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