Appunti di chimica organica

CHIMICA ORGANICA….IN PILLOLE
PREMESSE: Nel trascrivere i composti, sono state adottate delle abbreviazioni per rendere più fluida la lettura ed
evitare le ripetizioni. Pertanto, ecco alcuni chiarimenti:





D: Definizione
F: Formula
I: Desinenza IUPAC
PF: Proprietà Fisiche
PC: Proprietà Chimiche
PROPRIETA’ GENERALI
1. Sono formati da pochi elementi: C, H, O, N, P, S, Alogeni (VII Gruppo)
2. Formano catene più o meno lunghe (a volte lunghissime) aperte (lineari o ramificate) o cicliche (chiuse)
3. I legami sono covalenti:
a. semplici σ (come negli alcani
ibridazione sp3: tetraedro)
b. doppi (σ+π) (come negli alcheni
ibridazione sp2: triangolo con α=120°)
c. tripli (σ+2π) (come negli alchini
ibridazione sp: forma planare con α=180°)
4. I composti presentano il fenomeno della ISOMERIA: due composti si dicono isomeri quando hanno la stessa
composizione ma diversa struttura e proprietà fisiche/chimiche.
Es.: C2H6O (Alcol etilico) C2H6O (Etere di metilico)
H
H
H
H
H
I
I
I
I
- C
I
H
- C - O - H H - C
I
I
H
- O - C
I
H
IDROCARBURI (H, C)
Si distinguono in idrocarburi (sempre composti oleosi)
ALIFATICI
a. A catena aperta
b.
 Alcani
 Alcheni
 Alchini
 Dieni
A catena chiusa
 Cicloalcani
 Cicloalcheni
 Cicloalchini
 Ciclodieni
AROMATICI
H
- H
a. Un solo anello

Benzene e i derivati
b. Due o più anelli condensati (es.: naftalina: 2 anelli; antracene: 3 anelli)
ALCANI
D: Idrocarburi alifatici saturi, cioè formati solo da legami semplici.
F: CnH2n+2 (gli H sono il doppio dei C+ 2) ; I: -ano
Es.:





CH4: Metano
C2H6: Etano
C3H8: Propano
C4H10: Butano
Dal 5° in poi si usa la desinenza greca IUPAC.
N.B. La radice dei primi quattro è la stessa di quella usata per altri composti che hanno lo stesso numero di C.
PF:
1. I primi quattro sono gassosi
2. Dal 5° al 15° sono liquidi
3. Oltre il 15° sono solidi

Aumentano progressivamente il PM, la δ, il punto di ebollizione

Sono apolari


Sono poco reattivi
Danno due reazioni:
PC:
SOSTITUZIONE (di 1 o più H)
CH4+CL2
CH3Cl+HCl
PIROLISI (CRACKING)
C16H34
2C8H18
NOMENCLATURA DI IDROCARBURI A CATENA RAMIFICATA
1. Si contano i C della catena principale
2. Si guarda la posizione dei rami laterali (radicali alchilici), cioè a quale carbonio della catena principale sono
legati

CH3
- CH
CH3
Si identificano i radicali alchilici: -CH3 METIL; -C2H5 ETIL; ISOPROPIL
4. Prima scrivere il numero del carbonio con il radicale corrispondente di quel numero
H3C
-
CH
I
-
CH2 -
CH
I
-
CH3
C2H5
CH3
ALCHENI
D: idrocarburi alifatici insaturi per la presenza di un doppio legame.
F: CnH2n; I: -ene



H2C=CH2 Etene (I), Etilene (C)
C3H6: Propene
Dal Butene in poi gli alcheni presentano isomeri di posizione. Occorre quindi indicare con un numero la
posizione del doppio legame
Es.: H2C=CH-CH2-CH3
1 Butene
H3C-CH=CH-CH3
2 Butene
Il 2 Butene, con doppio legame in posizione centrale, presenta due isomeri di tipo cis-trans. Siccome il doppio legame
non può ruotare, i due gruppi alchilici legati al carbonio del doppio legame possono stare dallo stesso lato (cis) oppure
in lati opposti (trans).
H
H
CH3 CH3
C
C
II
II
C
C
H
CH3 H
CH3
PF: Stesse degli alcani. A causa del doppio legame sono più densi.
PC: Danno due reazioni:

ADDIZIONE: si apre il doppio legame e si possono addizionare due atomi (soprattutto alogeni)
Es.: H2C=CH2+H2
H3C-CH3 (Etano)
H2C=CH2+H-OH

