Progetto “Tandem” Preparazione ai test di ammissione CHIMICA Università degli Studi di Verona Preparazione ai test di ammissione CHIMICA CdL Magistrale Medicina e Chirurgia, Odontoiatria e Protesi Dentaria Lauree in Professioni Sanitarie Dr. Elena Butturini

CHIMICA ORGANICA L’ atomo di Carbonio Ibridazione del C Legami semplici (singoli) σ Legami doppi σ + π Legami tripli σ + 2π Idrocarburi, composti ossigenati e azotati

C Z=6 s2p2

Il carbonio può formare 4 legami covalenti perché nel suo stato eccitato presenta quattro orbitali semioccupati Si lega con altri atomi di carbonio o con atomi come H, O, N Forma legami semplici, doppi o tripli

Configurazione elettronica Gli elettroni occupano in un atomo gli orbitali seguendo tre principi: -Gli elettroni occupano gli orbitali liberi a più bassa energia in quanto lo stato fondamentale di un atomo è quello a minor contenuto energetico Principio di esclusione del Pauli: un orbitale può al massimo avere due elettroni con spin opposto. Regola di Hund: quando in un sottolivello sono disponibili pìù orbitali, gli elettroni si dispongono con lo stesso spin (spin parallelo) su orbitali diversi.

Ordine di riempimento degli orbitali energia

Ibridazione sp3 C Z=6 1s22s22p2 2s s p Si verifica una ‘fusione’ tra gli orbitali s (1) e p (3) e si formano 4 orbitali degeneri sp3, ossia 4 orbitali con la stessa forma ed energia. In questo modo i 4 elettroni del guscio più esterno (n = 2) del Carbonio diventano perfettamente equivalenti, si dispongono lungo un tetraedro, a 109° l’uno dall’altro e possono far formare al Carbonio stesso 4 legami identici tra loro.

CH4 Carbonio Tetraedrico (sp3) (metano) 4 legami covalenti disposti a 109°28’, per andare a occupare i vertici di un tetraedro con i 4 sostituenti

Ibridazione sp2 L’ibridazione può essere anche incompleta e riguardare l’orbitale s (1) e solo 2 orbitali p con la formazione di 3 orbitali degeneri sp2. Il 4° orbitale rimarrà di tipo p e… … solo 3 dei 4 elettroni del guscio più esterno (n = 2) del Carbonio diventano perfettamente equivalenti, disponendosi a triangolo a 120°, mentre uno (p) rimarrà ad una energia lievemente superiore. Si dice quindi che il Carbonio rimane con un grado di insaturazione.

Ibridazione sp2 è caratteristica degli alcheni (doppio legame) Atomi di carbonio con ibridazione sp2 possono formare tra loro doppi legami (un legame s e un legame p) Ibridazione sp2 è caratteristica degli alcheni (doppio legame) C2H4 C C H etene Il doppio legame è un sito ad alta densità elettronica

Ibridazione sp L’ibridazione può essere anche incompleta e riguardare l’orbitale s (1) e solo 1 orbitali p con la formazione di 2 orbitali degeneri sp. s p x y z s p x y z sp p Geometria lineare: i due orbitali ibridi formano un angolo di 180°. I due orbitali p rimanenti sono perpendicolari

GRUPPI FUNZIONALI struttura classe esempio Idrocarburi (solo C e H) alcani etano C2H6 alcheni etene C2H4 (etilene) alchini etino C2H2 (acetilene)

con C e O alcol etanolo CH3CH2OH etere dietiletere CH3CH2OCH2CH3 aldeide formaldeide HCHO chetone dimetilchetone CH3COCH3 (acetone) acidi carbossilici acido acetico CH3COOH esteri anidridi CH3COOCH3 Acetato di metile CH3COOCOCH3 Anidride acetica

C e N amine etilamina CH3CH2NH2 ammidi NH2CONH2 urea cianuro o nitrile acetonitrile CH3CN C e S tiolo (mercaptano) metantiolo CH3SH tioetere (solfuro) diallilsolfuro (CH2=CHCH2)2S

