1 introduzione organica
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Nascita della chimica organica
1780: distinzione tra composti organici e composti inorganici i primi derivano da organismi viventi i secondi da fonti prive di vita. Teoria della forza vitale
1828 1850: sintesi di alcuni composti organici da composti inorganici. Sintesi dellurea da parte di Volher (1828) a partire dal cianato dammonio per riscaldamento
NH4 NCOcalore C
H2N NH2
O
1861: Kekul definisce la chimica organica come la chimica dei composti del carbonio
1856-63:Marcellin Berholet sintesi dellacetilene a partire dal metano
1845:Hemann Kolbe sintesi acido acetico
PROGRAMMA
1. Idrocarburi: saturi, insaturi, aromatici
2. Struttura della molecole organiche: stereoisomerie
3. Classificazione delle reazioni e dei reagenti specie reattive
4. Meccanismi di reazione: omolitici ed eterolitici
5. Reattivit dei principali derivati funzionali: alcheni, alchini, alcoli, eteri, alogenuri alchilici, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e loro derivati, composti aromatici, ammine, fenoli
1) Chimica Organica T.W. Graham Solomons Craig B. Fryhle. Ed. Zanichelli2) Chimica Organica - Brown - Foote Iverson IV edizione 2010 Edises3) Fondamenti di Chimica Organica -Janice Gorzynski Smith - MaGraw Hill
CH
H HH
C CH
HH
H
HOH
metano etanolo
CC
CCC
CH
HH
HH
H
benzene
OH
OCH3
CHO
OH
OCH3
OH
OCH3
CH2CH CH2
vanillina guaiacolo euogenolo
HO
CH3O CH2 NHC
CH2
O
CH2CH2
CH2CH
CHCH
CH3
CH3
capsaicina
CH
CCl3
Cl Cl CH3SCH2
SCH3
DDT DicloroDifenilTricloroetano Bis(metiltio)metano
CH3
CH3CH3
O CH3
CH3CH3
O CH2
CH3CH3
O
-ionone
Profumo di violetta
-ionone
Profumo di rose-iononeProfumo di violetta
-carotene
Vitamina A
OH
CHO
fotone
CHO
retinale
OH
Struttura atomica Orbitali atomici - Riempimento degli orbitali atomici - Tavola periodica
Formazione di legami regola dellottetto
Legami covalenti - legami covalenti polari - legami ionici -momento dipolare - legame idrogeno
Strutture di Lewis
Orbitali molecolari (LCAO-MO) - ibridazione
Legami multipli
Struttura atomica- Orbitali atomici - Riempimento degli orbitali atomici
orbitale s
X
YZ
orbitali p
Riempimento degli orbitali
Ogni orbitale contiene al massimo due elettroni principio di Pauli - : s 2 elettroni (con spin opposto) p 6 elettroni (3x2)
Gli orbitali s e p rappresentano il guscio pi esterno, possiedono gli elettroni di valenza
Gli elettroni si posizionano prima nellorbitale s e poi nellorbitale p.
elettronegativit
s
p
d
Formazione di legami regola dellottetto
Il legame si forma perch ogni atomo tende a riempire lo strato pi esterno, ovvero tende ad assumere la configurazione di un gas nobile.
- REGOLA DELLOTTETTO -
H. + :Cl:... H :Cl:
..
..
ArHe
Strutture di Lewis
H Cl.... :
H. N.... . . .
..
..O Cl.... :.
Strutture di Lewis dellacqua
H OH
H.
. .....O
Ogni atomo, tranne H, ha lottetto completo.
. .....O H.H
.
Legami covalenti
Il legame covalente il pi comune nei composti organici. Si forma per sovrapposizione di due orbitali atomici di atomi con uguale elettronegativit, con conseguente condivisione di elettroni.
Orbitali sigma
H H
asse internucleare
H H
H C
Orbitali sigma
Legami covalenti polari: si formano quando gli atomi legati hanno diversa elettronegativit (0,5 > differenza < 1,7)
H Cl
C-F 1,53 H-F 1,82C-Cl 1,59 H-Cl 1,08
C-Br 1,48 H-Br 0,82
C-I 1,29 H-I 0,44C-N 0,22 H-N 1,32C-O 0,85 H-O 1,53
C-H 0,35
Momento dipolare
partepositiva
partenegativa
+
Differenza di elettronegativit
C NC O
C S C Cl (Alg)
C H+ +
+ +
+
Legami ionici: per convenzione un legame si definisce ionico quando la differenze di elettronegativit > 1,7 - si formano quando gli atomi legati hanno una elevata differenza di elettronegativit, tanto da produrre una separazione di carica.
