Chimica Organica 1 introduzione PDF

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IBRIDAZIONE : LE MOLECOLE NON SONO PIATTE MA HANNO UNA STRUTTURA TRIDIMENSIONALELa tridimensionalità delle molecole è determinata dagli angoli di legame. Prendiamo come esempio il metano. La struttura di Lewis di CH mostra un atomo di carbonio circondato da 4 regioni di densità elettronica. Ciascuna...

Description

IBRIDAZIONE: LE MOLECOLE NON SONO PIATTE MA HANNO UNA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE

La tridimensionalità delle molecole è determinata dagli angoli di le e. Prendiamo come esempio il metano. La struttura di Lewis di CH4 mostra un atomo di carbonio circondato da 4 regioni di densità elettronica. Ciascuna regione contiene una coppia di elettroni che serve a formare un legame con un atomo di idrogeno. Le 4 regioni si irradiano dal carbonio in modo da disporsi il più lontano possibile l’una dall’altra. Ciò si realizza quando l’angolo tra ciascuna coppia di elettroni è di 109.5 gradi. Pertanto, noi possiamo prevedere che tutti gli angoli di legame H-C-H siano 109.5 gradi e che la forma della molecola sia tetraedica.

Legame sigma σ L

n

La densità elettronica è massima lungo l’asse di legame; Si possono formare per sovrapposizione di un orbitale s con un orbitale p o per sovrapposizione di due orbitali p. Legame pi greco (π) Il legame π deriva dalla sovrapposizione laterale di orbitali atomici p con la formazione di un orbitale molecolare bilobato e localizzato sui lati opposti dell’asse inter-atomico. Quando si forma un legami π? Si vengono a formare solo dopo la formazione di un primo legame sigma. Si verifica per i doppi e tripli legami.

orbitali ibridi sp3 - angoli di legame di circa 109.5 ° Si verifica quando un orbitale atomico s si combina con 3 orbitali atomici p. Poiché derivano da 4 orbitali atomici, gli orbitali ibridi sp3 si trovano sempre in gruppi di quattro. Ciascun orbitale sp3 consiste di due lobi, uno più grande che punta in una direzione e un lobo più piccolo che punta in direzione opposta. Gli assi dei 4 orbitali ibridi sp3 sono diretti verso i vertici di un tetraedo regolare e, così, l’ibridazione sp3 porta ad angoli di legame di circa 109.5 °.

Esaminiamo ora la formazione di legami in queste molecole in termine di sovrapposizione di orbitali atomici. METANO: Per legarsi a 4 altri atomi con angoli di legame di 109.5°, il C usa un gruppo di quattro orbitali ibridi sp3. Il C possiede quattro elettroni di valenza e ciascun orbitale ibrido sp3 ospita uno di tali elettroni. Ogni orbitale ibrido sp3 parzialmente pieno si sovrappone quindi con un orbitale atomico parzialmente pieno 1s dell’idrogeno per formare un legame sigma, e gli atomi di idrogeno occupano i vertici di un tetraedo regolare. AMMONIACA: Nel legarsi con 3 altri atomi, i cinque elettroni di valenza dell’N (azoto) sono distribuiti in modo che un orbitale sp3 è occupato da una coppia di elettroni mentre gli altri tre ospitano un elettrone ciascuno. La sovrapposizione di questi orbitali ibridi sp3 parzialmente pieni con gli orbitali atomici 1s dell’idrogeno porta alla formazione della molecola NH3. ACQUA: Nel legarsi con 2 altri atomi, i sei elettroni di valenza dell’ossigeno si distribuiscono in modo che due orbitali ibridi sp3 siano pieni e i restanti due abbiamo un elettrone ciascuno. Ciascun orbitale ibrido sp3 con un solo elettrone si sovrappone con un orbitale 1s dell’idrogeno e, quindi, gli atomi di idrogeno occupano due vertici di un tetraedo regolare. I restanti due vertici del tetraedo sono occupati da coppie di elettroni non condivise.

Orbitali ibridi sp2 - Angoli di legame di circa 120° La combinazione di un solo orbitale 2s e due orbitali 2p produce tre orbitali ibridi sp2 equivalenti. Poiché derivano da tre orbitali atomici, gli orbitali ibridi sp2 sono sempre in gruppi di tre. Ciascun orbitale ibrido sp2 è formato da due lobi, uno più grande e l’altro più piccolo. I tre orbitali ibridi sp2 giacciono in un piano e sono diretti verso i vertici di un triangolo equilatero, dove gli angoli sono di 120° (geometria trigonale planare). Il terzo orbitale atomico 2p (2px, 2py e 2pz) non è coinvolto nell’ibridazione e consiste di due lobi perpendicolari al piano degli orbitali ibridi sp2. Gli elementi del secondo periodo usano orbitali ibridi sp2 per formare legami doppi.

Nell’etilene si forma un legame sigma carbonio-carbonio per sovrapposizione tra due orbitali ibridi sp2 lungo un asse comune (B). Ciascun carbonio forma anche legami sigma con due idrogeni. I restanti orbitali 2p sugli atomi di carbonio adiacenti si trovano ad essere paralleli tra loro e si sovrappongono a formare un legame pi greco π. Un legame π è un legame covalente formato per sovrapposizione di orbitali paralleli. A causa del minor grado di sovrapposizione degli orbitali formanti il legame π rispetto a quelli formanti il legame sigma, i legame π sono generalmente più deboli dei legami sigma. Orbitali ibridi sp - Angoli di legame di circa 180° La combinazione di un orbitale 2s e un solo orbitale 2p porta alla formazione di due orbitali ibridi sp equivalenti. Essendo derivati da due orbitali atomici, gli orbitali ibridi sp sono sempre in gruppi di due. I due orbitali sp sono orientati in modo da formare un angolo di 180°. Gli assi degli orbitali atomici 2p non ibridati sono perpendicolari l’uno all’altro e rispetto agli assi degli orbitali ibridi sp. Gli orbitali sp hanno geometria planare.