H3C-CH2OH (Alcol etilico-Etanolo)
POLIMERIZZAZIONE: i monomeri si legano fino a formare lunghi polimeri
Es.: Tante molecole di etilene danno il polietilene (così come tante molecole di vinile danno il PVC)
H2C=CHCl (Vinile o cloro etene PVC –Policloro vinile)

Alcheni +Alogeni  DERIVATI ALOGENATI (ALOGENURI)
ALCHINI
D: Idrocarburi alifatici insaturi con triplo legame.
F: CnH2n-2; I: -ino



HC=CH: Etino (o ACETILENE)
C5H8: Pentino
Stessa isomeria degli alcheni, quindi dal Butino in poi si indica la posizione del triplo legame
PF: Stesse degli alcani. A causa del triplo legame sono ancora più densi
PC:

Stesse degli alcheni, quindi danno ADDIZIONE
Es.: C2H2+H2
C2H4 (Etene)
Etino+H2

Gli alchini a basso PM legano metalli alcalini dando sali organici esplosivi detti acetiluri
Es.: HC=CNa (Acetiluro di sodio)(un H è sostituito con un metallo)
DIENI
D: Idrocarburi alifatici insaturi con due doppi legami
F: CnH2n-2; I: -diene
In base alla reciproca posizione dei due doppi legami i dieni si dividono in:

Cumulati: i due doppi legami sono successivi
Es.: H2C=C=CH2 (Propadiene)

Coniugati: I due doppi legami sono intercalati da un legame semplice
Es.: H2C=CH-CH=CH2 (1, 3-Butadiene perché i doppi legami sono in posizione 1 e 3)

Isolati: i due doppi legami sono intercalati da più legami semplici
Es.: H2C=CH-CH2-CH=CH2 (1, 4-Pentadiene)
PF: a causa del doppio legame hanno proprietà simili agli alchini con lo stesso numero di carboni.
PC: Stesse degli alcheni:


ADDIZIONE: in unione con un alogeno
POLIMERIZZAZIONE: Gli scienziati hanno polimerizzato il 1, 3-Butadiene e formato la Buna (gomma
industriale). Good Year ha sottoposto la buna a vulcanizzazione (cioè a zolfo e calore) che ha aumentato la
resistenza dei pneumatici.
Es.: H2C=C-CH=CH2
Idrocarburi CICLOALIFATICI



La formula generale ha due idrogeni in meno rispetto a quelli a catena aperta
La nomenclatura è identica a quelli a catena aperta, preceduta da cicloLa struttura porta alla formazione di figure geometriche
H
H
H
H
C
H
C
C
H
C
C
H
H
H
H
H
C - C
II
I
H
C - C
H
C
H
H
C =
C
H
H
PF & PC: sono identiche a quelli a catena aperta
Idrocarburi AROMATICI
Con un solo anello, sono costituiti dal benzene e dai suoi derivati
BENZENE: C6H6
Nel 1865 un chimico svizzero, Kekulè, sapendo la formula del benzene, ne disegnò la struttura esagonale, in cui
immaginò la presenza di tre doppi legami alternati. Tuttavia, non dava reazione di addizione, ma solo reazioni di
sostituzione. Pensò dunque ad una struttura costituita da due isomeri di risonanza.
H
H
H
I
I
C
C
I
H
C
H
C
C
H
C
C
H
C
C
C
H
H
C
C
I
I
H
H
H
Derivati del Benzene
Ottenuti per sostituzione di uno o più idrogeni.
1. Reazione di un solo sostituente
2. Reazione di due sostituenti: due metili sono chiamati xileni, e sono di tre tipi a seconda della
posizione dei metili
3. Reazione di tre o più sostituenti: indicare con un numero, partendo dal vertice e andando in
senso orario, la posizione e il tipo di sostituente nel benzene.
4. Due o più anelli condensati
ALCOLI (R-OH)
I: -olo.
D: Sono composti monovalenti, con un solo gruppo –OH. R indica una catena carboniosa più o meno lunga. In base al
numero di carboni legati al carbonio che lega il gruppo –OH funzionale, si distinguono in primari, secondari, terziari.
Es.:


CH3OH: Metanolo(I); Alcol metilico. PRIMARIO
CH3CH2OH: Etanolo; Alcol etilico

H
-
1 Propanolo
H
H
H
I
I
I
C
I
-
C
I
H

OH
H
H
H
I
C
I
-
I
C
I
H

-
2 Propanolo
I
-
C
I
H
H
H
-
-
OH
C
I
-
H
H
Butanolo, Terbutanolo
CH3
I
CH3 -
C
I
-
OH
CH3
PF:



