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Fondamenti di chimica organica
Janice Gorzynski Smith
University of Hawai’i
Capitolo 6
Comprensione delle reazioni
organiche
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Fondamenti di chimica organica
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Comprensione delle reazioni organiche
Scrivere le equazioni delle reazioni organiche
A+BC+D
A e B reagenti, C e D prodotti.
• Fra i reagenti si distingue fra substrato (il composto organico
che viene trasformato) e reagente (la sostanza chimica che
causa la trasformazione). Fra i prodotti si distingue il prodotto
vero e proprio e il(i) sottoprodotto(i).
• Il solvente e la temperatura della reazione possono essere
aggiunti sopra o sotto la freccia.
• I simboli “h” e “” sono usati per reazioni che richiedono
rispettivamente luce e calore.
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Comprensione delle reazioni organiche
Tipologie di reazioni organiche
• La sostituzione
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Comprensione delle reazioni organiche
Tipologie di reazioni organiche
• L’ eliminazione
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Tipologie di reazioni organiche
• L’addizione
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Rottura e formazione di legami
• Un meccanismo di reazione è una descrizione dettagliata di come i legami
sono scissi e formati mentre un reagente è convertito in un prodotto.
• Una reazione può avvenire sia in un singolo stadio (reazione concertata) ,
sia in una successione di stadi, attraverso un intermedio reattivo.
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Rottura di legami
• Indipendentemente da quanti passaggi ci siano nella
reazione, ci sono solo due modi di rompere (scindere) un
legame
1. SCISSIONE OMOLITICA DI LEGAME
(OMOLISI)
A. e B. sono RADICALI
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Rottura di legami
1. SCISSIONE ETEROLITICA DI LEGAME
(ETEROLISI)
• L’omolisi e l’eterolisi richiedono energia.
• L’omolisi genera intermedi reattivi privi di carica con elettroni
spaiati (RADICALI)
• L’eterolisi genera intermedi elettricamente carichi (IONI)
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Formazione di legami
• La formazione di un legame può avvenire in due differenti
modi.
• Due radicali possono donare un elettrone ciascuno per
formare la coppia elettronica di legame.
• Alternativamente, due ioni con carica opposta possono
unirsi, con uno ione carico negativamente che dona entrambi
gli elettroni per formare la coppia elettronica del nuovo
legame.
• La formazione di un legame libera sempre energia.
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Enatalpia di reazione H0
• Le energie di dissociazione di legame sono utilizzate anche per calcolare la
variazione di entalpia (H0) in una reazione in cui più legami sono scissi e formati.
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Termodinamica
• Una reazione è governata da fattori termodinamici e cinetici.
• La termodinamica descrive come si confrontano le energie dei reagenti e
dei prodotti, e quali sono le quantità relative dei reagenti e prodotti
all’equilibrio. La costante di equilibrio Keq è un’espressione matematica che
correla le quantità di materiale di partenza e di prodotto presenti
all’equilibrio. E’ una grandezza termodinamica
La cinetica descrive la velocità della reazione. La k (costante cinetica) è invece
una costante che misura la velocità di una reazione.
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Termodinamica
• L’equilibrio favorisce i prodotti quando essi sono più stabili (a
energia minore) rispetto al materiale di partenza.
• (Keq >1, G° < 0 reazione favorita termodinamicamente)
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Termodinamica. Entalpia ed Entropia
• G° dipende da H° e dalla variazione di entropia S° secondo
l’equazione:
•La variazione di entropia, S°, è la misura del disordine di un sistema. Maggiore è il
disordine, maggiore è l’entropia. Le reazioni che mostrano aumento di entropia sono
favorite.
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Diagrammi di Energia
• Ogni reazione può essere descritta da un diagramma di energia che è una
rappresentazione schematica dei cambiamenti di energia che hanno luogo mentre i
reagenti sono convertiti nei prodotti.
• Un diagramma di energia riporta sull’asse y l’energia contro il progredire della
reazione, spesso indicato come coordinata di reazione, lungo l’asse x.
• Per la reazione generale:
• Il diagramma di energia potrebbe essere:
•La differenza di energia
tra lo stato di transizione e
il materiale di partenza
è chiamata energia di
attivazione, Ea.
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La differenza di energia
tra i reagenti
e i prodotti è il H° della reazione
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Stato di transizione
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Cinetica
• La cinetica è lo studio delle velocità di rezione.
• Ea è la barriera di energia che deve essere superata dai
reagenti quando devono essere convertiti nei prodotti.
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Diagrammi di energia
• Per la reazione generale:
• Il diagramma di energia potrebbe essere:
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Diagrammi di energia
• Considerare la seguente reazione a due stadi:
• Ciascuno stadio ha la sua propria barriera di energia, con uno
stato di transizione in corrispondenza del massimo di energia.
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Diagrammi di energia
Figure 6.6
Complete energy diagram for
the two-step conversion of
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Leggi cinetiche
Legge cinetica per una reazione a uno
stadio
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Legge cinetica per una reazione a uno
stadio
Rate determining step:
è lo stadio lento di una reazione a più stadi
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Catalizzatori
• Alcune reazioni non avvengono in tempi ragionevoli a meno che
non venga aggiunto un catalizzatore.
• Un catalizzatore è una sostanza che aumenta la velocità di una
reazione. E’ recuperato inalterato alla fine della reazione e non
compare tra i prodotti.
Figure 6.7
The effect of a catalyst
on a reaction
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Enzimi
• Gli enzimi sono catalizzatori biochimici composti di ammino
acidi tenuti insieme in una ben definita forma tridimensionale.
• Un enzima contiene una regione chiamata sito attivo che lega il
reagente organico, definito substrato. Il prodotto risultante è
chiamato complesso enzima-substrato.
• Una volta legato, il substrato organico va incontro a una
reazione molto specifica con velocità elevata. I prodotti sono
succesivamente rilasciati.
Figure 6.8
A schematic representation
of an enzyme at work
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