Chimica Organica Chimica del carbonio Proprietà generali dei composti organici Energia dei legami covalenti semplici tra atomi di una stessa specie C C 345 kJ mole-1 O O 147 kJ mole-1 N N 164 kJ mole-1 Si Si 223 kJ mole-1 Il carbonio ha la proprietà peculiare di dare legami covalenti con se stesso, per formare composti stabili a temperatura ambiente. Il carbonio è anche capace di dare legami stabili con altri elementi: idrogeno, ossigeno, azoto, zolfo, alogeni, fosforo ed altri. IDROCARBURI, H e C Idrocarburi Saturi Alcani, CnH(2n+2) Idrocarburi Insaturi Alcheni e Alchini H H C H Metano H H C C H Etano C C H H H C C C H H H H H H H Etene H2C H2C H H H H Idrocarburi Ciclici H2 C C H2 CH2 CH2 Cicloesano Propene Idrocarburi Aromatici H H H H C C C H H H H Propano H H H C C C C H H H H H Butene HC HC H C H H H H H C C C C H H H H H C H Etino, acetilene H C C H CH CH Benzene Butano Catene carboniose con H e C CH 4 H3C Metano Le catene carboniose vanno numerate Per identificare univocamente la posizione dei sostituenti Etano CH3 7 H3C H3C H3C H3C H3C H2 C C H2 C H2 C H2 H2 C H2 C H3C CH3 C H2 C H2 CH3 H2 C 6 5 C H2 H C 4 3 C H H2 C 2 Butano Pentano C H2 H3C H2 C 7 1 CH3 C H2 C CH3 3-metil Esano 3-etil Esano CH3 Esano 4 CH3 H2 H2 C H C C C CH3 H2 CH2 H3C 1 3 5 6 3-Eptene Propano CH3 H2 C H2 C 2 Legami chimici più comuni Orientamento degli orbitali atomici Ibridazione SP3 Ibridazione SP2 Gruppi chimici comuni nelle molecole organiche Alcoli Eteri Ammine Ammidi Acidi carbossilici Tioalcoli o mercaptani La forma delle molecole organiche etanolo anfetamina Ossido di azoto Etere etilico cloroformio glicerolo Ac. acetilsalicilico Nomenclatura Gruppo nome famiglia abbr. -OH ossidrile alcol -olo >C=O carbonile chetone -one -CHO “ aldeide -ale -COOH carbossile acido -oico -NH2 amminico ammina -ammina -CONH2 ammidico ammide -ammide -COOR estere esteri -oato di R Composti aromatici Benzene Composti aromatici Naftalene Antracene H N HC O HC CH C C H H C C H H Pirrolo HC HC H C N Furano N CH CH Piridina CH HC H C N CH CH N N N Pirimidina N Purina Struttura tridimensionale delle molecole Isomeria • Isomeria di struttura: stessi atomi, ma diverso ordine con cui sono legati • Isomeria di posizione: stessi atomi, ma diversa posizione lungo la catena base della molecola • Isomeria di funzione: stessi atomi, ma è diverso il gruppo funzionale • Stereoisomeria: stessa molecola, ma diversa disposizione degli atomi nello spazio, atomi asimmetrici • Isomeria di struttura: stessi atomi, ma diverso ordine con cui sono legati Isomeria di catena CH3 CH3 H H H2 1 3 2 5 2 7 2 6 H3C C 4 C C 8 C C C CH3 H2 H2 H2 H H 2 6 2 4 2 C 3 C 5 C 7 1 H3C H C C CH3 H2 H2 H2 6 2 4 C H C 5 CH3 1 H3C H 3C C H2 CH3 ottano 2-metileptano 2,3-dimetilesano CH3 H2 C H C 5 1 H3C H 3 C CH3 2 4 CH2 H3C 3-etil,2-metilpentano Isomeria CIS-TRANS H3C H C CH CH 3 Cis-2-butene H3C H C C H CH3 Trans-2-butene H2 C H OH H 2C C H2 C H OH H 2C C H2 C H OH H 2C C H 2C H 2C H 2C C C H OH H2 cis-1,2-cicloesandiolo C C H OH H2 C C H OH H2 Trans-1,2-cicloesandiolo • Isomeria di posizione: stessi atomi, ma diversa posizione lungo la catena base della molecola H2 H3C H C C CH3 H3C C H2 H2 C butano OH H3C Butan-2-olo C H H C CH3 H2 H3C H C C CH3 Cl 2-butene 2-clorobutano CH3 OH H2C C H2 H2 C CH3 Butan-1-olo H2C C H H2 C Cl CH3 1-butene H2C C H2 H2 C CH3 1-clorobutano • Isomeria di funzione: stessi atomi, ma è diverso il gruppo funzionale H3C H2 C H3C OH O C H2C CH3 H C CH2 H3C OH Acetone Dimetilchetone H3C CH3 Etere dimetilico Etanolo H3C O C H2 C O OH Acido butanoico CH O 1-propen-3-olo H2 C H2 C Propanale H3C 4 3 C O H2 C 2 1 C O OH Acido 3-chetobutanoico (Acido b-chetobutanoico) H3C g b C O H2 C a C O OH • Stereoisomeria: stessa molecola, ma diversa disposizione degli atomi nello spazio, atomi asimmetrici Stereochimica delle molecole organiche Quando c’è un atomo asimmetrico rappresentazione tridimensionale OH C* H3C H H C H C* C H3 H3C CH C2H5 CH3 H 2-butanolo 2S OH OH Stereoisomeri H C C H3 H 2R Legame nel piano Legame sopra il piano Ordine in senso antiorario, S OH CH CH3 C2H5 Ordine in senso orario, R Legame sotto il piano Quando ci sono due atomi asimmetrici OH C H3C H 2S OH H C Cl 3S C H3 H C H3C C H 3-cloro,2-butanolo C H3 Cl 2R 3R Stereoisomeri = 2n OH C H3C H 2S OH H C C H3 C H3C H Cl 3R 2R H C Cl 3S C H3 Quando ci sono due atomi asimmetrici e un centro di simmetria OH C H3C H S OH H C H3 C OH S C H3C C H3C H S R 2,3-didrossibutano OH OH H C OH C H3 C Stessa molecola H3C H R R Mesomeri H H C OH S H C OH R C H3 C H3 Rappresentazione di Fisher degli isomeri I legami rappresentati in verticale sono intesi immersi dentro il piano, I legami rappresentati in orizzontale sono intesi emergere dal piano COONH3+ CH CH3 L-alanina CHO HC OH CH 2OH D-gliceraldeide Proprietà ottiche degli stereoisomeri Attività ottica: proprietà di ruotare il piano della luce polarizzata Sorgente di luce Filtro polarizzatore La luce non polarizzata oscilla in tutti i piani Potere ottico rotatorio specifico: Tubo porta campione contente la sostanza otticamente attiva La luce polarizzata oscilla in un solo piano Angolo di rotazione Analizzatore Luce polarizzata ruotata a t a cl c concentrazione l lunghezza Isomeria conformazionale • Conformazioni: le diverse disposizioni degli atomi nello spazio, derivanti dalla rotazione dei legami semplici • Conformeri: gli stereoisomeri differenti tra loro per la diversa conformazione delle molecole Sfasata eclissata energia potenziale (kJ/mole) Proiezioni di Newman dell’etano 12,0 0 60 angolo di rotazione 120 energia potenziale (kJ/mole) Conformazioni Energia potenziale delle conformazioni del butano 18,9 13,4 0° 60° 120° 180° 240° angolo di rotazione 300° 360° Conformazioni del cicloesano • Sedia • Barca mezza-sedia mezza-sedia barca sedia sedia Composti di coordinazione I metalli di transizione possono coordinare doppietti di elettroni non condivisi di altre sostanze, detti leganti, per dare i composti di coordinazione CoCl3 Co3+ + 3ClCo3+ + 4NH3 Co3+ + 5NH3 ibridazioni di tipo sp3d (5 leganti) e sp3d2 (6 leganti) [Co(NH3)4]3+ [Co(NH3)5] 3+ COOH HOOC N N HOOC Co3+ + 6NH3 COOH [Co(NH3)6] 3+ costante di formazione [ [Co(NH3)6] 3+ ] Kf= [ Co3+ ] [ NH3 ]6 COOH Fe costante di instabilità Ki= COOH [ Co3+ ] [ NH3 ]6 [ [Co(NH3)6] 3+ ] EME Fe, porfirina