Grazie al gruppo –OH sono polari e solubili in acqua
Fra loro formano legami a idrogeno
hanno punti di ebollizione alti rispetto agli idrocarburi con lo stesso numero di carboni
PC: Danno tre tipi di reazioni chimiche in base al comportamento del gruppo –OH

Comportamento ACIDO:
1. ALCOLATI: Alcol+Base
Es.: CH3CH2OH+NaOH
2. ETERE: CH3OH+CH3OH

Alcolato
CH3CONa Alcolato di Sodio
H3COCH3+H2O Etere di metilico
Comportamento BASICO:
1. ALOGENATI DERIVATI: CH3CH2OH+HCl
CH3CH2Cl+H2O Cloro Etano
2. ESTERE: Alcol+acido carbossilico
Estere+H2O

Reazione di OSSIDAZIONE (Ossidare= togliere H2):
1. Alcol Primario
Aldeide
Es.: CH3OH
HCHO Aldeide formica; Metanale
2. Alcol Secondario
Chetone
Es.:
H3C -
CH -
CH3
H3C -
C
I
II
OH
O
-
CH3
Per preparare gli alcoli si usano diverse tecnologie:



La fermentazione di frutta dei saccaromiceti. In tal caso il glucosio si trasforma in alcol etilico (es.:
distillazione delle vinacce e del vino stesso). La massima concentrazione dell’alcol etilico è del 95%.
L’alcol assoluto si ottiene trattando l’alcol puro con il cloruro di calcio (99%).
Idratare gli alcheni oppure ridurre aldeidi e chetoni.
Fra gli alcoli, il metanolo è tossico e non può essere troppo concentrato, in quanto attacca il fegato e può condurre alla
cecità (30 ml sono sufficienti).
Ci sono anche alcoli bivalenti: Dioli
Es.:
Glicoletilenico
CH2OH
I
Etan diolo
CH2OH (Anticongelante per radiatori)
Ci sono anche alcoli trivalenti: Trioli
Es.:
CH2OH
I
CH2OH
I
CH2OH


Propantriolo
Glicerina/Glicerolo
Reagendo con l’acido nitrico (3
molecole) da’ la Nitroglicerina
Reagendo con 3 acidi grassi (acidi
carbossilici a catena lunga) da’ i
Trigliceridi: tripla esterificazione con
liberazione di molecole di H2O
ALCOLI AROMATICI
Il Fenolo e i suoi derivati sono alcoli aromatici.


Hanno una spiccata acidità
Reagendo con gli idrossidi formano Fenati, sali organici (l’H è sostituito da un metallo alcalino)
Es.:
ALDEIDI
D: Composti organici ossigenati
H
R -
C
O
F: R-CHO
I: -ale
Es.:




HCHO: Metanale/Aldeide Formica
CH3CHO: Etanale/Aldeide Acetica
Con 3 C: Propanale/ Aldeide Propionica
Con 4 C: Butanale/ Aldeide Butirrica



Composti polari con ponti a idrogeno
Punti di ebollizione più alti rispetto agli idrocarburi con lo stesso numero di carboni
I primi termini hanno un odore pungente; a seguire i composti con molti carboni hanno profumi di fiori

Sono composti molto reattivi grazie alla presenza del gruppo CO: la reazione maggiore è quella di ossidazione
(Ossidare= dare O2). Un’aldeide ossidata forma un acido carbossilico
Per ottenere un aldeide si può ridurre un acido carbossilico ossidare un alcol primario.
Vengono utilizzati intensamente in chimica industriale (acetali, ecc.)
PF:
PC:


Es.:
H
CH3C
OH
CH3 - C
O
CHETONI
D: Composti organici ossidati
R
C = O
O
R
F:
I: -one
Es.:
CH3
C =
O
CH3
a. Acetone
b. Propanone
c. Dimetilchetone (dato dal
nome dei radicali ad esso
legati più –chetone)
CH3
C = O
a. Butanone
b. Metiletilchetone
C2H5
PF:



Sono composti polari con legami a idrogeno
Sono meno solubili in acqua delle aldeidi
I primi termini hanno un odore gradevole, mentre quelli più elevati sono rancidi



Grazie al gruppo carbonile sono reattivi, anche se meno delle aldeidi
Ossidando formano acidi carbossilici che vengono ottenuti dalla rottura del chetone stesso
Il Butanone forma due molecole di acido Etanoico, oppure una molecola di acido Propanoico e una di acido
Metanoico
PC:
ACIDI CARBOSSILICI
OH
R -
C
O
F: R-COOH
I: -oico
Es.:




HCOOH: Acido Metanoico/ Acido Formico
Acido Etanoico/ Acido Acetico
Acido Propanoico/ Acido Propionico
Acido Butanoico/ Acido Butirrico