IDROCARBURI ALIFATICI PREFISSI Variano a seconda del numero di atomi di carbonio Met- Et- Prop- But- Pent- Es- SATURI ALCANI Desinenza –ano Formula CnH2n+2 Es. propano INSATURI ALCHENI Desinenza –ene Formula CnH2n Es. butene 2 doppi legami –diene 3 doppi legami –triene … ALCHINI Desinenza –ino Formula CnH2n-2 Es. etino 2 tripli legami –diino 3 tripli legami –triino … SOSTITUENTI Sostituente generico: -R Sostituenti alchilici: -ile Es. Metile CH3- Etile CH3-CH2-

REGOLE PER LA NOMENCLATURA In assenza di ramificazioni o sostituenti, il nome dipende esclusivamente dalla lunghezza della catena In presenza di ramificazioni, la catena più lunga ininterrotta di atomi di carbonio forma la base del nome Se è presente un doppio o un triplo legame, la base del nome è la catena più lunga contenente gli atomi di carbonio del legame insaturo Si numerano gli atomi di C a partire da quello più vicino al primo sostituente o, se sono più di uno, al sostituente che viene prima in ordine alfabetico Si dà un nome ed un numero ad ogni sostituente e si indicano in ordine alfabetico, indipendentemente dalla posizione Se sono presenti legami insaturi, la numerazione parte dal carbonio più vicino al legame insaturo Cicloalcani: si aggiunge il prefisso ciclo- al nome dell’alcano con lo stesso numero di atomi di C. Se è presente un unico sostituente lo si nomina senza numerazione, se ci sono più sostituenti vanno numerati a partire dal C con il sostituente che viene prima in ordine alfabetico

ALCANI CnH(2n+2) Ibridazione sp3

Gli idrocarburi insaturi contengono SEMPRE: A-atomi di ossigeno B-legami multipli fra carboni contigui C-anelli aromatici eterociclici D-gruppi carbonilici intramolecolari E-legami multipli tra il carbonio 1 e il carbonio 2 Il propano è un: A-alchene B-alchino C-alcano D-composto aromatico E-alcool Ogni atomo di carbonio nell’etano ha ibridazione : A-sp B-sp2 C-sp3 D-sp1d E-sp2d L’ibridazione sp3 è presente: A-H2 B-butano C-butene D-benzene E-cicloalchene A quali reazioni sono soggetti gli alcani? A-Addizione elettrofila B- idrogenazione C- deidrogenazione D- idratazione E-nessuna delle precedenti

IDROCARBURI CICLICI CnH2n IL CICLOPENTANO A-possiede atomi di carbonio ibridati sp3 B-presenta carattere aromatico C-ha la conformazione tipica dei dieni D-può presentarsi in forma di sedia o di barca E-da facilmente reazioni di addizione

ALCHENI CnH2n Ibridazione sp2 (doppio legame) -ene Un composto organico ha formula bruta C5H10. A quale/i classe/i delle seguenti potrebbe appartenere? Alcano Alchene Alchino Cicloalcano A-Solo II B-I e IV C-I e II D-II e IV E-III e IV C H

CnH2n IDRATAZIONE o Addizione elettrofila La formula bruta C2H4 rappresenta: A-propano B-etilene C-benzene D-acetilene E-alcool etilico CnH2n qual è il prodotto di addizione di acqua ad un alchene? A- alcool B- etere C- aldeide D- chetone E- alcano IDRATAZIONE o Addizione elettrofila Quali dei seguenti composti si può ottenere idratando una molecola di C2H4? A- C2H2 B- C2H5OH C- CH3CH2Cl D- CH2BrCH2Cl E- C2H6 C C H Idratare significa aggiungere H20

ALCHINI CnH2n-2 Ibridazione sp (triplo legame) -ino Atomi di carbonio con ibridazione sp possono formare tra loro tripli legami (due legami s e due legami p) Quanti legami sigma ci sono in una molecola di acetilene? A-1 B-2 C-3 D-4 E-5 C H ACETILENE O ETINO

Qual è il nome IUPAC del composto organico CH3CH2C2CH(CH2CH3)2 ? A-5-etil-3-eptino B- 1,1-dimetil-pent-2-ene C- 5-metil-4-eptene D-3-etil-4-eptino E- 5,5-dietil-4-pentino C9H16 CnH(2n-2) alchini CH2CH3 C H In merito ai legami C-C quali delle seguenti affermazioni NON sono corrette? La lunghezza del legame decresce nell’ordine C C, C C, C C I sostituenti sono liberi di ruotare attorno ad un doppio legame L’etilene è in genere più stabile del corrispettivo alcano A-I,II e III B-I e III C-II e III D-solo la II E-solo la I

Idrocarburi aromatici IL BENZENE Il benzene è il capostipite degli idrocarburi aromatici. La sua formula è C6H6 H Il benzene (C6H6) ‘risuona’ fra le due forme limite. Il passaggio da una forma all’altra si verifica per semplice spostamento di cariche elettriche.

