura_modello.PNG



eterocicli penta-atomici

pirrolo furano tiofene

ON

H

S

N

N

H

ImidazoloSi trova nell’istidina

1 eteroatomo

2 eteroatomiSi trova nell’eme

Anello degli zuccheri a 5 atomi

tiofeni sono importanti composti

eterociclici utilizzati nella sintesi

farmaceutica per produrre molecole più

complesse



4 n + 2n = numero degli anelli

Regola di Huckel

Il numero di elettroni delocalizzati inun composto aromatico è uguale a

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