Introduzione alla chimica organica AA 2015/2016 Docente: Prof. Giuseppe Ciccarella Email: giuseppe.ciccarella@unisalento.it Corso CHIMICA II Laurea Magistrale in INGEGNERIA DEI MATERIALI 1

La chimica organica è la chimica dei composti contenenti carbonio I carbonati, il biossido di carbonio e i cianuri metallici sono un’eccezione in quanto vengono classificati come composti inorganici. Una definizione più corretta è: La chimica dei composti contenenti legami carbonio-carbonio Il carbonio è l’unico elemento capace di legarsi fortemente con se stesso e formare lunghe catene o anelli e allo stesso tempo capace di legarsi fortemente con elementi non metallici come idrogeno, ossigeno, azoto e con gli alogeni. Per queste sue proprietà questo elemento dà origine a miriadi di composti (sono noti diversi milioni di composti, corrispondenti a circa il 98% di tutte le sostanze chimiche note, e il loro numero continua a crescere)

Classi di composti organici gruppi funzionali chiave

Breve storia della chimica organica Jöns Jacob Berzelius: 1807 Il termine chimica organica deriva dal fatto che una volta con questo termine si definivano i composti che potessero essere sintetizzati da organismi viventi, come ad esempio legno, ossa, vestiti, cibi, medicine, e le sostanze complesse che formano il nostro corpo (in antitesi con la chimica inorganica che era quella basata sui composti sintetizzati artificialmente). Friedrich Wohler: 1828 Questa teoria fu abbandonata nel 1828 quando il chimico tedesco Friedrich Wohler preparò l’urea (componente dell’urina quindi materiale chiaramento organico) riscaldando un sale inorganico: il cianato di ammonio. Fu quindi evidente che una sostanza organica poteva essere sintetizzata anche in laboratorio oltre che da organismi viventi. Nonostante ciò si ritenne opportuno mantenere la vecchia divisione tra materiali organici ed inorganici

Idrocarburi Sono i composti organici binari, costituiti solo da Carbonio e Idrogeno

Idrocarburi Sono i composti organici binari, costituiti solo da Carbonio e Idrogeno pEb °C C5-C7 etere di petrolio: 40 - 70 (usato come solvente) C5-C8 benzina leggera: 60 - 100 (combustibile per automobili) C8-C12 benzina pesante: 100 - 150 (combustibile per automobili) C12- cherosene leggero: 120 - 150 (solvente casalingo e carburante) -C16 cherosene: 150 - 300 (carburante per motori jet) C15-C18 gasolio: 250 - 350 (carburante per motori Diesel / riscaldamento) > C20 olio lubrificante: > 300 (olio per motori) frazioni rimanenti: bitume, asfalto

Idrocarburi Saturi alcani Alifatici alcheni Insaturi Idrocarburi Sono i composti organici binari, costituiti solo da Carbonio e Idrogeno Saturi alcani Alifatici alcheni Insaturi Idrocarburi alchini Aromatici Idrocarburi saturi: presentano esclusivamente legami singoli carbonio-carbonio Idrocarburi insaturi: contengono almeno un legame multiplo carbonio-carbonio

Idrocarburi saturi: alcani

Idrocarburi saturi: alcani Ogni atomo di carbonio ha ibridazione sp3 ed è legato a 4 atomi mediante legami s. La famiglia degli alcani costituisce una serie omologa cioè una serie di composti dove ogni membro differisce dal successivo di un termine costante CH2 detto gruppo metilene Formula generale degli alcani: CnH2n+2 (n > 1) Gruppo funzionale chiave: C-H Suffisso -ano n=1 CH4 CH4 metano n=2 C2H6 CH3-CH3 etano n=3 C3H8 CH3-CH2-CH3 propano n=4 C4H10 CH3-CH2-CH2-CH3 butano

Idrocarburi saturi: alcani

Alcani Dai termini della serie omologa con più di tre atomi di carbonio si osserva il fenomeno della isomeria strutturale (constitutional isomery) Questo tipo di isomeri hanno stessa formula ma differiscono per l’ordine in cui i loro atomi sono connessi. Ciò implica differenti proprietà chimico-fisiche. N=4 N=5

Alcani

Alcani: elementi di nomenclatura

Alcani: gruppi alchilici Methyl group Neopentyl group

Cicloalcani Formula generale degli alcani: CnH2n (n > 2) Gruppo funzionale chiave: C-H

Alcheni Formula generale degli alcheni: CnH2n (n > 1) Gruppo funzionale chiave: C=C Suffisso -ene L'etilene è il gas che fa maturare la frutta, e un frutto maturo emette questo gas, che agirà su frutto acerbo. Così, un pomodoro maturo collocato in un sacchetto sigillato con pomodori verdi contribuirà a loro maturazione.

Alcheni Formula generale degli alcheni: CnH2n (n > 1) Gruppo funzionale chiave: C=C Suffisso -ene

Struttura e legami negli alcheni sp2

Struttura e legami negli alcheni

Isomeria negli alcheni Ci sono 4 alcani isomeri a formula C4H8

Momenti di dipolo negli alcheni La presenza di atomi o di gruppi di atomi con carattere elettron-attrattore o elettron-donatore può influenzare la distribuzione di densità elettronica dei legami s e p della molecola inducendo la formazione di dipoli.