C sp2 Due orbitali sp2 formano due legami semplici con due atomi di C adiacenti; il terzo orbitale sp2 lega un H C e H sono sullo stesso piano Dalla sovrapposizione degli orbitali p, perpendicolari al piano, si forma una nube elettronica sopra e sotto il piano detta sistema p 6 elettroni p La delocalizzazione dei sei elettroni in un unico orbitale contenente sei elettroni è rappresentato graficamente con un anello interno all’esagono nei cui vertici sono collocati i sei atomi di carbonio.

IDROCARBURI AROMATICI Se hanno legato un unico sostituente si indica il nome del gruppo alchilico con la desinenza –benzene Se sono presenti più sostituenti se ne indicano i nomi e la posizione con le stesse regole dei cicloalcani Es. 1-cloro-3-nitrobenzene

Es Il benzene è un: A- alcool B- acido organico C- chetone D- idrocarburo aromatico E- idrocarburo aliciclico Es Per quanti atomi di idrogeno il benzene differisce dal cicloesano? 2, 3, 4, 5, 6 C6H6 C6H12

La naftalina appartiene al gruppo: A- Degli alcani B- Degli alcheni C- Degli idrocarburi aromatici D- Dei carburi E- Delle ammine Quale di queste sostanze appartiene alla classe dei composti eterociclici a carattere aromatico? A- benzene B- cicloesano C- pirrolo D- tetraidrofurano E- fenolo

ALCOLI ETERI R-OH R-O-R Il Carbonio 1 è quello che ha legato l’ossidrile Si usa il nome del gruppo alchilico legato all’ossidrile con la desinenza –olo Negli alcoli insaturi la desinenza –olo viene messa dopo quella del legame insaturo 2-cloroetanolo ETERI R-O-R dietiletere CH3CH2OCH2CH3 Il nome dei due gruppi alchilici vanno elencati in ordine alfabetico seguiti dalla parola etere Etil-metil etere CH3CH2OCH3

La glicerina è: A-un alcool terziario B-un alcool esterificato C-un propantriolo D-non è un alcool E-un alcool primario La formula bruta dell’etanolo è: A-C3H4O B-C4H7O2 C-C2H2O D-C2H6O E-C3H8O Che tipo di ibridazione degli orbitali presentano gli atomi di C nell’etere dimetilico? A- sp3 B- sp2 C- sp D- sp3d2 E- nessuna ibridazione Il gruppo ossidrilico è presente in tutte le seguenti classi di composti: A-Idrocarburi, aldeidi B-Ammine, esteri C-Eteri, ammidi D-Alcoli, acidi carbossilici E-Tioli, chetoni

Aldeidi, Chetoni, Ac. Carbossilici, Esteri, Anidridi, Ammidi Gruppo Carbonilico C O Aldeidi, Chetoni, Ac. Carbossilici, Esteri, Anidridi, Ammidi Il gruppo carbonilico è presente in tutte le seguenti classi di composti: A-Alcoli, aldeidi, eteri B- Alcani, acidi carbossilici, esteri C-Ammine, ammidi, alcoli D-Alcheni, esteri, alcoli E-Ammidi, aldeidi, chetoni C O C O R NH2 C O R H C O R R-CO-NH2, R-CO-H, R-CO-R’

ALDEIDI E CHETONI La desinenza delle aldeidi è –ale, quella dei chetoni è –one La numerazione delle aldeidi è fatta a partire dal C carbonilico, nei chetoni è fatta in modo da attribuire al C del gruppo carbonilico il numero più basso

