Chimica organicaLa sintesi dellurea: scoperta da H. Rouelle nel 1773 nell'urina umana, fu il primo composto organico, sintetizzato nel 1828 da F. Whler, a partire da reagenti inorganici

F. Whler

C h im ic a o rg a n icaC h im ica dei com posti del carbon io Il c arbo nio un elem ento peculiare in quanto a differen za degli altri 91 in grado di form are facilm ente leg a m i (C -C ) stab ili N e con segue che possibile preparare un nu m e ro d i com po sti praticam ente infinito attraverso form azion e d i lunghe ca ten e o a n elli A vendo a disposiz ione C , H , O e N quanti c om posti p osso scrivere con 2 atom i di C ? quanti con 5? e quanti co n 1 0?

Elementi in chimica organica

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Composti organiciO H3C CH3 H etano C O H H3C

O C O H

acido formico

acido acetico

O H3C CH2

H CH3

O H C CH3 H C C

H C C C C H benzene H H

etanolo

acetone

Composti organici

Adrenaline

C6H12O6

Histidine

Proteine

Struttura dellemoglobina

DNA

Legame a idrogeno tra le basi azotate

Tipi di formule:esempio cis-butene 1) Formula bruta: CH 2 fornisce il rapporto fra gli atomi nella molecola (v. analisi elementare)

2) Formula molecolare: C H fornisce il numero degli atomi presenti nella 4 8 molecola (v. misure di PM)

3) Formula di struttura: cis-CH CH=CHCH 3 3 ci dice come sono legati gli atomi e come sono disposti nello spazio, cio definisce il composto (v. misure di diffrazione di raggi X)

Struttura e legame nei composti del carbonioAtomo circondato da quattro gruppi: es. metano

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Disegnare strutture tridimensionali Il legame nel piano indicato con una linea piena. Il legame davanti al piano indicato con un cuneo. Il legame dietro al piano indicato con una linea tratteggiata.

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Disegnare strutture tridimensionaliLe molecole possono essere ruotate nei modi pi diversi, generando molte rappresentazioni equivalenti. Tutte queste sono accettabili rapprestazioni del CH4.

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Ibridazione e legame nelle molecole organicheH H C H H C H H

etano

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H H C H

H C H H

etano

La realizzazione di un modello delletano illustra unulteriore caratteristica circa la sua struttura. Attorno al legame W CC esiste libera rotazione.

Ibridazione e legame nelle molecole organiche

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Diversamente dal legame singolo CC nell etano, la rotazione attorno al doppio legame CC nelletilene limitata. Pu verificarsi solo se il legame T prima si rompe e poi si riforma, un processo che richiede un apporto considerevole di energia.

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Ibridazione e legame nelle molecole organiche

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Struttura e LegameSommario dei legami covalenti osservati nei composti del carbonio

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Struttura e Legame

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Struttura e LegameDisegnare le molecole organicheStrutture condensate Tutti gli atomi vengono disegnati, ma le linee dei legami a due elettroni vengono generalmente omesse. Gli atomi vengono solitamente disegnati vicini agli atomi ai quali sono legati. Le parentesi sono usate intorno a gruppi uguali legati allo stesso atomo. Le coppie elettroniche solitarie vengono omesse.

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Esempi di strutture condensate

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Strutture segmentate Assumere che ci sia un atomo di carbonio in corrispondenza di ogni giunzione di due segmenti o allestremit di ogni segmento. Assumere che intorno ad ogni atomo di carbonio ci siano abbastanza idrogeni per renderlo tetravalente. Inserire tutti gli eteroatomi e gli H ad essi direttamente legati.

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Esempi di strutture condensate contenenti un doppio legame C-O

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Esempi di strutture segmentate

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IsomeriNel disegnare una struttura di Lewis per una molecola con molti atomi, qualche volta per una data formula molecolare possibile pi di una disposizione degli atomi che la costituiscono. Esempio:

Entrambe sono strutture di Lewis valide ed entrambe le molecole esistono. Questi due composti sono chiamati isomeri. Gli isomeri sono molecole diverse che hanno la stessa formula molecolare.

Tipi d i is o m e ri 1 ) Iso m eri fu n zio n ali C H 3C H 2 O H e tan o lo (a lco o l etilico ) 2 ) Iso m eri d i po sizio ne C H 3 C H 2C H 2 C H 3 b uta n o 3 ) Iso m e ri g e om etrici com po sti co n d ive rsi g ru pp i fun zion a li C H 3O C H 3 dim e til e te re

com po sti ch e h an n o g li ste ssi g ru pp i fu nzion a li in p osizio n i d ive rse C H 3C H C H 3 I CH3 iso -b uta n o

(2 -m e tilp ro pa n o ) g rup p i risp etto ad

com po sti ch e d iffe risco n o p e r la d isp o sizion e de i u n d o pp io le g am eCH3 H CH3 H H CH3

