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TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI
Idrogeno = 1 legame
H
Ossigeno = 2 legami
O
Azoto = 3 legami
N
Carbonio = 4 legami
Questi sono gli atomi che
intervengono maggiormente nelle
reazioni che tratteremo nella
chimica organica.
Elettronegatività: fluoro = 4.1
ossigeno = 3.5
azoto = 3.1
cloro = 2.9
carbonio = 2.5
idrogeno = 2.1
C
Elettronegatività:
tendenza di un atomo
coinvolto in un legame
covalente a spostare
gli elettroni di legame
su di sé.
La chimica organica è detta anche chimica del carbonio. Tale
elemento appartiene al gruppo IVA della tavola periodica e ha
struttura elettronica esterna 2s22p2; ciò fa si che il carbonio sia
tetravalente (formi cioè sempre a quattro legami). L’atomo di
carbonio nei composti organici può essere detto primario,
secondario, terziario o quaternario a seconda del numero di altri
atomi di carbonio con cui è legato.
atomo di carbonio
atomo di carbonio
TERZIARIO
QUATERNARIO
atomo di carbonio
SECONDARIO
atomo di carbonio
PRIMARIO
Carbonio: Z= 6, appartiene al IV
gruppo quindi 4e- sul guscio più
esterno di valenza. Configurazione
elettronica 1s2 2s2 2p2
sp3
sp2
sp
TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI
Ibridazione sp3 del carbonio
Un orbitale 2s e tre orbitali 2p formano quattro orbitali sp3.
Geometria tetraedrica; angoli di 109°; legami singoli esempio:
metano CH4
ALCANI
Solo legami C-C.
Molecole tetraedriche con
angoli di 109° in
corrispondenza dei
legami C-C e C-H.
E’consentita la rotazione
intorno ai legami.
Carbonio ibridato sp3
Reazioni di sostituzione.
ALTRI ISOMERI DI STRUTTURA…….
Carbonio: Z= 6, appartiene al IV
gruppo quindi 4e- sul guscio più
esterno di valenza. Configurazione
elettronica 1s2 2s2 2p2
sp3
sp2
sp
Ibridazione sp2 del carbonio
Un orbitale 2s e due orbitali 2p formano tre orbitali sp2. Geometria
trigonale; angoli di 120°; legame doppio. esempio:
etene (etilene) CH2 CH2
NB nella figura sottostante gli orbitali di colore grigio sono quelli
ibridi e creano i legami più forti
ALCHENI
Almeno un doppio
legame.
Molecole planari in
corrispondenza del
doppio legame
C=C.
Angoli di 120° tra
doppio legame e
legame singolo.
Carbonio ibridato
sp2
Reazioni di
addizione al doppio
legame
Carbonio: Z= 6, appartiene al IV
gruppo quindi 4e- sul guscio più
esterno di valenza. Configurazione
elettronica 1s2 2s2 2p2
sp3
sp2
sp
Ibridazione sp del carbonio
Un orbitale 2s e un orbitale 2p formano due orbitali sp.
Geometria planare; angoli di 180°; legame triplo
esempio: etino (acetilene) CH CH
ALCHINI
- Almeno un triplo legame C≡C
- Molecole lineari in corrispondenza del triplo legame C≡C.
- Angoli di 180° tra triplo legame e legame singolo.
- Carbonio ibridato sp
- Reazioni di addizione al triplo legame
ALCHINI
Alcheni e alchini danno reazioni di addizione con rottura di un legame
tipo di legame
lunghezza
forza
Semplice C-C
1,53 Å
88 kcal/mole
Semplice C-H
1,10 Å
104 kcal/mole
Doppio C-C
1,34 Å
146 kcal/mole
Triplo C-C
1,21 Å
198 kcal/mole
IDROCARBURI
-Costituiti solo da atomi di carbonio e di idrogeno
(il legame C-H non è polarizzato)
-ALCANI: solo legami singoli C-C (metano, etano,
propano, butano) desinenza –ANO molecole
tetraedriche angoli di 109°
-ALCHENI: almeno un doppio legame C=C (etene,
propene, 1-butene, 2-butene) (isomeria cis-trans);
desinenza –ENE; molecole planari angoli di 120°
-ALCHINI: almeno un triplo legame C≡C (etino,
propino) molecole lineari angoli di 180°
- Possono essere lineari, ramificati, ciclici,
aromatici.