Quale è la formula bruta dell’aldeide propionica (propanale)? C3H6O C3H5O C2H4O C2H3O2 C3H6O2 IUPAC -Il C del gruppo CHO si considera il primo atomo della catena -La catena principle prende il nome dall’idrocarburo corrispondente al quale si aggiunge il suffisso -ale C O R H C O H 3 Il cicloesanone è: aldeide idrocarburo aromatico chetone alcol alchene IUPAC -La catena principale prende il nome dall’idrocarburo corrispondente al quale si aggiunge il suffisso -one O

ACIDI CARBOSSILICI Si usa la desinenza –oico Il carbossile ha la priorità sui gruppi aldeidico, chetonico e alcolico ed il C del carbossile ha sempre numerazione 1 Nella nomenclatura comune, gli acidi hanno nomi comuni che derivano dalla fonte e gli atomi di C che seguono il carbossile sono nominati progressivamente con le lettere dell’alfabeto greco. Acido butanoico (IUPAC) o acido butirrico a b a b

ESTERI estere O R C R-COOR’ OR’ Si sostituisce suffisso –oico dell’acido con il suffisso –ato seguito dal nome del radicale alchilico R’ idrolisi esterificazione Quale delle seguenti reazioni ha come prodotto un estere? L’acetato di isopropile è: A- etere B- estere C- sale organico D- epossido E- alcossido A- alcool + alcool B- Acido + alcool C- Acido + acido D- Alcool + aldeide E- Aldeide + chetone

Anidride etanoicametanoica ANIDRIDI RCOOCOR’ Prendono il nome dai gruppi acilici che la formano a cui viene attribuito il suffisso –oica Se i gruppi acilici sono identici (anidridi simmetriche) viene citato l’unico esistente Se i gruppi acilici sono diversi (anidridi miste o asimmetriche) vengono citati entrambi in ordine alfabetico Anidride etanoicametanoica Anidride etanoica (anidride acetica) Qual è la natura del composto organico (CH3CO)2O? A- etere B- anidride C- estere D- chetone E- aldeide Anidride acetica

Anidride Alcool + estere Ac. carbossilico Nella reazione tra anidride acetica ed etanolo si forma: A- etere di etilico B- etilene C- etano D- acetato di etile E- nessun composto Anidride Alcool + estere Ac. carbossilico

AMMINE Ammina primaria Ammina secondaria Ammina terziaria Ammoniaca Si nominano a partire dal gruppo alchilico o arilico legato all’azoto seguito dalla desinenza –ammina Es. etilammina (CH3CH2NH2), propilammina (CH3CH2CH2NH2) Secondo le regole IUPAC il gruppo amminico è considerato un sostituente AMMINE N H R Ammina primaria Ammina secondaria Ammina terziaria Ammoniaca Il composto CH3CH2NHCH2CH3 è: La struttura R-NH2 caratterizza: A- le ammidi B- le ammine primarie C- le ammine secondarie D- i nitrili E- le immine A- Un’ammina secondaria B- un’ammina primaria C- un nitrile D- un nitrato E- un’ammide

Un’ammina terziaria deve contenere almeno: A- tre atomi di carbonio B- sei atomi di carbonio C- sei atomi di azoto D- due atomi di carbonio E- tra atomi di azoto N R La piridina è: A- un idrocarburo insaturo B- un idrocarburo aromatico C- un composto eterociclico D- un estere E- un’ammina La serie delle ammine primarie condivide la stessa struttura satura degli alcani, ma contiene anche il gruppo –NH2. Qual è la formula generale per la serie delle ammine primarie? A- CnH(3n)N B- CnH(2n+1)N C- CnH(2n+2)N D- CnH(2n+3)N E- CnH(3n+1)N CH3NH2 C1H5N

C O R NH2 C O R NHR C O R NR2 AMMIDI RCONH2 Ammide primaria Ammide secondaria Ammide terziaria Prendono il nome dall’acido da cui derivano sostituendo il suffisso –oico con –ammide Per la ammidi secondarie e terziare i gruppi legati all’azoto vengono preceduti dalla lettera N Etanammide (acetammide) N-Metil metanammide (N-metil formammide) L’UREA è: A- una diammina B- una diammide C- un amminoacido D- un derivato chetonico E- una proteina

Acido carbossilico + Ammina Ammide + H2O Ammide primaria H2O + NH2 Ammide primaria H2O + OH Ac. carbossilico NH3 Ammoniaca La reazione di idrolisi delle ammidi porta alla formazione di: A- ammoniaca e alcool B- ammoniaca ed ac. carbossilici C- ammoniaca e aldeidi D- azoto e ac. carbossilici E- ammine ed aldeidi