Alchini Formula generale degli alcheni: CnH2n-2 (n > 1) Gruppo funzionale chiave: C C = Suffisso -ino Cicuta

Struttura e legami negli alchini

Struttura e legami negli alchini sp

Alogenuri alchilici Formula generale degli alogenuri alchilici: R-X (X = F, Cl, Br, I) Gruppo funzionale chiave: -X

Alogenuri alchilici Formula generale degli alogenuri alchilici: R-X (X = F, Cl, Br, I) Gruppo funzionale chiave: -X Classi di alogenuri: primario secondario terziario

Struttura e legami negli alogenuri alchilici Tetracloruro di carbonio La presenza di un atomo elettron-attrattore legato al C rende il legame C-X polare anche se vanno tenuti ben in conto gli effetti legati alla geometria molecolare. Diclorometano Tetracloruro di carbonio

Idrocarburi aromatici e arilalchilici e loro derivati

Idrocarburi aromatici e arilalchilici e loro derivati

Idrocarburi aromatici e arilalchilici e loro derivati Nomi di alcuni derivati del benzene

Alcoli Formula generale degli alcoli: R-OH Gruppo funzionale chiave: -OH Suffisso -olo

Alcoli Formula generale degli alcoli: R-OH Gruppo funzionale chiave: -OH Suffisso -olo

Struttura e legami negli alcoli Classi di alcoli: primario secondario terziario Struttura e legami negli alcoli

Forze intermolecolari: legame idrogeno Alcoli Forze intermolecolari: legame idrogeno

Tioli o Mercaptani Formula generale dei tioli: R-SH Gruppo funzionale chiave: -SH Suffisso –tio/-mercapto I mercaptani, o tioli, sono composti organici assimilabili ad alcoli in cui l'atomo di ossigeno è stato sostituito da un atomo di zolfo, infatti la loro formula generale è R-SH. L'ossidazione di un tiolo è un processo reversibile che porta alla formazione di disolfuri R-S-S-R: il legame disolfuro è molto importante in alcune proteine, si pensi ad esempio che i capelli sono lisci o ondulati come conseguenza di variazioni strutturali dovute proprio ai ponti disolfuro.

Tioli o Mercaptani Disolfuri Formula generale dei tioli: R-SH Gruppo funzionale chiave: -SH Suffisso –tio/-mercapto Disolfuri Formula generale degli alogenuri alchilici: R-S-S-R Gruppo funzionale chiave: -S-S- Cistina

Eteri ed epossidi Formula generale degli eteri: R-O-R Gruppo funzionale chiave: C-O-C Eteri ciclici

Eteri ed epossidi Eteri ciclici

Aldeidi =O Formula generale delle aldeidi: R-C-H Gruppo funzionale chiave Suffisso: -ale R-C-H =O -C-H =O

Chetoni =O Formula generale dei chetoni: R-C-R’ Gruppo funzionale chiave: Suffisso: -one R-C-R’ =O -C-

Aldeidi e Chetoni Struttura e proprietà del legame carbonilico Il gruppo carbonilico presenta un momento di dipolo sostanzialmente grande se comparato con quello degli alcheni. Ciò è dovuto alla maggiore elettronegatività dell’atomo di ossigeno che polarizza il doppio legame attirando sul proprio nucleo la carica elettronica. In termini di risonanza il legame può essere rappresentato come segue:

Acidi carbossilici =O Formula generale : R-C-OH Gruppo funzionale chiave: Suffisso: -oico R-C-OH =O -C-OH

Acidi carbossilici =O Formula generale : R-C-OH Gruppo funzionale chiave: Suffisso: -oico R-C-OH =O -C-OH

Acidi carbossilici =O Formula generale : R-C-OH Gruppo funzionale chiave: Suffisso: -oico R-C-OH =O -C-OH

Acidi carbossilici

Acidi carbossilici Struttura e proprietà del gruppo carbossilico Come per aldeidi e chetoni, il gruppo carbossilico presenta una struttura planare in cui è presente il doppio legame costituito dai legami s e p. Ciò suggerisce l’ibridazione sp2 per l’atomo di carbonio. Secondo la teoria VB il gruppo carbossilico è descritto dalle seguenti forme canoniche

Acidi carbossilici Proprietà fisiche dei composti carbossilici Il confronto dei punti di ebollizione di composti strutturalmente simili indica delle forti interazioni intermolecolari determinate dal legame idrogeno.

Derivati degli acidi carbossilici Proprietà fisiche dei composti carbossilici

Ammine Formula generale delle ammine: R-NR’R’’ Gruppo funzionale chiave: -NH2, -NHR, NRR’ Suffisso: -ina C sp3 C sp2

Ammine

Ammine Altre ammine di interesse biologico

Ammine Altre ammine di interesse biologico

Ammine Altre ammine di interesse biologico

Ammine Altre ammine di interesse industriale Colorante per alimenti

Ammine Struttura e proprietà del gruppo amminico

Bifenili policlorurati Alogenuri arilici Bifenili policlorurati decaclorobifenile

Fenoli Ac. Clorogenico (patata)