CHIMICA ORGANICA - Polito.it

CHIMICA ORGANICACHIMICA ORGANICA14.3.2 ETERI14.A PRE-REQUISITI14.3.3 COMPOSTI CARBONILICI: ALDEIDI E CHETONI14.B PRE-TEST14.3.4 ACIDI CARBOSSILICI E LORO DERIVATI14.3.5 AMMINE14.C OBIETTIVI14.1 INTRODUZIONE: I COMPOSTIORGANICI DEL CARBONIO14.1.1 RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE14.4 I POLIMERI14.4.1 POLIMERI DI CONDENSAZIONE14.4.2 POLIMERI DI ADDIZIONE14.1.2 ISOMERIA14.V VERIFICA SE HAI CAPITO14.2 IDROCARBURIESERCIZI14.2.1 ALCANI14.2.2 IDROCARBURI INSATURI: ALCHENI E ALCHINI14.2.3 IL BENZENE E GLI IDROCARBURI AROMATICI14.3 CLASSI FUNZIONALI14.3.1 ALCOLI

CHIMICA ORGANICA14.A PRE-REQUISITIPrima di iniziare a lavorare su questa Unità, dovrestiessere in grado di: comprendere il significato della reazionechimica, del simbolo che la rappresenta e delmeccanismo di reazione; spiegare il significato generale dell ibridazioneed enunciare le caratteristiche fondamentali delleibridazioni sp3, sp2 ed sp del C; sapere cosa si intende per reazioniendotermiche ed esotermiche, e tra reazionispontanee e non spontanee; conoscere il significato generale delle reazioni diossidoriduzione (redox) ed eseguire il lorobilanciamento; comprendere dal punto di vista elettrochimico iprocessi di ossidazione e di riduzione; conoscere i principali tipi di legame e lecondizioni in cui si formano, con particolareriferimento alla teoria del legame di valenza; definire l elettronegatività, mettendola inrelazione con le caratteristiche delle molecole polari.14.B PRE-TEST1. Individua le classi funzionali cui appartengono icomposti seguenti ed attribuisci ad ogni compostoun nome: CH3 - CH CH - CH3 CH3 - CH2 - CH - OH CH3 - CH2 - COOH CH3 - CH2 - COOCH32. Individua i prodotti di reazione:CH3 - CH3 O2 CH C - CH3 Cl2 CH3 - CH2 - OH O2 (ossidazione) CH3 - CH2 - CH2 - COOCH3 H2O Soluzione

CHIMICA ORGANICA14.C OBIETTIVIAl termine di questa Unità dovrai essere in grado di: applicare le conoscenze relative all ibridazionedel C ad alcune categorie di composti organici; definire in termini generali il concetto diisomeria; comprendere il significato della delocalizzazioneelettronica nel benzene e descrivere alcunecaratteristiche dell anello aromatico; riconoscere alcuni composti sempliciappartenenti agli idrocarburi alifatici ed aromatici, edattribuire loro un nome; riconoscere in alcuni composti semplici i gruppifunzionali caratteristici di alcune classi di compostied attribuire ad ogni composto un nome; enunciare alcune proprietà chimiche e fisichedelle principali classi di composti organici; per ogni classe funzionale, elencare alcunimetodi di preparazione ed alcune reazionicaratteristiche; descrivere alcuni metodi di polimerizzazione econoscere le caratteristiche e le proprietà pricipali deipolimeri.14.1 INTRODUZIONE: I COMPOSTIORGANICI DEL CARBONIOIl carbonio, oltre ai composti inorganici, formamolecole che contengono principalmente C ed H, e,in certi casi, elementi elettronegativi (come O, N, P, Se alogeni), studiate nel campo della CHIMICAORGANICA. I COMPOSTI ORGANICI sonocaratterizzati da catene stabili di atomi di C di varialunghezza e, grazie alle proprietà del C, possonoessere formati in numero elevatissimo.Nei composti organici il C (configurazione esternas2p2) forma quattro legami covalenti e una voltacompletato l ottetto non tende a formare ulteriorilegami, per cui dà origine a catene o anelli moltostabili.

CHIMICA ORGANICA -C-C-C-C-C-C- I legami C-C, possono essere legami semplici, doppio tripli, mentre i legami non impegnati nelle cateneC-C vengono saturati da atomi di H o da altri gruppiatomici (detti gruppi funzionali). Tutte le molecoleche presentano lo stesso gruppo funzionale possonoessere considerate come appartenenti ad una stessafamiglia, chiamata classe funzionale.E stato messo a punto un sistema di nomenclaturache consente di attribuire un nome ad ogni molecolasulla base della sua struttura, ed associa ad ogniclasse funzionale un suffisso caratteristico. Trattandogli alcani, verrà descritto il metodo nel suo insieme, eper ogni classe funzionale verranno fatti ulterioriesempi.ESEMPIOMolecole contenenti il gruppo -OHclasse funzionale: alcoliAppartengono alla classe (cominciando dai compostia basso peso molecolare):CH3 - OHmetanoloCH3 - CH2 - OHetanoloCH3 - CH2 - CH2 - OH propanolo14.1.1 RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLEI composti organici possono essere rappresentatiattraverso vari tipi di formule: formula molecolare: compaiono gli atomi checostituiscono la molecola ed il loro numero relativo,ma non fornisce informazioni sulla struttura dellamolecola; formula di struttura: mette in evidenza ladisposizione degli atomi nello spazio; spesso renderela geometria tridimensionale sulla carta crea qualcheproblema, per cui si usano rappresentazionialternative, come modello tridimensionale (forse, il più preciso) formula che mostra la catena, in forma estesa oabbreviata (quest ultima, molto usata).

CHIMICA ORGANICAESEMPIOPer alcuni composti appartenenti alla serie omologa degli alcani:METANOF. molecolareCH4ETANOC2 H 6PROPANOC3H8Mod. tridimensionaleHHHH H HCatenaH-C-HH-C-C-HH-C-C-C-HHH HHCH3 - CH3HHCH3- CH2- CH3

CHIMICA ORGANICA14.1.2 ISOMERIAIn molti casi, ad una stessa formula molecolarecorrispondono varie formule di struttura; i compostidi questo tipo vengono detti ISOMERI.Consideriamo due tipi di isomeria: DI STRUTTURA, in cui gli isomeri presentanodiversa disposizione nei legami che uniscono gli atomie possono appartenere a due serie omologhe diverse,oppure alla stessa. GEOMETRICA, caratteristica dei composticontenenti doppi legami, legata alla posizione relativadei sostituenti da parti opposte del doppio legame.Si ha ISOMERIA GEOMETRICA e le duemolecole vengono indicate con cis - (sostituentiuguali dalla stessa parte) e trans - (da partiopposte).CH 3CH 3CH 3C CC CHHHisomeria geometrica (cis-trans)Nel 2 - butene la rotazione che normalmente puòavvenire attorno ad un legame semplice (come nel 1,2- dicloroetano) è impedita a causa della presenza deldoppio legame. Non è quindi possibile convertire unaforma nell altra ruotando una parte della molecola di180 .CH 3trans - 2 - butenecis - 2 - buteneESEMPI HClHH-C - C-HHCl1,2 - dicloroetano

CHIMICA ORGANICA isomeria di strutturaC2 H 6 OC4H10CH3 - CH2 - OHetanolo (alcoli)CH3 - O - CH3dimetiletere (eteri)CH3 - CH2 - CH2 - CH3butanoCH3 - CH - CH3CH3metilpropano (o isobutano)

CHIMICA ORGANICAC5H12CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3pentanoCH3 - CH - CH2 - CH3isopentano (2 - metilbutano)CH3CH3CH3 - C - CH3CH3neopentano (2,2 - dimetilpropano)

CHIMICA ORGANICA14.2.1 ALCANI14.2 IDROCARBURIGli IDROCARBURI sono composti checontengono esclusivamente C ed H; come si puòvedere dallo schema, esistono: idrocarburi alifatici (con struttura a catena)- saturi (contenenti solo legami C-C semplici)- insaturi (contenenti anche doppi e tripli legami) idrocarburi aromatici, derivati dal benzeneGli ALCANI sono idrocarburi SATURI in cui il Cpresenta ibridazione sp3 e forma esclusivamentelegami semplici. Possono avere catena lineare oramificata. Le tabelle seguenti riassumonoschematicamente le informazioni essenziali epresentano alcuni enzenico)Legami - C - C- semplici (σ)ibridazione del carbonio : sp3Formula generale : CnH 2n 2 (n 1, 2, 3.)Nome: suffisso -anoNome sostituente: suffisso -ilealcani alcheni alchini- C-C -- C C --C C-

CHIMICA ORGANICAAlcaniNomeFormulametanoCH4etanoRadicale corrispondenteNomeCH3 -metileCH3 - CH3CH3 - CH 2 -etilepropanoCH3 - CH2 - CH3CH3 - CH 2 - CH2 -propilebutanoCH3 - CH2 - CH 2 - CH3CH3 - CH 2 - CH2 - CH 2 -butilepentanoCH3 - CH2 - CH 2 - CH 2 - CH3CH3 - CH 2 - CH2 - CH 2 - CH2 -pentileesanoCH3 - CH2 - CH 2 - CH 2 - CH2 - CH3CH3 - CH 2 - CH2 - CH 2 - CH2 - CH2 -esileA parte i primi quattro termini, che hanno nomi comuni, il nome comprende una radice che indica il numero diatomi di carbonio presenti seguito dal suffisso -ano. Il radicale o sostituente corrispondente si ottieneeliminando un atomo di H e trasformando il suffisso -ano in -ile. I nomi delle molecole degli alcanicostituiscono la base per costruire i nomi delle molecole più complesse.