La formula bruta dell’etanolo è: C3H4O C4H7O2 C2H2O C2H6O C3H8O Et- due atomi di carbonio CH3CH2OH Qual è tra i seguenti composti quello aromatico? Formaldeide Acido formico Acido acetico Acido benzoico Acido butandioico metanale Acido metanoico 4 atomi di C

Un estere può essere direttamente prodotto dalla reazione dell’acido propanoico con l’1-butanolo. Qual è la formula dell’estere? C2H5COOC4H9 CH3COOC4H9 C4H9COOC3H7 C3H7COOC4H9 C2H5COOC2H5 Acido propanoico: CH3CH2COOH (C2H5COOH) 1-butanolo: CH3CH2CH2CH2OH (C4H9OH) Acido carbossilico + alcol = estere + H2O C2H5COOH + C4H9OH  C2H5COOC4H9 Quale dei seguenti composti si può ottenere idratando una molecola di C2H4: C2H2 C2H5OH CH3CH2Cl CH2BrCH2Br C2H6 Qua la nomenclatura non serve ma basta la logica…. Idratazione = aggiunta di H2O

Composti diversi che hanno la stessa formula molecolare ISOMERIA ISOMERI Composti diversi che hanno la stessa formula molecolare ISOMERI STRUTTURALI: Composti aventi la stessa formula molecolare ma una diversa connettività, cioè un diverso modo in cui gli atomi sono legati tra loro Butano (C4H10) 2-metilpropano (C4H10) 1-propanolo (C3H8O) 2-propanolo (C3H8O)

Stereoisomeri le cui molecole SONO una l’immagine speculare dell’altra Composti aventi la stessa formula molecolare e la stessa connettività, ma che differiscono per una diversa orientazione dei loro atomi nello spazio e che non possono essere convertiti per rotazione intorno ad un legame semplice ENANTIOMERI Stereoisomeri le cui molecole SONO una l’immagine speculare dell’altra DIASTEREOISOMERI Stereoisomeri le cui molecole NON SONO una l’immagine speculare dell’altra Hanno proprietà fisiche diverse e pertanto possono essere fisicamente separabili

GLI ENANTIOMERI Si definiscono ENANTIOMERI le molecole che non sono sovrapponibili alla loro immagine speculare. La causa più comune è la presenza di un C che possiede quattro sostituenti diversi e che per questo viene definito CHIRALE o STEREOCENTRO Gli enantiomeri hanno proprietà fisiche del tutto identiche e pertanto non possono essere separati fisicamente; la miscela che ne deriva viene detta RACEMICA

DIASTEROISOMERI Sono molecole che contengono più di uno stereocentro ISOMERIA cis-trans: talvolta chiamata anche isomeria geometrica ISOMERIA cis-trans sono cis quando si trovano dalla stessa parte rispetto il piano della molecola, trans se sono da parti opposte cicloalcani: si dice che i due sostituenti ISOMERIA cis-trans negli alcheni: si dice che i due sostituenti sono cis quando si trovano dalla stessa parte rispetto il doppio legame, trans se sono da parti opposte

* * Quanti stereocentri ci sono nel 2,3-dibromobutano ? 1 2 0 4 3 H Br 1 2 0 4 3 H Br Br H * * H C C C C H H H H H Un elemento stereogenico (STEREOCENTRO) è un atomo “generatore di stereoisomeria”. La presenza di uno o più centri stereogenici in una molecola porta alla formazione di STEREOISOMERI (2n) Gli elementi stereogenici che si incontrano più frequentemente sono: -il doppio legame carbonio-carbonio -un carbonio chirale, ossia un C al quali sono legati i quattro sostituenti diversi , L’alcool propilico e l’alcool isopropilico sono: Isomeri strutturali Isomeri cis-trans Enantiomeri Non sono isomeri 1-propanolo (alcool propilico) 2-propanolo (alcool 2-propilico)

