ibridazione degli orbitali e idrocarburi

Didascalia alternativa:

ibridi Formati un legame sigma tra i due carboni e due legami pi greco tra le orbitali 2P rimanenti Anche in questo caso il legame triplo impedisce di ruotare πT T TY Alcani ● C = 2,55 H = 2,20 LINEARI Prefisso MET ET PROP BUT ● Rappresentazione: saturi 1 Etano ● Butano Wrocarburi safiri H₂C ciclopropano CH₂ Cicloalcani ΔΕ = 0,35 cicloalcani si chiudono: CH₂ Formula generale degli idrocarburi saturi: H n carboni 1 2 3 4 ALIFATICI H C H Wrocarburi H 1 с H Alcheni H | HC-C- 1 H 1 H Аpolare H H T 1 H Insaturi nome Cn H₂n+2 METANO ETANO PROPANO BUTANO C- | H Ciclobutano H₂C- CH₂ H₂C - CH₂ - H с H 7 Alchini solubili in solventi apolari H semplificato con: Monociclici sono saturi di idrogeno quindi i carboni hanno legame singolo H₂C SUFFISSO: ANO ciclopentano CH₂ -->> ALCANI E CICLOALCANI AROMATICI CH₂ 1 H₂C- CH₂ Policiclici carboni Inclinati perché sono tetraedri Cicloesano H₂C I H₂C CH₂ CH₂ CH₂ 1 CH₂ carboni prendono il nome in base a cosa ci si lega la ● carbonio primario Primanri, secondari, terziari a seconda di quanti altri carboni si legano ad esso ● RAMIFICAZIONI LINEARI CH3 Metile CH3 | CH CH3 Isopropile CH3 CH RAMIFICAZIONI NON LINEARI RAMIFICAZIONI → Ramificazioni sono le parti che vanno ad aggiungersi alle catene NUMERAZIONE Metile CH3 CH3 NOMENCLATURA CH3 - CH₂ Etile CH3 CH CH₂CH₂ Metile va a sostituire un idrogeno 8 CH3 I + CH₂ L 6 CH₂ CH₂ carbonio secondario carbonio terziario CH3 CH CH₂ 5 → ISO, sec e ter panno riferimento al carbonio che si lega Etile CH3 CH3 CH3 T CH3 CH3 1 scelgo la catena più lunga 2 numero in modo che i sostituenti abbiamo numeri più bassi possibili CH₂ - CH 1 CH3 sec-butile CH₂ - CH₂ - 3 CH -CH-CH3 CH3 Metile n propile CH3 CH3 CH3 CH CH3 C CH3 CH3 n indica che è lineare (dritto) SOSTITUENTI devono avere il numero più basso possibile CH3 X CH₂ CH₂ - CH3 Sostituenti CH3 carbonio quaternario - - CH₂ - CH₂ nbutile CH3 C CH3 Ter- butile 3 Prendo i rami in ordine alfabetico 3 etil-2,5 dimetil- ottano U Numerazione catena CH3 Metile CH3 Etile с ²1 CH 3 CICLOALCANI Metile CH₂ CH₂ - CH3 Etile CH3 с Terbutile CH₂ T CH3 Etile Numerazione e ordine come per i lineari CH₂ - CH3 S Isopropile Etil-ciclopropano ALOGENI: Fluoro, cloro, bromo e iodio 4 etil-2,2,4 trimetil- esano CICLOESANO può avere una conformazione a BARCA O a SEDIA (più stabile) 1 Etil-3 isopropil- 2 metil-4 terbutil - Ciclobutano Nella disposizione a sedia gli atomi di idrogeno possono avere una disposizione ASSIALE (parallela all'asse della molecola) O EQUATORIALE (attorno al perimetro della molecola Ripeto la posizione se ci sono più sostituenti PROPRIETÀ FISICHE E CHIMICHE sostituenti possono essere: GRUPPI ALCHILICI O RADICALI ALCHILICI: gruppi atomici che presentano un atomo di idrogeno in meno rispetto all'alcano corrispondente n propile CH₂ - CH₂ - CH3 CH3 Metile Asse di simmetria della molecola H H # H H H conformazione a sedia (più stabile) All'aumentare del numero di carboni aumenta la temperatura di fusione e ebollizione H 1 Metil-2 n propil-ciclobutano combustione Prodotti: CO2, H2O, calore, onde elettromagnetiche Reagenti: Ossigeno, idrogeno, carbonio (idrocarburi) In rosso sono eviden- ziati gli idrogeni assiali. H H Nella conformazione a sedia tutti gli angoli C-C-C sono di 109,5°. H NH H H H conformazione a barca (meno stabile) All'aumentare dei carboni aumentano i legami e quindi l'energia di legame (quella necessaria per rompere i legami) vale se la catena è lineare Alcani, essendo apolari, sono poco reattivi alle sostanze chimiche e vengono per questo chiamati PARAFFINE, ovvero poco affini In condizioni opportune però reagiscono con l'ossigeno e con il cloro ISOMERIA ISOMERI: molecole che hanno la stessa formula bruta ma diversa costruzione ISOmeri DI STRUTTURA: Stessi atomi legati in modo diverso A una stessa composizione chimica corrispondono diverse disposizioni spaziali degli atomi costituenti CHIRALI: specchiabili ma non sovrapponibili STEREOISOMERI: stessa costruzione, cambia solo porientazione nello spazio degli atomi Isomeria GEOMETRICA (AlCheni) ISOmeria OTTICA COOH DI CATENA: cambia la disposizione degli atomi di carbonio DI POSIZIONE: a cambiare posizione sono i sostituenti HC- CH3 I vari isomeri presentano diverse proprietà fisiche carbonio (atomo centrale) = STEREOCENTRO O CENTRO CHIRALE coppie con queste caratteristiche sono ISOMERI OTTICI E ENANTIOMERI OH per rappresentare il modello tetraedrico viengono usate le PROIEZIONI DI FISCHER Molecole diverse sta alla base dello studio dei farmaci, in cui si deve separare le molecole giuste da quelle con formula e forma uguali ma specchiate luce non polarizzata 2 COOH specchio contrario ACHIRALI:Sovrapponibili HỌ CH CH3 POLARIMETRO studia Pattività ottica delle sostanze chimiche OFING filtro polarizzatore tubo portacampione sostanza La sostanza otticamente at otticamente tiva fa ruotare, di un angolo a, attiva il piano della luce polarizzata. Enantiomeri hanno proprietà achirali identiche (punto di ebollizione, pusione, densità, solubilità, reattività a reagenti) Hanno però proprietà chirali diverse -▷ chiralità si può mettere in evidenza con un fenomeno fisico, ovvero la capacità di par ruotare il piano della luce polarizzata CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 O CH3CH2CH2 I OH → onde vibrano a 360 gradi ma se metto una pessura (POLARIZZATORE) questa filtra solo una direzione/dimensione (es verticale/orizzontale) fla analizzatore C potere rotatorio CH3 POSiziono la molecola in modo da avere una componente verticale e una orizzontale se metto un secondo polarizzatore nella direzione opposta al primo blocco totalmente l'onda Gli enantiomeri panno ruotare il piano della luce polarizzata di uno stesso angolo, ma in direzione opposta per questo si chiamano anche ANTIPODI OTTICI Per vedere il raggio polarizzato è necessario ruotare il filtro analizzatore (con l'asse di po- larizzazione inizialmente parallelo a quello del filtro polarizzatore) dello stesso angolo a. C- I OH Luce viene polarizzata e fatta passare poi attraverso una sostanza chimica Arriva poi ad un analizzatore: polarizzatore che si può ruotare 6 Lo ruoto fino a quando non passa la luce e misuro l'angolo se la luce risulta della stessa angolazione della luce iniziale la sostanza non è otticamente attiva (enantiomeri sono ognuno al 50%) →se la rotazione è verso destra si dice che la sostanza è DESTROGIRA (+), se verso sinistra è LEVOGIRA (-) spesso i due enantiomeri hanno proprietà biologiche diverse REAZIONI DI ALOGENAZIONE DEGLI ALCANI Reazioni di sostituzione: un atomo o un gruppo di atomi ne sostituisce un altro Richiede energia (calore o con radiazioni UV di appropriata lunghezza d'onda) per spezzare i legami Alcani e cicioalcani reagiscono in opportune condizioni anche con gli alogeni H HIC-H + H a: → CI-CI Quando il legame che unisce i due atomi di cloro si spezza, avendo la stessa Elettronegatività, ciascun atomo si riappropria del suo elettrone ROTTURA OMOLITICA 9 .CI. •C: Le reazioni di sostituzione radicalica si svolgono in tre stadi: Fotoni UV ● INIZIO: energia rompe il legame della molecola di alogeno, x2, in due radicali x CH4 + :C:C 2: CIO MW ES Clorurazione del metano H HC-Cl + H-CI T H H ● PROPAGAZIONE: Il radicale alogeno strappa un atomo di idrogeno all'idrocarburo RA Idrocarburo rimane con un elettrone spaiato, cioè sottoforma di RADICALE ALCHILICO R Si forma anche l'acido alogenidrico HX H -c. H Il radicale, sua volta, strappa un atomo a una molecola di alogeno per avere l'elettrone mancante R-H+CI. →H-CI + R. R+CI-CI 2C1 CI-CI 2 R →R-R R. + CI• →R-CI elettrone spaiato CH3 CI a—a: R-CI + CI. cloruro di metile Formazione dell'ALOGENURO ALCHILICO RX e di un radicale x. La reazione conduce a una miscela di prodotti variamente alogenati + ● TERMINAZIONE: La catena di reazioni termina quando si combinano tra loro due specie radicaliche CH₂ invece di CH3 - Diventa un ramo RADICALI LIBERI catena di alcani più lunga Alcano clorurato Diclorometano clorometano e acido cloridrico CH₂ Clz + CHCI 3 sono un problema perché cercano elettroni e li prendono da qualsiasi molecola cloroformio Rottura ETEROLITICA non può avvenire + Tetracloruro di carbonio CC14 + HCI Effetti anestetici = R. 120° x=8 C ALCHENI - Doppio legame carbonio-carbonio -C=C- ALCHINI Triplo legame =c=ć- C= Legami cumulati POSIZIONE DEI LEGAMI RAMIFICAZIONI Idrocarburi insaturi CH₂=CH- Vinile NOMENCLATURA - CH₂=CH -▷ SUPPISSO -INO Il nome di una ramificazione in cui compare un'insaturazione termina in -ENIL (Se Alchene) O-INIL (se alchino) Nomi propri di alcuni rami: с CH3 presentano atomi di carbonio che non hanno "saturato" la loro capacità di legame SUPPISSO-ENE nella nomenclatura perla catena principale CH3 3,3 dimetil-but-1-ene CH3 CH₂=CH-CH2 Legami coniugati Allile 3) prendo i rami in ordine alfabetico come per gli alcani 4) scrivo il prefisso della catena in base al numero dei carboni 5) indico le posizioni dei doppi o dei tripli legami e di seguito il suffiSSO -ENE O-INO CI 9 H₂C=C – HC = CH2 __ć=ć 1) individuare la catena di carbonio più lunga che, possibilmente contenga tutte le insaturazioni presenti 2) numeraria in modo da attribuire il numero più basso possibile ai doppi e ai tripli legami (i doppi risultano prioritari) se indifferente, numerare in base ai rami come per gli alcani CH3 CH3 CH3 C с 3,3 dimetil-but-1-ino CI CH2=CH CH3 isopropenile Legami isolati CH CH3 CH₂=CCH=CH₂ 2 metil-but-1,3-diene oppure 2 metil-1,3 butadiene 2 cloro-1,3 butadiene ISOMERIE GEOMETRICHE DEGLI ALCHENI >c=c La geometria dell'unità I due atomi di carbonio e i quattro essi legati si trovano sullo stesso piano Le loro posizioni sono fisse per la presenza del legame P greco che impedisce la rotazione degli atomi di carbonio se ai carboni sono legati due atomi o due gruppi diversi, a seconda della loro disposizione rispetto al doppio legame si possono avere due differenti Strutture molecolari: ISOMERI CIS e ISOMERI TRANS ISOmeri cis-trans sono stereoisomeri H H L'isomeria cis-trans è un fenomeno che riguarda anche gli idrocarburi ciclici ES CH₁ CH, CH H Hanno differenti proprietà diverso punto di fusione, di ebollizione e diversa polarità è planare Non differiscono per formula grezza o concatenamento degli atomi ma solo per la disposizione degli atomi nello spazio CH, secondo la definizione di Lewis: REAZIONI DI ADDIZIONE ELETTROFILA DI ALCHENI E ALCHINI NucleoPilo ● Acido: atomo o molecola che può accettare 2 elettroni ↳ Elettrofilo ● Base: atomo o molecola che può mettere a disposizione 2 elettroni Elettroni nei legami sigma degli alcani sono fortemente attratti dai nuclei Elettroni dei legami pi greco di alcheni e alchini sono invece meno vincolati elettrofilo a Isomero trans è meno polare del cis, o del tutto apolare per la sua maggiore simmetria A Reazione ESOTERMICA Reazione di addizione è dovuta alla presenza di elettroni P greco CH₂=CH₂ + HCI-CH₂-CH₂-H+Cl- carbocatione H-cl → H + C! S isomero cis ADDIZIONE: reazione in cui gli atomi provenienti dal reagente si congiungono con i due carboni del legame multiplo, saturandoli Energia liberata durante la formazione dei nuovi legami è superiore a quella necessaria per rompere i vecchi (tra gli atomi del reagente e quelli pi greco) Elettrofilo, va a cercare elettroni a POSSono essere usati per formare nuovi legami con altri atomi (rendendo l'alchene o alchino un alcano) 1° stadio isomero trans ci più elettronegativo: rottura eterolitica Reagenti che vanno ad addizionarsi sono detti elettrofili -▷ addizione elettrofila H H C:=:c H—CH,—CH,+C! carbocatione H CH₂-CH=CH₂ con la rottura eterolitica dei legami gli elettroni condivisi vengono assegnati ad uno solo dei due atomi Reazioni di addizione principali: REGOLA DI MARKOVNIKOV H₂O → Primo stadio على = nucleofilo T I L'altro carbonio perde uno dei suoi elettroni e diventa positivo - Н H₂O H' Due elettroni P greco vanno a formare il legame sigma tra Patomo del reagente (Elettropilo) e uno degli atomi di carbonio carbocationi sono molto reattivi e si combinano facilmente con i nucleofili (HCI (Br) H₂ Pt o Pd H + OH H H-CH₂-CH₂-Cl CH-CH-CH₂-H OH H CH3-CH=CH₂ +H* + OH H CH₂-CH-CH₂ Cl Anione cloruro è nucleofilo - Br Н CH₂-CH-CH₂ Br carbocatione с CH₂-CH₂-CH₂-H ● Addizione di idrogeno si chiama IDROGENAZIONE H H Н asimmetrico + asimmetrico. н с simmetrico + asimmetrico ● Nel caso degli alchini, per saturarne una mole, servono due moli di reagente 2° stadio CARBOCATIONE si unisce al carbocatione composti chimici si dividono in simmetrici e asimmetrici simmetrici se un piano perpendicolare al doppio legame divide la molecola in due metà uguali CH3CH==CH₂ REGOLA DI MARKOVNIKOV: Può avvenire solo grazie a dei catalizzatori, come platino o palladio 14-14-HH с Н Quando un reagente asimmetrico si addiziona a un alchene asimmetrico, la componente elettrofila si unisce all'atomo di carbonio (del doppio legame) a sua volta legato al maggior numero di atomi di idrogeno carbocatione verso l'interno della catena è più stabile grazie alle nubi elettroniche che si spostano temporaneamente verso di esso Legame dativo secondo stadio CH₂=CH₂ ✓ OH с Н C OH Н CIH Н BENZENE, composto da 6 atomi di carbonio ibridizzati sp2 in un anello piano H AROMATICITÀ Due possibili configurazioni in base alla posizione dei legami p greco: H H H 11 H 1 H I H H C il H H H H CH3 Quarto elettrone del carbonio si trova nell'orbitale 2pz e forma un legame p greco con un carbonio adiacente Toluene H Questo fenomeno dà STABILITÀ alla molecola pur essendo fortemente insatura Dimostrato sperimentalmente idrogenando il benzene e altre due molecole con 6 atomi di carbonio, (Cicloesene e 1,4 cicloesadiene) rispettivamente con uno e due doppi legami, ottenendo un cicloesano La H Nomi tradizionali: 11 b H H Ad ogni atomo di carbonio è legato uno di idrogeno H H Le due configurazioni sono in continua alternanza Altre molecole con queste caratteristiche vengono definite COMPOSTI AROMATICI CH₂ - CH Fenomeno della RISONANZA: Delocalizzazione dei sei elettroni p greco negli orbitali p sovrapposti degli atomi di carbonio S calore generato dall'idrogenazione del benzene è minore di quello teorico basato sui risultati delle altre significa che l'energia di legame era minore e quindi la molecola più stabile REGOLA DI HÜCKEL per determinare quali molecole appartengono a questa categoria: Differenza tra calore atteso e calore realmente liberato viene denominata ENERGIA DI RISONANZA Anello planare di atomi ibridizzati sp2 ● Anello possiede un sistema ininterrotto di 4n+2 elettroni T Stirene per indicare la delocalizzazione degli elettroni si traccia un cerchio all'interno dell'esagono e si tolgono gli idrogeni ELETTRONI, NON ATOMI: Formazione di una nube elettronica sopra e sotto il piano della molecola Maggiore energia di risonanza maggiore stabilità P CH3 CH CHs cumene Quasi legame metallico Catione cicloeptatrienilico Elettrone in meno Naftalene -Doppio di un numero dispari Anione ciclopentadienilico Elettrone in più - sono aromatici Antracene Quando due degli atomi di idrogeno sono sostituiti da altri atomi o gruppi atomici si formano isomeri diversi a seconda della posizione in cui i sostituenti vanno a inserirsi CH 3 orto Xilene (1,2 dimetil benzene) HBr + H HCl + CH₂ SOSTITUZIONE ELETTROFILA AROMATICA Per distinguerli gli atomi vengono numerati e si utilizza la denominazione ORTO-, META- E PARA- in base alla posizione dei rami Idrocarburi aromatici sono eccellenti solventi di sostanze poco polari o apolari (es iodio) CH₁ alchilazione COCH, acilazione H per trasformare un reagente in un elettrofilo si ricorre a opportuni catalizzatori (acidi di Lewis) H La reazione di sostituzione avviene in due stadi sconsigliato l'uso di benzene, toulene e xilene come solventi perché i loro valori sono estremamente tossici Meta xilene (1,3 dimetil benzene) composti che si possono ottenere: H CH-Br AICI, sostituzione di uno dei sei atomi di idrogeno da parte di un elettrofilo (acido) la H H CH,COCI AICI, CH3 H + Br - Br Elettroni non danno origine a nuovi legami sigma -▷ Molecola è stabile quindi non viene rotto nessun legame CH3 primo stadio: al carbonio dell'anello risultano legati sia l'idrogeno che Pelettrofilo Formazione di un carbocatione secondo Stadio: l'idrogeno si stacca e si forma il prodotto elettricamente neutro Cl₂ FeCl, Br₂ FeBr, Fe Brs 1₂ AgNO, º stadio H-O-NO₂ H₂SO4 SO, H₂SO₂ orto: carboni adiacenti (posizioni 1,2) Meta: distanti di 1 (posizioni 1,3) para: carboni opposti (posizioni 1,4) + HCI Br + HBr NO, + H₂O SO,H H + Agl + HNO, H para xilene (1,4 dimetil benzene) CH3 H CH3 H nitrazione solfonazione alogenazione H + H-Br Può essere uno ione positivo o un dipolo carica positiva distribuita su tutto l'anello 2 stadio X- H H +H* Tutte le reazioni di sostituzione sul benzene portano alla formazione di un solo prodotto perché sei atomi di carbonio sono equivalenti