Un triplo legame carbonio-carbonio consiste di un legame sigma e di due legami π. Il legame sigma si forma per sovrapposizione di orbitali ibridi sp. Un legame π si forma per sovrapposizione di una coppia di orbitali atomici 2p paralleli. Il secondo legame π si forma per sovrapposizione di una seconda coppia di orbitali atomici 2p paralleli. PERCHE’ SI FORMANO GLI ORBITALI IBRIDI ?

3. Gli orbitali ibridi hanno una migliore direzionalità nel formare legami 4. Poiché di solito avviene una promozione di elettroni. Gli ibridi consentono la formazione di più legami

sp3: geometria tetraedrica, angoli di legame 109°, rotazione si. sp2: geometria trigonale, angoli di legame 120°, rotazione no. sp : geometria lineare, angoli di legame 180°, rotazione no.

IDROCARBURI Idrocarburi: composti organici contenenti solo C e H Eterocomposti: composti organi che contengono, oltre a C e H, anche altri atomi, in particolare O, N, S e P (eteroatomi). I composti saturi non presentano doppi o tripli legami I composti insaturi presentano doppi (alcheni) o tripli (elchini) legami

LE CATENE IDROCARBURICHE NON SONO “LINEARI” E SI POSSONO PIEGARE E’ importante riconoscere la stessa molecola anche se con orientazione diversa.

ISOMERI COSTITUZIONALI ( ISOMERI STRUTTURALI ) = Molecole che hanno la stessa formula molecolare, ma un diverso arrangiamento degli atomi

SIATE SISTEMATICI QUANDO SCRIVETE LA CATENA 1. Scrivi prima la catena lineare 2. Rimuovi un carbonio e mettilo in una differente posizione della catena, sii sicuro di non ripetere la stessa struttura. 3. Rimuovi due carboni dalla catena originale, mettili sulla catena, sia individualmente (due unità ad 1 C) e insieme (una unità a due atomi di carbonio), facendo attenzione a non ripetere la struttura. 4. Continua a rimuovere atomi di C sino a che non è più possibile formare nuovi isomeri

METODO IUPAC 1.Trova la più lunga catena di atomi di C e dai il nome. 2. Numera la catena iniziando dall’estremità più vicina alla prima ramificazione. 3. Dai ad ogni sostituente un numero in base alla posizione nella catena principale. 4. Dai ad ogni sostituente un nome in base al numero di atomi di C. Sostituisci il suffisso -ano con -ile 5. Assembla il nome.

REGOLE DI PUNTEGGIATURA 1. I numeri sono separati dai nomi da trattini (2-metil.......) 2. I numeri sono separati da altri numeri da virgole (2,3- ........) 3. Tutte le parole sono continue (......metilesano)

ISO indica che la catena termina biforcuta, non è un prefisso abbreviato e v tenuto in considerazione per l’ordine alfabetico. SEC sta per secondario, indica che il punto di aggancio è sul secondo carbonio della catena ed, essendo abbreviato, non va considerato per l’ordine alfabetico. TERZ sta per terziario, indica che il punto di aggancio è un carbonio terziario. Anche questo è abbreviato e non va considerato per l’ordine alfabetico. I nomi dei sostituenti più semplici che contengono un doppio o un triplo legame, sono mostrati nella figura seguente.

ALCUNE COSE DA RICORDARE 1 Scegli la catena più lunga 2 Numera dall’estremità più vicina al primo sostituente 3 Sostituenti in ordine alfabetico a,b,c..... 4 Prefissi tipo di, tri ect...sono ignorati 5 Carboni disostituiti (due gruppi) sono più importanti dei monosostituiti (un gruppo) 6 I numeri sono separati dai numeri da virgole 7 Numeri sono separati dalle parole da trattini 8 I sostituenti e la catena base sono un’unica parola ...... metilesano 9 Nessuna maiuscola a meno che sia l’inizio della frase

ESERCIZI DI NOMENCLATURA

NOMENCLATURA DEI GRUPPI FUNZIONALI Il carbonio si combina con altri atomi (N, O, S, alogeni..) per formare unità strutturali dette Gruppi Funzionali. Un gruppo funzionale è un atomo o un raggruppamento di atomi che, per la loro natura ed il tipo di legame che li unisce, conferisce a una molecola le sue caratteristiche chimiche e fisiche, in modo relativamente indipendente dalla struttura molecolare complessiva. In altre parole, un gruppo funzionale è la porzione più reattiva di una molecola organica, che influisce in modo determinante sul meccanismo delle reazioni a cui essa è suscettibile.

Il nome assegnato a ciascun composto con una catena di atomi di carbonio consiste di tre parti: un prefisso, un infisso e un suffisso. 1. Il prefisso indica il numero di atomi di carbonio nella catena base. 2. L’infisso indica la natura dei legami carbonio-carbonio nella catena base. 3. Il suffisso indica la classe di composti nella quale la sostanza appartiene.

Possiamo suddividere i gruppi funzionali più comuni in 3 categorie: 1. IDROCARBURI 2. COMPOSTI CONTENENTI UN LEGAME C-Z dove Z è un elemento elettronegativo 3. COMPOSTI CONTENENTI UN GRUPPO C=O...