Il nome convenzionale degli alcoli alifatici si costruisce
aggiungendo la desinenza -olo al nome dell’idrocarburo.
alcoli primari
H H
H
H C OH
H
metanolo
alcole metilico
CH3-OH
H C C OH
H H
etanolo
alcole etilico
CH3-CH2-OH
H H H
H C C C H
alcole
secondario
H O H
H
2-propanolo
alcole isopropilico
H H H
H C C
C OH
H H H
1-propanolo
alcole n-propilico
CH3-CH2-CH2-OH
CH3
CH2
alcole
terziario
H3C C CH3
OH
2-metil-2-butanolo
alcole isobutilico terziario
H
H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H
1,2-etandiolo
glicole etilenico
CH2-OH
CH2-OH
H C OH
H
1,2,3-propantriolo
glicerolo
CH2-OH
CH-OH
CH2-OH
H3C
H
H
O
H
H
C
O
H
O
H
H
CH3-CH2-OH etanolo
H
Leg.
idrogeno
H
O
CH3-(CH2)9-CH3-OH
undecanolo
H
H H H H H H H H H H H H
O
C
H
H
H
C
O
H H H H H H H H H H
Leg.
H idrogeno
H
O
Gli alcoli a lunga catena non
O
sono solubili in acqua
H
H
OH
H C H
O
-- (H+)
CrOssidante
(O2)
2O7
H C H
Cr+++
Etanolo
Etanale
CH3-CH2-OH
H C OH
CH3
2-propanolo
H C H
H
H
CH3
C
H
Ossidante
(O+2))
(H
MnO
4
Mn++
H3C
C O
H3C
Propanone
(acetone)
Ossidazione completa di un alcol primario
OH
H C H
+
Ossidante
Cr2O7-- (O(H
2) )
Cr+++
H C H
O
C
H
H C H
H
Etanale
O
OH
H
Etanolo
CH3-CH2-OH
OX
C
H C
H
H
Etanale
CH3-COH
Acido etanoico (ac.Acetico)
CH3-COOH
Un alcol può reagire con un acido carbossilico e
con la perdita di molecola d’acqua originare un
estere
estere
CH3COOH
CH3OH
H+
CH3COOCH3
H2O
Gli ALCOLI reagiscono con le ALDEIDI per formare i semiacetali.
In eccesso di alcol i semiacetali reagiscono e formano gli acetali.
Questa reazione avviene anche fra ALCOLI e CHETONI. In questo
caso si formano prima semichetali e poi chetali
O
O
CH3-C-H
CH3-C-R
Aldeide
Chetone
O
Questa reazione avviene anche
nella ciclizzazione interna degli
zuccheri che sono poli-idrossialdeidi o poli-idrossi-chetoni
O-H
CH3-C-H + CH3-CH2-OH ÆCH3-C-O-CH2-CH3
ALDEIDE
H
ALCOL
O-H
O-CH2-CH3
CH3-C-O-CH2-CH3+ CH3-CH2-OH
HSEMIACETALE
SEMIACETALE
ALCOL
CH3-C-O-CH2-CH3 + H2O
H
ACETALE
ETERI
Sono caratterizzati dal gruppo funzionale –O- , e possono
essere considerati composti derivati dall’acqua per
sostituzione dei due atomi di H con 2 gruppi alchilici
Il nome degli eteri deriva da quello dei due gruppi legati
all’atomo di ossigeno.