CHIMICA ORGANICAREGOLE GENERALI DI NOMENCLATURA1. Si sceglie la catena più lunga e si usa il nomedell alcano corrispondente a questa catena comebase; si considerano le ramificazioni come sostituentidella catena principale.2. Si numera la catena in modo da dare aisostituenti (cioè alle ramificazioni) numeri diposizione più bassi possibile.ESEMPICH3CH3CH3 - C - CH2 - CH - CH3CH32, 2, 4 - trimetilpentano3. Si attribuisce ad ogni sostituente un nome ed unnumero di posizione (separati da un trattino).CH2 - CH2 - CH34. Per più sostituenti uguali, si usano prefissi di-,tri-, tetra-, ecc. e si indicano tutti i numeri diposizione, separandoli con la virgola.CH3 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH2 - CH35. Si dispongono i sostituenti in ordine alfabetico (iprefissi non contano), seguiti dal nome della catenabase.2 - metil - 4 - propileptanoCH3

CHIMICA ORGANICAPROPRIETA FISICHE DEGLI ALCANIlineari.Le proprietà variano regolarmente all aumentaredel numero di atomi della molecola (forze intermolecolari progressivamente maggiori).REAZIONI CARATTERISTICHE DEGLIALCANI La temperatura di ebollizione e la densitàcrescono con il numero di atomi di C. 1. REAZIONI DI COMBUSTIONE (reazionefortemente esotermica, da cui dipende l uso deglialcani come combustibili).I primi quattro termini (C1- C4) sono gassosi, idodici successivi (C5 - C16) sono liquidi ed i rimanentisono solidi.CH4 2 O2Sono insolubili in solventi polari, come l acqua,e solubili in solventi poco polari.C4H10 13/2 O2 CO2 2 H2Ocalore prodotto 882 kJ/mol4 CO2 5 H2Ocalore prodotto 3000 kJ/molAllo stato puro sono incolori, la viscosità deitermini liquidi cresce con la massa molecolare. Gli alcani ramificati sono in generale più volatilie meno densi; la variazione delle proprietà con lamassa molare è meno regolare rispetto ai composti 2. REAZIONI DI SOSTITUZIONEGli alcani hanno scarsa reattività nei confronti dimolti reagenti; in presenza di luce, possono reagirecon gli alogeni e dare reazioni in cui un atomo di H

CHIMICA ORGANICAviene sostituito. La reazione ha un meccanismo acatena che coinvolge i cosiddetti radicali (specieche hanno un elettrone spaiato, molto reattive). Adesempio, per il metano:250-350 CCH4 Cl 2CH3Cl HClCH3Cl Cl2CH2Cl2 HClCH2Cl2 Cl2CHCl3 HClCHCl3 Cl2CCl4 HCldi posizione minore tra quelli dei due atomi di Clegati dal doppio legame); inoltre, la catena vienenumerata in modo da attribuire al doppio legame ilpiù basso numero di posizione possibile.Le tabelle riportano le caratteristiche fondamentalidegli alcheni e presentano i primi termini dellafamiglia; il composto con due atomi di C (nomesistematico: etene) viene comunemente chiamato etilene ; la struttura dell etilene è statarappresentata trattando l ibridazione sp2.Alcheni14.2.2 IDROCARBURI INSATURI: ALCHENI EALCHINIGli ALCHENI, in cui il C è ibridato sp ,presentano un doppio legame C-C, e contengonodue atomi di H in meno dei corrispondenti alcani.Per dare il nome alle molecole, si seguono le regolegià viste, con aggiunta del suffisso -ene e delnumero di posizione del doppio legame (il numero2Legami - C C - doppi (σ π)ibridazione del carbonio : sp 2Formula generale : CnH 2n ( n 2)Nome : alcano con desinenza - enePossono dare isomeria geometrica (cis-trans)

CHIMICA ORGANICAESEMPIAlcheniNomeFormulaetene (etilene)CH2 CH2propeneCH2 CH CH31-buteneCH2 CHCH2 CH32 buteneCH3CH CH CH31-penteneCH2 CH (CH2)2 CH3CH3 - C CH - CH32 - metil - 2 - buteneCH3CH2 CH - CH CH21, 3 - butadiene(prefisso di- perché sono presenti due doppi legami)REAZIONI CARATTERISTICHE DEGLIALCHENILe più importanti reazioni sono reazioni diADDIZIONE al doppio legame (che si trasformain un legame semplice); le addizioni tra alcheni sonoanche alla base delle reazioni dipolimerizzazione.