Na en 0,9
Cl en 3,0
Na NaCl
Cl
Molecole polari
La presenza di legami polari non sufficiente a rendere la molecola polare. necessario che i legami siano disposti, nello spazio, in modo asimmetrico.
CCl4I quattro legami C-Cl sono polari, ma sono disposti in modo simmetrico quindi non polare
C
ClClCl
Cl_
Il legame C-Cl molto pi polare (ed ha segno contrario) dei tre legami C-H, pertanto la molecola presenta un momento dipolare nel senso indicato dalla freccia
CH3Cl C
HHH
Cl_
NH
H
H
: B
F
F
F
N
H
H
H
B
F
F
F
Legame dativo
Carica formale
Carica formale Elettroni di valenza negli atomi neutri
(elettroni di valenza non condivisi + met degli elettroni condivisi)
= -
N neutro 5 elettroni
4 legami = 4 elettroniB neutro 3 elettroni
4 legame = 4 elettrone
5 4 = +1 3 4 = -1
+ -
N
H
H
H
B
F
F
F
N
H
H
H
B
F
F
F
Eccezioni alla regola dellottetto
Non sempre la regola dellottetto viene rispettata:
1. H (per ovvi motivi)
2. Gli elementi del terzo gruppo come Al, B; questi hanno tre elettroni nel guscio di valenza e quindi formano tre legami (6 elettroni) dando origine a composti neutri che per presentano una lacuna elettronica.Tali composti sono molto reattivi perch cercano di colmare la lacuna accettando una coppia elettronica da una specie in grado di donarla.
AlCl3 AlCl
ClCl
BH3 BH
HH
ClAl ClCl
B
HH
H
3. Elementi del terzo periodo come S e P; per alcuni composti la struttura che scriviamo contiene un numero di legami che coinvolge pi di sei elettroni:
:S: P:
SO2 H3PO4
S:O
O
S:O
OPOH
OHHO O P
OH
OHHO O
Sia lo S che il P usano una coppia elettronica per formare un legame dativo; lO cede a sua volta una coppia elettronica che va ad occupare un orbitale d dello S o del P, questo orbitale non si trova nel guscio pi esterno e quindi non concorre allottetto.
distanza internucleare
e
n
e
r
g
i
a
lunghezza di legame
Energia di legame
legame Kcal/mol legame Kcal/molH-H 104 H-F 136F-F 37 H-Cl 102Cl-Cl 57 H-Br 87.5Br-Br 46 H-I 71.3I-I 36 CH3-H 103C-F 108 CH3CH2-H 98C-Cl 81 (CH3)2CH-H 94.5C-Br 68 (CH3)3C-H 91C-I 55.5 C=C-H 102C-O 90 C=C-H 125C=O 257 C-C 88O-H 105 C=C 163
C=C 200
Energia di dissocizione
Ibridazione
Spesso la struttura di molte molecole tale per cui con gli orbitali atomici s e p non siamo in grado di spiegare come si formano i legami.
O
H
H90
Ad esempio lacqua dovrebbe avere un struttura con un angolo di 90 e lorbitale p (con il doppietto elettronico) perpendicolare al piano H-O-H.
O
HH
..
..
104,5
La struttura reale ha un angolo di 104 e due orbitali non perpendicolari al piano H-O-H.
Questa struttura pu essere spiegata pensando ad un riarrangiamento degli orbitali s e p. IBRIDAZIONE.
sp3
Orbitali idridi
s px py pz sp3 sp3 sp3 sp3
orbitali atomici orbitali ibridi
orbitali ibridi sul pianoorbitale sopra il piano
orbitale sotto il piano
C
109,5
CHH
H
H
109,5
N
HH H
..
107,3
O
HH
..
..
104,5
Molecole ibridate sp3
sp2
C120
Orbitale
p
s px py pz sp2 sp2 sp2 pz
orbitali atomici orbitali ibridi
C C C C
Orbitale molecolare
C C C
90 90
sp
C
180
s px py pz sp sp py pz
orbitali atomici orbitali ibridi
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