CH3 H

cis-2-butene

trans-2-butene

4 ) Iso m e ri o ttici

se un a tom o d i carb o nio pre se nta q ua ttro so stitu e nti d ive rsi (a tom o di c arbo n io

c hirale), a llo ra esiston o du e com po sti un o lim m a g in e spe c ula re d e lla ltro : c op p ia d i e na n tiom e riCOOH H HO C CH3 COOH C CH3 H OH

Lacido S-(+) lattico, noto anche come L-(+) lattico, importante per il metabolismo

ac. (R) lattico

ac. (S) lattico

R ag g rup pam en ti e g ru pp i fun zio n ali 1) R ag g rup p am en ti di ato m i d i C C m etC8 ottC2 etC9 nonC3 propC 10 decC4 butC 11 unde cC5 pentC 12 dode cC6 esC7 ept-

2) G rup p i fu n zio nali gruppi di a tom i responsa bili della reattivit C = C doppio legam e , C |C triplo legam e, -X (X = F, C l, B r, I) aloge no -O H ossidrile, -O - gruppo etereo, -C H O grup po ald eidico , -C O - gru ppo chetonico, -C O O H gruppo carbossilico, -C O O - gru ppo estereo, -C O N R R gruppo am m idico; -N H 2 , -N R R gruppo am m inico sistem a arom atico

C las sific azio n e d ei co m p o sti o rg an ici id roca rb uri: co m p osti form a ti u nicam en te da carb onio e id ro ge no a) sa turi: b) insa turi: alca ni C n H 2n+2 (-an o): C H 4 m etan o, C 2 H 6 eta no, C 3 H 8 propan o [ra dicali R : C n H 2n+ 1 (-ile ): C H 3 m etile, C 2 H 5 etile] alch en i C n H 2n (-ene ): C H 2 =C H 2 eten e (e tilen e) ach ini C n H 2n-2 (-in o): H C |C H e tino , H C |C C H 3 pro pino aren i: C 6 H 6 be nzene, C 6 H 5 C H 3 tolu en e, C 6 H 4 (C H 3 ) 2 xile ne alog en uri R -X (R = rad icale; X = F, C l, B r, I): C H 3 I iod uro di m etile alco oli R -O H (-olo): C 2 H 5 O H etan olo (alcoo l e tilico) ete ri R -O -R (-ete re): C 2 H 5 O C 2 H 5 dietile te re alde idi R C O H (-ale ): C H 3 C H O eta na le (alde ide acetica) acid i carbossilici R C O O H (-oico): C H 3 C O O H eta no ico (acid o ace tico) esteri R C O O R : C H 3 C O O C 2 H 5 ace tato d i e tile am m ine R N H 2 , R R N H , R R R N : C H 3 N H 2 m etila m m ina, C 6 H 5 N H 2 an ilin a

Idrocarburi1) Alcani

lc an i (pa ra ffin e)C 1 -C 4 g as so si, C 5 - liq u id i (C 6 -C 10 b e n zin e ), so lid i co m p o sti p oc o re a ttivi R e a zio n e d i c o m b us tio n e c o n os sig e no C 3 H 8 + 5 O 2 p 3 C O 2 + 4 H 2 O R e a zio n e d i a lo g e na z io n e ra d ica lica : ( o hR C H 4 + C l 2 p C H 3 C l + H C l Il m ec ca n ism o d i qu e s ta re a zio n e p re ve d e la ro ttu ra o m o litica d e l le g a m e C l-C l e a tta cco d el ra d ica le C l .( o hR 1/2 Cl2 CH4 - HClCl2

Cl .

CH3 .

CH3Cl

+

Cl .

2) Alcheni

lch e n i (o le fin e)C om po sti ca ra tte rizza ti d a u n d o p pio leg a m e C = C che n o n co n se n te la g eo m etrica (cis, tra n s) C 1 -C 4 g a sso si, C 5 - liq u id i, so lid i Il do p p io leg a m e u n ce n tro d i re a ttivit (cen tro b a sico) ) R ea zio n i d i a d d izio n e 1 ) A dd izion e d i H 2H H C H C H H R

lib era

ro ta zio ne

iso m e ria

H C H C

H+

cat. H2

R

C at: N i, P d, P t 2 ) A dd izion e d i H Y (Y = alo ge n o , O H )

H C H C

H+

H+ HY

CH3 CHRY

RY = C l, B r: fo rm a zio n e di a lo g en u ri Y = O H : fo rm a zio n e di a lco li

M ecanism o: add iz ione s econ do M arkovn ikov: lH d i H Y va sullatom o di c arbo nio ch e ha pi a tom i di H . Il m eccan is m o di que sta reaz io ne preved e un attacc o elettrofilo prodotto d a H + (s pecie elettrofila: am ica deg li elettro ni) e fo rm azion e di una specie carbocationica:

H C H C

H+

H H+ H H C

+

H R

Y

-

C

CH3 CHRY

R

ca rboca tione C on R = H e Y = O H s i ha form azione di etanolo a partire da etilen e S ta b ilit d ei carb o c atio n i: aum e nta da s inistra a destra

H C H

H

R

+R