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Monica Emanuelli
Introduzione al corso
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Programma
INTRO: Il carbonio nei composti organici
p. 176 - Bellini
Perché si chiama "chimica" organica?
Inizialmente si pensava che i composti organici si potessero produrre solo in sistemi biologici.
1828 -> Friedrich Wöhler Produce l'urea da un composto inorganico
Icomposti presenti dagli organismi viventi sono sintetizzabili in laboratorio!
Perché ai composti del Carbonio è stata dedicata un'intera branca della chimica?
Chimica e propedeutica biochimica - Fiecchi Chimica di base pe per scienze della vita - Anastasia nuova
Proprietà generali dei composti organici Gruppi funzionali Isomeria e struttura Stereoisomeria Reattività del carbonio sp3: Alcani e reazioni di sostituzione nucleofila, Alcoli, Tioalcoli, Eteri, Ammine. Reattività del carbonio sp2: Alcheni e reazioni di addizione. Composti aromatici e reazioni di sostituzione elettrofila. Fenoli: reazione con acido nitroso. Composti carbonilici: reazioni di addizione nucleofila, reazioni di condensazione aldolica; tautomeria cheto-enolica. Acidi carbossilici: acidità e formazione dei derivati funzionali.
- Forma numerose catene legandosi a sé stesso: Catene lunghe e/o ramificate
- Forma legami covalenti omopolari con sé stesso: Possiede infatti unvalore medio di elettronegatività, che lo rende stabile come un composto elementare
Rappresentazione formule organiche
La capacità delle molecole organiche di ramificarsi rende le formule molecolari (o brute) non sufficienti a descriverne la forma. Per questo sono state create diverse formule di struttura:
5-11-24 C.M. > Composti (formula bruta o "molecolare").
Modello a sfere e a barrette
- Può legarsi con molti atomi diversi: A differenza di altri elementi, il carbonio non è limitato a legami tra due soli atomi e può generare strutture complesse con legami multipli e reti tridimensionali
- Piccolo raggio atomico: Scarso ingombro sterico
A) Isomeri strutturali
B) Stereoisomeri
Isomeri strutturali
Isomeri di catena:
differiscono per la lunghezza della catena carboniosa
N.B. è la Catena carboniosa a variare di dimensioni, non il gruppo metile a spostarsi
La disposizione dei raggruppamenti atomici nello spazio (B)
di catena di posizione di funzione
Isomeri ottici Isomeri geometrici Isomeri conformazionali
Isomeri di posizione:
la catena carboniosa è la stessa, ma i composti differiscono per la posizione di gruppi atomici, di atomi o di legami multipli
Differiscono per la posizione dei sostituenti.
Isomeri di funzione:
presentano gruppi funzionali diversi.
Guarda bene
La catena di C è sempre lunga 3C
Chiralità dell'atomo di carbonio (Isomeria ottica)
#curiosità
Una carbonio è chirale quando lega 4 gruppi diversi.
Il carbonio chirale è quindi ibridato sp3. Viene rappresentato come un cerchio:
I composti risultanti (enantiomeri) sono due composti diversi per la chimica.
Molecole simmetriche e asimmetriche
La possibilità di un molecola di avere un enantiometro può essere anche individuata qualora non esistesse un piano capace di dividere la molecola in due parti speculari-
Etimologia
Chiralità proviene dal greco "mano". Le mani non sono sovrapponibilisu un piano.
Molecole con più carboni chirali
Alcune molecole hanno più carboni chirali -> + enantiomeri
Numero Max. di stereoisomeri per numero di carboni chirali (n):
2 n
Numero massimo di stereoisomeri non significa che tutti gli isomeri sono enantiomeri tra loro.
5-11-
Isomeria ottica pt.
Forme meso
Possono essere delle molecole che, specchiate attorno al carbonio asimmetrico, ricreano ruotando la loro immagine di partenza.
Per struttura o composto meso si intende un composto che, pur avendo atomi di carbonio asimmetrici è non chirale per l'esistenza di un piano di simmetria interno. Un composto meso non devia il piano della luce polarizzata e quindi non presenta attività ottica. #Memorizza
Le strutture meso non formano enantiomeri
Non è detto che ci siano sempre 2 n^ stereoisomeri (Quello è il numero massimo)
Configurazione assoluta e relativa
La necessità di dare un nome Se io dico solamente 2 − clorobutano , non so a quale degli enantiomeri mi riferisco.
In chimica una qualunque denominazione deve alludere ad una sola struttura. Denominazione esaustiva ed univoca.
2 tipi di configurazione:
Sistema R e S, configurazione assoluta
Consideriamo il Bromocloroiodiometano (1 solo carbonio chirale)
Configurazione assoluta: descrive la reale distribuzione dei sostituenti attorno ad un centro di asimmetria R e S; Configurazione relativa: Descrive la disposizione dei sostituenti in relazione ad un altro composto D e L.
Le proprietà ottiche degli enantiomeri
Enantiomeri = isomeri ottici Perché?
Gli enantiomeri si assomigliano molto per le proprietà chimico/fisiche
Hanno comportamento differente in 2 situazioni:
La misurazione dell'attività ottica
Sorgente (^) Luce monocromatica Polarizzatore Luce polarizzata Tubo portacampioni
Misurazione della deviazione
Potere ottico rotatorio
Il potere ottico rotatorio, spesso indicato con la lettera α, è l'angolo di rotazione del piano della luce polarizzata causato dal passaggio della luce attraverso una soluzione otticamente attiva.
Questa deviazione del piano della luce polarizzata dipende dal tipo di luce temperatura ecc. e dalla concentrazione della sostanza in esame (e dalle caratteristiche della sostanza).
- reattività con gli enzimi Gli enzimi sono in genere stereospecifici: favoriscono solo uno dei due membri della coppia di enantiomeri;
- Potere ottico rotatorio Capacità di ruotare il piano della luce polarizzata.
- Sorgente di luce di una sola lunghezza d'onda (monocromatica) Questa luce oscilla intutti i piani possibili perpendicolari al verso di propagazione
- La luce passa per un Polarizzatore ->Polarizza la luce monocromatica su un solo piano (Luce polarizzata)
- La luce passa per il tubo portacampioni (contenitore di sostanza) Se la sostanza è Otticamente attiva -> deviazione piano luce polarizzata
- Misurare di quanto è stato deviato il piano della luce polarizzata
Destrogiro e Levogiro
Se il piano di luce:
è stato ruotato verso destra (sostanza destrogira), si indica con il simbolo (+)
Miscela Racemica (o racemo) Miscela contenente quantità equimolecolari di due enantiomeri. Non fa ruotare il piano della luce polarizzata, quindi, NON presenta potere ottico
Isomeri Geometrici
Quando c'è un centro che imprime rigidità alla molecola:
Intorno ai legami semplici c'è libertà di rotazione, nei legami doppi no. In presenza di un anello stessa cosa.
Isomeri cis- e trans-
Denominazione che non si può sempre applicare
2-Butene Definizione cis- e trans-
- L'isomero in cui i sostituenti uguali sono dalla stessa parte si chiama -Cis;
- L'isomero in cui i sostituenti sono da parti opposte si chiama -trans.
Doppio legame Struttura ciclica
Sistema E, Z
Si usa se gli isomeri hanno sostituenti diversi
Isomeri conformazionali
Derivano dalla libera rotazione attorno ai legami semplici.
Conformazioni Limite:
-Eclissata -Sfalsata
Le possibili disposizioni si interconvertono continuamente e molto velocemente, tuttavia, ve ne sono 2 molto importanti: -Conformazione Sfalsata -Conformazione Eclissata
Per via della repulsione elettrostatica:
Tra la sfasata e l'eclissata esistono infinite conformazioni diverse (conformazioni oblique)
Supponiamo di partire da una conformazione sfasata: Possiamo graficare l'andamento dell'energia durante la rotazione del legame C-C dell'etano
Ruotando di 60 gradi, otteniamo una configurazione eclissata con energia massima.
La conformazione sfalsata ha un livello energetico più basso -> + Stabile La conformazione eclissata è la meno stabile
