Chimica Organica

Chimica del carbonio

Proprietà generali dei composti organici

Energia dei legami covalenti semplici tra atomi di una stessa specie

C C

N N

Si Si

O O

345 kJ mole-1

147 kJ mole-1

164 kJ mole-1

223 kJ mole-1

Il carbonio ha la proprietà peculiare di dare legami covalenti con se stesso, per formare composti stabili a temperatura ambiente.

Il carbonio è anche capace di dare legami stabili con altri elementi: idrogeno, ossigeno, azoto, zolfo, alogeni, fosforo ed altri.

IDROCARBURI, H e C

CH

H

H

H

C CH

H

H

H

H

H

CCH

H

H

C

H

H

H

H

H

CCH

H

H

C

H

H

H

H

C

H

H

H

Metano

Etano

Propano

Butano

Idrocarburi SaturiAlcani, CnH(2n+2)

Idrocarburi InsaturiAlcheni e Alchini

C C

H

H

H

H

CCH

H

H

C

H

H

H

CCH

H

H

C

H

H

H

C

H

H

Etene

Propene

Butene

Idrocarburi Ciclici

CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

Idrocarburi Aromatici

CH

CHCH

CH

CHCH

Cicloesano

Benzene

Etino, acetileneC CH H

Catene carboniose con H e C

CH4

CH3CH3

CH3

CH2

CH3

CH3

CH2

CH2

CH3

CH3CH2

CH2

CH2

CH3

CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

CH3

CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH3

Metano

Etano

Propano

Butano

Pentano

Esano

3-Eptene

CH3

CH2

CCH2

CH2

CH3

CH3

CH3

CH2

CHC

H2

CH2

CH3

CH2CH3

3-metil Esano

3-etil Esano

2

134

56

72

134

56

7

Le catene carboniose vanno numeratePer identificare univocamente la posizione dei sostituenti

Legami chimici più comuniOrientamento degli orbitali atomici

Ibridazione SP3

Ibridazione SP2

Gruppi chimici comuni nelle molecole organiche

Alcoli

Acidi carbossilici

Eteri

Ammine

Ammidi

Tioalcoli o mercaptani

cloroformio

Ossido di azoto

etanolo

Etere etilico

glicerolo

anfetamina

Ac. acetilsalicilico

La forma delle molecole organiche

Nomenclatura

Gruppo nome famiglia abbr.

-OH ossidrile alcol -olo

>C=O carbonile chetone -one

-CHO “ aldeide -ale

-COOH carbossile acido -oico

-NH2 amminico ammina -ammina

-CONH2 ammidico ammide -ammide

-COOR estere esteri -oato di R

Composti aromatici

Benzene

Composti aromatici

N

CHN

CH

CHCH

OCH

CH

CH

CH

CH

CHN

CH

CHCH

NH

CH

CH

CH

CH

N

N

N

N

Naftalene Antracene

Pirrolo Furano

Piridina Pirimidina Purina

Isomeria• Isomeria di struttura:

stessi atomi, ma diverso ordine con cui sono legati

• Isomeria di posizione: stessi atomi, ma diversa posizione lungo la catena base della

molecola

• Isomeria di funzione:stessi atomi, ma è diverso il gruppo funzionale

• Stereoisomeria:stessa molecola, ma diversa disposizione degli atomi nello spazio, atomi asimmetrici

Struttura tridimensionaledelle molecole

• Isomeria di struttura: stessi atomi, ma diverso ordine con cui sono legati

CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

12

34

5 6 7 8CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CHCH3

CH3

12

34

56

7 CH3CH2

CH2

CHC

HCH3

CH3

CH3

12

3

45

6CH3

CH2

CHC

HCH3

CH3

CH2CH3

12

3

45

ottano 2-metileptano 2,3-dimetilesano 3-etil,2-metilpentano

Isomeria di catena

Isomeria CIS-TRANS

CH3

CH

CH

CH3CH3

CH

CH

CH3

CH2

CH2 CH2

CH

CHC

H2

OH

OH

CH2

CH2 CH2

CH

CHC

H2

OH

OH

CH2

CH2 CH2

CH

CHC

H2

OH

OH

Cis-2-butene Trans-2-butene Trans-1,2-cicloesandiolocis-1,2-cicloesandiolo

• Isomeria di posizione: stessi atomi, ma diversa posizione lungo la catena base della

molecola

CH3

CH2

CH2

CH3

CH3

CH2

CHCH3

OH

CH3

CH2

CH2

CH2

OH

butano

Butan-2-olo

Butan-1-olo

CH3

CH2

CH

CH2

CH3

CH

CH

CH3

1-butene

2-butene

CH3

CH2

CHCH3

Cl

CH2 CH2

CH

2

CH3

Cl

1-clorobutano

2-clorobutano

• Isomeria di funzione:stessi atomi, ma è diverso il gruppo funzionale

CH3

CH2

OHCH3

OCH3

CH3

CCH3

O

CH3

CH2

CH

O

CH2

CH

CH2

OH

Etanolo Etere dimetilico

AcetoneDimetilchetone 1-propen-3-olo Propanale

CH3 CH2

CH2

CO

OH

Acido butanoico Acido 3-chetobutanoico (Acido -chetobutanoico)

CH3 CCH2

CO

OHO

12

34

CH3 CCH2

CO

OHO

• Stereoisomeria:stessa molecola, ma diversa disposizione degli atomi nello spazio, atomi asimmetrici

Stereochimica dellemolecole organiche

**

Quando c’è un atomo asimmetrico rappresentazione tridimensionale

CC

OH

H3 HC

C

H

H3

H

CC

OH

H3 HC

C

H

H3

H

2S 2R

2-butanolo

Legame nel piano

Legame sopra il piano

Legame sotto il piano

HCH3

C

OH

C2H5

HC

OH

C2H5CH3

Ordine in senso orario, ROrdine in senso antiorario, S

Stereoisomeri

Quando ci sono due atomi asimmetrici

CC

OH

H3 HC

C

Cl

H3

H

CC

OH

H3 HC

C

Cl

H3

H

CC

Cl

H3

H

CC

OH

H3 HC

C

OH

H3 HC

C

Cl

H3

H

2S 3R 2R 3S

2S 3S 2R 3 R

Stereoisomeri = 2n

3-cloro,2-butanolo

Quando ci sono due atomi asimmetrici e un centro di simmetria

CC

OH

H3 HC

C

OH

H3

H

CC

OH

H3 HC

C

OH

H3

H

CC

OH

H3

H

CC

OH

H3 HC

C

OH

H3 HC

C

OH

H3

H

S R R S

S S R R

Stessamolecola

2,3-didrossibutano

Mesomeri

Rappresentazione di Fisher degli isomeri

CH2

CH

CHO

OH

OH

L-alanina D-gliceraldeide

I legami rappresentati in verticale sono intesi immersi dentro il piano,I legami rappresentati in orizzontale sono intesi emergere dal piano

CH3

CHNH3+

COO-

Proprietà ottiche degli stereoisomeri

Attività ottica: proprietà di ruotare il piano

della luce polarizzata

lc

t

Sorgentedi luce

Filtropolarizzatore

La luce nonpolarizzata oscilla

in tutti i piani La luce polarizzata oscilla in un solo piano

Tubo porta campionecontente la sostanza

otticamente attiva

Angolo di rotazione

Luce polarizzata

ruotata

Analizzatore

Potere ottico rotatorio specifico:ioneconcentrazc

lunghezzal

Isomeria conformazionale

• Conformazioni: le diverse disposizioni degli atomi nello spazio, derivanti dalla rotazione dei legami semplici

• Conformeri: gli stereoisomeri differenti tra loro per la diversa conformazione delle molecole

Proiezioni di Newman dell’etano

Sfasata eclissata

angolo di rotazione

ener

gia

po

ten

zial

e (k

J/m

ole

)

12,0

600 120

Conformazioni

Energia potenziale delleconformazioni del butano

0° 60° 120° 180° 240° 300° 360°

angolo di rotazione

ener

gia

po

ten

zial

e (k

J/m

ole

)

13,4

18,9

Conformazioni del cicloesano

• Sedia

• Barca

sedia sedia

mezza-sedia mezza-sedia

barca

Composti di coordinazione

COOH

COOH

Fe

CoCl3 Co3+ + 3Cl-

Co3+ + 4NH3 [Co(NH3)4]3+

Co3+ + 5NH3 [Co(NH3)5] 3+

Co3+ + 6NH3 [Co(NH3)6] 3+

I metalli di transizione possono coordinare doppietti di elettroni non condivisidi altre sostanze, detti leganti, per dare i composti di coordinazione

Kf=[ Co3+ ] [ NH3 ]6

[ [Co(NH3)6] 3+ ]

Ki=[ Co3+ ] [ NH3 ]6

[ [Co(NH3)6] 3+ ]

costante di formazione

costante di instabilità

EMEFe, porfirina

ibridazioni di tipo sp3d (5 leganti)e sp3d2 (6 leganti)

N NHOOC

HOOCCOOH

COOH