CH3-CH2-OH + CH3-CH2-OH
CH3-CH2-O-CH2-CH3 + H2O
dietil etere
TIOLI
Sono caratterizzati dal gruppo funzionale -SH e sono i
composti più importanti contenenti l’elemento zolfo. Il
nome deriva da quello del gruppo legante l’atomo di zolfo.
CH3-CH2-SH etiltiolo (o etantiolo)
PONTE DISOLFURO
COOH
COOH
H C NH2
H C NH2
COOH
CH2
COOH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH
C O
NH
C O
C O
NH
C O
NH
H C CH2 SH
HS
CH2
2H+ 2e-
H C
C H
CH2 S
S CH2
C H
NH
C O
NH
C O
C O
NH
C O
NH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
COOH
CH2
COOH
H2N C H
COOH
H2N C H
H
H2N-C-COOH
SH
COOH
cisteina
Allo stesso modo, un tioalcol può reagire con un acido
carbossilico con la perdita di molecola d’acqua. In questo
caso si forma un tioestere
O
H3 C
C
OH + HS
H2 C
H2 O
O
H3 C
C
S
H2 C
CH3
CH3
ALDEIDI E CHETONI sono caratterizzati dal gruppo carbonilico o
carbonile C=O prendono il nome dal corrispondente idrocarburo
Nelle aldeidi si sostituisce al suffisso “-o” dell’alcano con lo
stesso numero di atomi di carbonio con il suffisso “-ale”, oppure
si utilizza la locuzione aldeide…….ica. Per esempio dal metano
(CH4) deriva il metanale o aldeide metanoica HCHO (nome
comune, aldeide formica)
Nei chetoni si sostituisce al suffisso “-o” dell’alcano con lo stesso
numero di atomi di carbonio con il suffisso “-one” ; spesso si
utilizza un nome che ricorda la provenienza del composto. Per
esempio dal propano (CH3-CH2-CH3) deriva il propanone detto
anche dimetilchetone perché presenta due metili legati al
carbonile.
H
H
3HC
C
H
O
C
H
H
H
H
3HC
C
3HC
O
C
O
3HC
C H
3HC
C
O
H
OH
H
OH
3HC
3HC
C
OH
3HC
C
O
H
La somma algebrica dei n. di ossidazione in un composto è pari
alla carica del composto. È ZERO se il composto è neutro.
Elettronegatività: Fluoro>Ossigeno>Azoto (N) e
Cloro>Carbonio>Idrogeno (H)>Sodio (Na)
Definizione: Il numero di ossidazione è "la carica che assumerebbe un
elemento in un composto, se si assegnassero gli elettroni di legame
all'elemento più elettronegativo"
L'uso della definizione per determinare i numeri di ossidazione, oltre che la
conoscenza della configurazione elettronica esterna dell'elemento, implica
ovviamente la conoscenza della formula di struttura del composto.
Se non si conosce la formula (o non si ricorda la configurazione elettronica),
alcune semplici regolette possono ovviare alle nostre lacune. Ogni elemento
allo stato elementare ha no. di ossidazione ZERO
Il Fluoro ha sempre no. di ox -1 (è il più elettronegativo di tutti).
L'Ossigeno ha sempre no. di ox -2, tranne che nei perossidi (-1) (H2O2) e nei
superossodi (-1/2)
Perossidi: Composti che contengono il gruppo perossido -O-OSuperossidi: Composti che contengono lo ione superossido O2L'Idrogeno ha sempre no. di ox +1, tranne che negli idruri ionici (-1)
idruri ionici: Composti binari contenenti H e un metallo (Na, K)
La somma algebrica dei n. di ossidazione in un composto è pari alla
carica del composto. È ZERO se il composto è neutro.
Elettronegatività: Fluoro>Ossigeno>Azoto (N) e Cloro>Carbonio>Idrogeno
(H)>Sodio (Na)