Sono composti polari
L’acido acetico è uno dei principali solventi
Hanno punti di ebollizione alti
PF:
PC: Danno diverse reazioni:
1. Acidi carbossilici + Riduzione
2. Acidi carbossilici + Idrossidi
Aldeidi
Sali carbossilasi
Es.: CH3-COOH + NaOH
CH3-COONa + H2O
3. Acidi carbossilici + Base organici
Es.: Acido Carbossilico + Alcol
CH3-COOH + CH3CH2OH
Esteri (Sali organici) Esterificazione
Estere + H2O
CH3COO-CH2-CH3 + H2O
4. Acidi carbossilici + NH3
Ammidi
Es.: HCOOH + NH3
HCOO-NH2+H2O
Esistono degli acidi carbossilici a catena lunga con un numero pari di carboni superiore a 10 che
prendono il nome di acidi grassi [saturi (legami semplici: acido palmitico, stearico (cera)); insaturi
(uno o più doppi legami: acido oleico, linoleico Ω3)].
Gli acidi saturi sono liquidi e derivano dagli animale; quelli insaturi si trovano negli oli vegetali; Ω3
si trova nel pesce azzurro.
ACIDI BICARBOSSILICI
D: Sono formati da due gruppo COOH e sono presenti in fiori e frutta, tali da produrre profumo
COOH
I
COOH
COOH
I
CH2
I
COOH
I
CH2
I
COOH
CH2
I
COOH
Acido Ossalico Acido Malico Acido Succinico
Sono bifunzionali, come gli ossiacidi organici
OSSIACIDI ORGANICI
D: Sono formati sia dal gruppo OH che dal gruppo COOH
I: -ossipropionico
Il più comune è l’acido Lattico
Acido Alfalattico
CH3
I
CHOH
I
COOH
α- lattico (perché i due gruppi funzionali sono vicini)
Acido Betalattico
CH2OH
I
CH2
I
COOH
β- lattico (perché i due gruppi funzionali sono lontani)
In natura si trova l’acido α- lattico, presente in due forme:


Prodotto dai latobacilli
Nei muscoli dei vertebrati in caso di sforzo muscolare. In questo caso si formano isomeri ottici (detti anche
stereoisomeri) perchè hanno le stesse PF e PC ad esclusione della diversa deviazione della luce polarizzata dal
polarimetro: verso dx
destrogiro; verso sx
levogiro
Sono antipodi ottici o Enantiomeri, cioè uno è immagine speculare dell’altro.
CH3
CH3
I
I
H - C
I
- OH OH- C
I
- H
COOH
COOH
Acido D(+) α-lattico
Acido L(-) β-lattico
Questo avviene quando c’è un carbonio asimmetrico (CENTRO CHIRALE), cioè quando lega 4 gruppi tutti diversi.
Tale fenomeno è presente anche nei monosaccaridi (zuccheri). Infatti, il glucosio è destrosio (forma destrogiro del
C6H12O6- 4 centri chirali) rispetto al fruttosio che è levosio (forma levogiro del C6H12O6)
Alcuni composti vengono usati nelle bevande effervescenti, come l’acido tartarico.
AMMINE
R
N
-- H
H
D: Composti azotati con azoto che derivano dall’ NH3 (Ammoniaca)

Ammine PRIMARIE: un solo idrogeno è sostituito da un radicale alchilico

R
N
-- R
H
Ammine SECONDARIE: due idrogeni sono sostituiti da un radicale alchilico

Ammine TERZIARIE: tre idrogeni sono sostituiti con un radicale alchilico
R
N
-- R
R
CH3
I
C2H5
I
NH2
NH
I
CH3
N
CH3
CH3
Metilammina
CH3
Etil-Metil-ammina
Trimetilammina
Es.:
PF:



I primi 2/3 termini sono gassosi
Fino al 12 sono liquidi, poi solidi
Sono solubili in acqua e fra di loro, formando legami a idrogeno





Sono ottime basi di Lewis
Formano sali di ammonio organici
Vengono usate per formare il nylon
Sono tossici
I sulfamidici sono derivati delle ammine
PC:
Gli ammidi sono acidi carbossilici con un gruppo amminico al posto di H
Es.: CH3COOH-NH2
Esistono le diammine, con due gruppo NH2 che hanno dei nomi strani: Cadaverina, Putrascina.
AMMINOACIDI
F:
R
I
H - C
I
- NH2
COOH
PF:



Quelli naturali sono 20, tutti levo-α: quindi, deviano la luce tutti a sx ; NH2 e COOH sono vicini
Sono composti anfoteri cristallini
Formano legami a polipeptidi, dando proteine