Qual è il numero massimo di stereoisomeri del cicloesanolo: OH 0 1 2 4 8 2n Stereosomeri Il cicloesanolo non ha C chirali 20=1 Un atomo di carbonio è asimmetrico quando: Presenta ibridazione sp2 La molecola che lo contiene presenta elementi di simmetria È legato a 4 gruppi o atomi diversi È legato ad altri 4 atomi di carbonio Quali delle seguenti molecole sono isomere tra loro?: A CH3-CH2-Cl B CH3-CH-Cl2 C CH3-C-Cl3 D CH2-Cl-CH2-Cl A e B A e C A e D B e D B e C C2H4Cl2 C2H5Cl C2H4Cl2 C2H3Cl3 DUE ISOMERI HANNO LA STESSA FORMULA BRUTA (O FORMULA MOLECOLARE)

OSSIDORIDUZIONI IN CHIMICA ORGANICA Ossidazione: Perdita di elettroni Riduzione: Acquisto di elettroni IN CHIMICA ORGANICA Ossidazione: Rimozione di atomi di idrogeno o introduzione di eteroatomi in una molecola Riduzione: Addizione di atomi di idrogeno o rimozione di eteroatomi in una molecola OSSIDAZIONE Alcano Alchene Alchino RIDUZIONE

OSSIDORIDUZIONI OSSIDAZIONE Alcano Alcol Aldeide Acido carbossilico RIDUZIONE

La reazione che trasforma alcani in alcheni: idrogenazione riduzione deidrogenazione deprotonazione Ox Rid Alcano Alchene Attenzione in alcuni quiz l’ossidazione viene indicata come deidrogenazione e la riduzione come idrogenazione Per idrogenazione del propene si ottiene: propino propano propanolo propanale Alchino Alcano Alcool Aldeide Per risolvere questa domanda non è necessario scrivere la formula della molecola. Basta ricordarsi che propene è un alchene e che idrogenazione è sinonimo di riduzione

Formula generale (CH2O)n CARBOIDRATI o Glicidi Formula generale (CH2O)n

(ribosio, glucosio, galattosio,…) Monosaccaridi Sono aldeidi o chetoni poliossidrilici; sono solidi cristallini inodori, incolori, idrosolubili. Contengono uno o più atomi di C asimmetrici e quindi sono presenti in natura sotto forma di isomeri. Vengono classificati in base al numero di atomi di carbonio presenti (es. triosi, tetrosi, pentosi, esosi… ed in base al carbonile: ALDOSI funzione aldeidica (ribosio, glucosio, galattosio,…) CHETOSI funzione chetonica (fruttosio,…)

Glucosio e fruttosio: A- hanno diverso numero di atomi C B- hanno diverso gruppo funzionale C- hanno diverso peso molecolare D- sono entrambi disaccaridi E- sono entrambi polisaccaridi A quale classe di monosaccaridi appartiene il glucosio?: A- triosi B- tetrosi C- pentosi D- esosi E- eptosi

Ciclizzazione… La ciclizzazione dei monosaccaridi porta alla formazione di un atomo di carbonio EMIACETALICO (C1 nel D-glucosio) poiché è contemporaneamente il carbonio di un alcool e di un etere. Il carbonio emiacetalico è inoltre ANOMERICO poiché genera due nuovi isomeri detti anomeri uno a (se l’OH è sotto al piano) e uno b (se l’OH è sopra al piano)

Disaccaridi Legame O-glicosidico : gruppo ossidrilico di uno zucchero che reagisce con l’atomo di C anomerico o emiacetalico di un altro zucchero. Quale dei seguenti glicidi non è un monosaccaride: IL legame glicosidico si stabilisce tra: A- glucosio B- galattosio C- saccarosio D- fruttosio E- ribosio A- due funzioni aldeidiche B- due funzioni chetoniche C- una funzione aldeidica e una carbossilica D- una funzione emiacetalica e una alcolica E- una funzione aldeidica e una chetonica

Polisaccaridi Polimeri ad alto peso molecolare formati da numerose unità di monosaccaridi. Si distinguono in omopolisaccaridi e eteropolisaccaridi Omopolisaccaridi con funzione di riserva energetica: AMIDO Polisaccaride di riserva delle cellule vegetali formato da unità di glucosio. GLICOGENO Polisaccaride formato da unità di glucosio. Ha funzione di riserva nelle cellule animali ed è presente in particolare nel fegato e nel muscolo scheletrico.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE