Chimica organicaChimica dei composti del carbonio.

Nelle molecole organiche oltre al carbonio sono presenti pochi altri elementi: H, O, N, P, S, alogeni.S, alogeni.

Le molecole organiche presentano particolari raggruppamenti di atomi, detto “ gruppo funzionale”, responsabile della reattività della molecola.

H

CH4 metano

Il carbonio forma 4 legami covalenticon 4 atomi di idrogeno

H•••

H

C

H HH

Il metano è una molecola tetraedrica apolare

H C HH

••H•• C ••H

H

C2H6 CH3CH3 etano

ciascun carbonio forma 4 legami covalenti1 con un altro atomo di carbonio e

3 con 3 atomi di idrogeno

H CH

HC HH

H

IdrocarburiSono le molecole organiche più semplici, costituite da C ed H

Alcani e Cicloalcani saturiAlcheniAlchini insaturi

Aromatici: Benzene e derivati

CH 3

CH 2

CH2

CH

CH

CH

C

CH

ALCANO ALCHENE ALCHINO

CH 3 CH 3 CH3

propenepropano propino

Alcani a catena lineare, Cn H2n+2

1 Metano2 Etano3 Propano4 Butano5 Pentano

CH4C2H6C3H8C4H10C H

CH4 CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH (CH ) CH5 Pentano

6 Esano7 Eptano8 Ottano

C5H12C6H14C7H16C8H18

CH3(CH2)3CH3CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)6CH3

H C

H

H

H H C C

H

H

H

H

HCH4

metano

CH3 CH3

etano

H C C C

H

H

H

H

H

H

H CH3 CH2 CH3

propano

etano

CH3-CH2 -CH2-CH2-CH3

1-metil-butano o n-pentano

2-metil-butano o iso-pentano

CH3-CH-CH2-CH3 CH3

ciclopropano ciclopentano

Ad ogni vertice è sottinteso un - CH2 -

Esempi di composti alifatici ciclici

CH2

H2C CH2

CnH2n

ciclobutano cicloesano

Ad ogni vertice è sottinteso un - CH2 -

ALCHENI

PRESENTANO NELLA LORO STRUTTURA ALMENO UN DOPPIO LEGAME

C=CHANNO FORMULA GENERALE CnH2nHANNO FORMULA GENERALE CnH2n

Etilene CH2=CH2

Propilene CH2=CH-CH3

CH3-CH=CH-CH 3Butilene

CH2=CH-CH2-CH3

H Hlegame ππππ

Etene o Etilene C2H4

ALCHENI

C CH

H H

H

legame σσσσ

Bisogna indicare la posizione del doppio legame nellacatena. Ricordando che il doppio legame non può ruotare si deve definire l’isomeria utilizzando il prefisso cis o trans.

Esistono alcheni ciclici. Nei cicloalcheni i doppi legami sono cis

Cicloesene ciclopenteneCicloesene ciclopentene

ciclobutene

H

H

H

H

H

H H

H

H

H

H

H

BENZENE

La delocalizzazione dei seielettroni π è rappresentata daquesta struttura

H H

Il benzene può essere rappresentato ancheattraverso una delle forme limite di risonanza

H

HH

H

H H

Il benzene (C6H6) presenta legami ad elettroni delocalizzati

Ognuno dei sei atomi di carbonio forma tre legami σe mette a disposizione un HH

H

HH

H H

H

I sei elettroni π sono completamente delocalizzati nell’intera struttura carboniosa

disposizione un elettrone per formare il legame π

PRESENTANO UNO O PIU’ TRIPLI LEGAMI

H3C-CH2-C C-CH3 PENTINO

H3C-C C-CH3 DIMETILACETILENE

ALCHINI

CICLOOTTINO

GRUPPI FUNZIONALI DEL CARBONIOGRUPPO CLASSE DI COMPOSTI

METILE

OH OSSIDRILE ALCOLI

OC ALDEIDICO ALDEIDI

CH3

C ALDEIDICO ALDEIDIH

C O CHETONICO CHETONI

OC CARBOSSILICO ACIDI CARBOSSILICI

OH

CARBONILE

CH4

ossidazione

riduzione

ossidazioneCH3OH

C OHH

H

H

metanoloalcol metilico

C C OH

H

H

H

H

H

etanoloalcol etilico

C C OH

H

H

H

H1-propanolo

alcol n-propilico

C

H

H

H

C C

OH

H

H

H

H2-propanolo

alcol isopropilico

C

H

H

H

13 2 13 2

C C OH

H

H

H

Halcol primario

C

H

H

H

C C

OH

H

H

H

H

C

H

H

H

CH

alcol secondario

CH3

CH2

CH3H3C

OH

C

alcol terziario

Per eliminazione di una molecola di acquada due gruppi alcolici si ottiene un etere

H3C C OH +

H

H

HO C CH3

H

H

H O-

R O R

H3C C O C CH3 + H2O

H

H H

H

dietiletere

H2O-

C

O

H

H H

C HH

C

C HH

HO

Gli alcoli primari si ossidano ad aldeidi

- H2

H H

etanolo etanale

CH3

CH O H C OH3C

- H2

Gli alcoli secondari si ossidano a chetoni

C

CH3

H O H C OH3C

2-propanolo propanone

- 2

CO

R CO

R

GRUPPI CARBONILICI

aldeide

Hchetone

CR

R

CO

HH3C

etanale(aldeide acetica)

CO

HH

metanale(aldeide formica)

propanale(aldeide propionica)

CO

HH3C C H2

CO

CH3

H3C

propanone(acetone)

R R

L’atomo di ossigeno del gruppo carbonilicoattira su di sé gli elettroni del legame a causa della sua maggiore elettronegatività.Il carbonio del gruppo carbonilico è elettrofilo e puòreagire con un nucleofilo, cioè con una speciechimica in grado di fornire un doppietto elettronico

R

HC O

R

HC O

R

HC Oδδδδ + δδδδ -

Reazione con alcoli: formazione di acetaliLa reattività del carbonio carbonilico consente la

formazione di un legame con l’atomo di ossigeno di unalcol per portare alla formazione degli emiacetali

R CH

O

+ HO-R1 R CH

OHOR1

O OH

L’ emiacetalereagisce con una seconda molecoladi alcol per formare un acetale

+ HO-R2 R CH

OR2

OR1R C

H

OHOR1

H2O

H2

O

Sia il gruppo funzionale carbonilico che quelli alcolici sono presenti negli zuccheri

O

OC

H

H OH HHO

OC

H11

2

11

22

D-gliceraldeide

H2OHC H2OHC

L-gliceraldeide

3 33

H OH

HHOC O

CH2OH

H OH

HHO

H OH

OC

H

D-glucosioaldosoesoso

D-fruttosiochetosoesoso

H OH

H OH

CH2OH

H OH

H OH

CH2OH

Gli acidi carbossilici sono prodotti di ossidazione delle aldeidi

RH

OC R

OHC

Oox

gruppo funzionale carbossilico

R COOH

OR C

O

OH

O

Gli acidi carbossilici cedono un protone all’acquatrasformandosi nel rispettivo anione

R CO-

CH3OH

HH

OC

ossidazione

riduzione

alcol

aldeide

H

HO

COH

riduzioneossidazione

acidoCO2ox

CH3-(CH2)n-CO

Gli acidi grassi sono formati da unalunga catena alifatica e da un gruppocarbossilico (acidi carbossilici)

CH3-(CH2)n-COH

ac. palmitico, 16 atomi di carbonioac. palmitico, 16 atomi di carbonioac. stearico, 18 atomi di carbonioac. stearico, 18 atomi di carbonio

Gli acidi grassi possono essere:saturi se non presentano doppi legamiinsaturi se presentano uno o più doppi legami

Acido palmitico 16:0Acido stearico 18:0Acido oleico 18:1 (ωωωω-9)Acido oleico 18:1 (ωωωω-9)Acido linoleico 18:2 (ωωωω-6)Acido linolenico 18:3 (ωωωω-3)Acido arachidonico 20:4 (ωωωω-6)La presenza di un punto d’insaturazione nella catena determina la diminuzione del punto di fusione.

H3C C

O

H O CH3 H3C C

O

H2O

Gli esteri si ottengono per reazione fra un acido carbossilico ed un alcol.

+

OH3

O CH3

acido acetico alcol metilico acetato di metile

R CO

esteri

R CO R1

I glicerolipidi sono esteri del gliceroloI glicerolipidi sono esteri del glicerolocon acidi grassi con acidi grassi (acidi carbossilici (acidi carbossilici

saturi o insaturi, 14saturi o insaturi, 14--24 atomi di carbonio)24 atomi di carbonio)

CH2OC R

O

O

CH2OC R

C H

CH2OC R

OR C

O

O

trigliceride

R C

O

R1 C

O

O C2O

Per reazione fra due acidi carbossilici si ottengono anidridi, il legame si dice anidridico. E’ un legame ad alta energia di idrolisi

C

O

RH

O

R~ ~1 2 2

OH H O

acido carbossilico

acido carbossilico

anidride

C

O

OH R C

O

O P2OH

OH

O~ ~P O

OH

+H O

Le anidridi si dicono miste quando si instaurano tra un acido carbossilico ed un acido inorganico

R

acido carbossilico acido ortofosforico anidride mista

OH

OH

H3C C O C CH3 alcol+acido= estereLegame estereo

R1 C O R2 alcol + aldeide = emiacetaleLegame emiacetalico

H

H

H

O

1 2 Legame emiacetalico

OH

R1 C~O ~ C R2

O OAcido+acido = anidride Legame anidridico

gruppo funzionale amminico

R NH

H

CH3 NH2

metanammina

CH3 CH2 NH2

etanammina

Le ammine, come l’ammoniaca, hanno carattere basico ed in soluzione acquosa accettano un protone dall’acqua.

R NH2 + H2O R NH3+ + OH-R NH2 + H2O R NH3+ + OH-

Il gruppo funzionale amminico è presente negli amminoacidi.

H3N+

COO-

C H

αααα

H3N C H

R Allo stato cristallino gliamminoacidi si trovano

nella forma zwitterionica(ioni dipolari)