Scrivere le molecole

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1 Scrivere le molecole

2 Scrittura Formula strutturale = = S Acido solforico Etano Formula molecolare 2 S 4 2 6

3 Tipi di scrittura Scrivere tutte le molecole secondo Lewis è spesso lungo e noioso. I chimici hanno sviluppato alcuni tipi di scritture rapide: ondensata Lineare Poligonale

4 Scrittura condensata Sono possibili vari gradi di condensazione Esempi: Alcani lineari e alcani ramificati ( 2 ) Alcuni legami vengono mantenuti ( 3 ) 4 o ( 3 ) 4

5 Sono possibili vari gradi di condensazione Esempi: Alcheni 3 = 3 3 = 3 3 = 3 Alcoli Scrittura condensata ( 3 ) 2 I lone pair di elettroni non si scrivono.

6 Scrittura condensata Anche strutture complesse possono essere scritte su una sola riga, usando le parentesi per racchiudere un gruppo Alcano ramificato 3 ( 3 )( 2 3 ) 2 3

7 Scrittura a scheletro Minima informazione ma non ambigua I carboni non sono mostrati, si assume che siano all intersezione di due o più linee e al termine di ogni linea Gli idrogeni non sono mostrati Tutti gli atomi diversi da e sono mostrati

8 Scrittura a scheletro

9 Notazione per i poligoni Esempi: N

10 Nomi Generici

11 Nome Generico Nomi Identifica un intera classe con caratteristiche simili: Mondo animale: felini, canidi,. Mondo vegetale: solanacee, agrumi,. Farmacologia: antibiotici, antibatterici, himica organica: alcoli, acidi, ammine Nome Specifico Identifica un singolo composto all interno di una classe: Lupo, arancia, aspirina, etanolo,

12 Esempio - Nome generico: ALLI NME SPEIFI FRMULA SPEIFIA metanolo etanolo colesterolo 8 17 R- Formula generica

13 STRUTTURA DELL SELETR determina: parte delle proprietà fisiche INTERA STRUTTURA determina: le proprietà fisiologiche R LEGAME tra il residuo e il gruppo funzionale determina: dettagli di proprietà chimiche parte delle proprietà fisiche GRUPP FUNZINALE determina: le principali proprietà chimiche parte delle proprietà fisiche il nome generico

14 GRUPP è una struttura parziale completa, tranne che per un legame detto valenza libera o legame aperto: Gruppi contenenti solo e si dicono alchili e vengono indicati con R- (R = residuo): Gruppi contenenti anche altri elementi diversi dal carbonio hanno simbolo X- o Y- o Z-: oncetto di Gruppo R- X- Y- Z- N

15 himica dei Gruppi Funzionali 1. Imparare una serie di fatti sperimentali (REAZINI IMIE) e correlarli con la STRUTTURA della molecola. 2. apire e imparare la spiegazione teorica di tale correlazione (quando possibile). 3. Mettere insieme fatti sperimentali e teoria per creare delle regole che servono a predire il comportamento di composti analoghi (con il medesimo gruppo funzionale).

16 Gruppi Funzionali

17 Gruppo Funzionale (GF) 1. Definisce una classe di composti omposti appartenenti ad una stessa classe hanno proprietà simili e simile reattività. 2. È il sito di reazione Determina la chimica della molecola, ossia la sua reattività 3. Fornisce una base per la nomenclatura Ad esempio, tutti i chetoni hanno nei loro nomi il suffisso one:» acetone» ciclopropanone» cortisone

18 omposti senza gruppo funzionale Esiste una classe di composti che contengono soltanto atomi di e legati in vario modo. Sono al 100% scheletro e quasi privi di reattività. Sono gli Idrocarburi Alcani Tuttavia sono importanti perché su di essi si basa la nomenclatura dei composti organici.

19 Gruppi Funzionali Gli alcani sono formati da soli e : Se uno o più idrogeni vengono sostituiti da un atomo diverso dall idrogeno o da un nuovo legame, si crea un Gruppo Funzionale. l

20 omuni Gruppi Funzionali GF.. X:.....Ọ.. S.... Ọ. Ṇ. :: lasse Alogenuri (X = F, l, Br, I) Alcoli Tioli Eteri Ammine Aldeidi GF.... ::.... ::.... : : : : N.. ::.. X.. : :: lasse Acidi carbossilici Esteri carbossilici Anidridi Ammidi Acil alogenuri (X = l, Br) GF :: N.... :.. N.... N Ṅ. : :.. S.. :: lasse Nitro composti Nitroso composti Azo composti Acidi solfonici Alcheni Alchini :: hetoni N: Nitrili Aromatici

21 Notare! Alcuni gruppi funzionali sono strutture parziali con una valenza libera che può essere saturata con un residuo R:.... :: N:.. R R.. :: R N: Altri hanno più valenze libere: :: Ṇ..... R R.. 1 R.. R 1 R 1 N : R.. : R 2 iò comporta la presenza di più residui (R, R 1, R 2, etc.) e quindi di più scheletri.

22 Notare! Il doppio legame =, il triplo legame e l anello aromatico sono considerati gruppi funzionali pur avendo solo carboni e idrogeni perché sono siti di reattività. Una molecola può possedere un solo gruppo funzionale (molecola monofunzionale) o più di uno (molecola polifunzionale).

23 Molecole polifunzionali N ammina nicotina N 3 ammina alcool alchene colesterolo ammide ammide 3 N N 3 ammina 3 N N alchene ammina etere 3 3 etere aromatico 3 etere N 2 ammina caffeina mescalina

24 Scheletro (solo e ) LINEARE (AILI) ILI saturo insaturo saturo insaturo = = =- 2 A L I F A T I I aromatico ARMATII

25 lassificazione di & 1. arbonio saturo sp 3 primario (1 ): Un carbonio legato a un solo altro carbonio 1 : un idrogeno legato a un 1 secondario (2 ): Un carbonio legato a due altri carboni 2 : un idrogeno legato a un 2 terziario (3 ): Un carbonio legato a tre altri carboni 3 : un idrogeno legato a un 3 quaternario (4 ): Un carbonio legato a quattro altri carboni

26 lassificazione di & 1. arbonio saturo sp 3 Y carbonio primario 1 Y carbonio secondario 2 carbonio terziario 3 Quando Y =, alogeno,, N 2, R, anche tali gruppi si definiscono 1, 2, 3 Y carbonio quaternario 4 PERÉ QUESTA DISTINZINE? Perché velocità di reazione e posizione d equilibrio variano, per lo stesso GF Y, in funzione della natura del carbonio cui Y è legato.

27 lassificazione di & primari (1 o ) secondari (2 o ) terziari (3 o ) quaternari (4 o )

28 lassificazione di & 2. arbonio sp 3 adiacente ad un carbonio sp 2 Un carbonio saturo (sp 3 ) adiacente a un carbonio insaturo (sp 2 ) si definisce allilico, se il doppio legame è di un alchene benzilico, se il doppio legame è parte di un anello aromatico vinilici vinilici allilico allilico aromatico aromatici benzilico benzilico

29 lassificazione di 3. Gruppi funzionali insaturi Gruppi funzionali insaturi (=, =, =, N 2,, etc.) possono avere, rispetto ad un altra insaturazione presente nello scheletro, tre posizioni relative. Possono essere: Isolati Almeno 2 legami singoli fra i legami doppi oniugati Alternanza di legami singoli e doppi umulati Nessun legame singolo tra i legami doppi

30 lassificazione di 4. Doppi e tripli legami I doppi legami = si classificano in base al grado di sostituzione dei carboni: 2 R monosostituito R R R 1 2 trisostituito R R 1 disostituito geminale R R 3 R R 1 2 tetrasostituito R R 1 disostituito vicinale trans R terminale R R R 1 disostituito vicinale cis R1 interno

31 Nomenclatura IUPA

32 Nomenclatura IUPA È un sistema nel quale ogni composto ha un suo nome. Seguendo le regole, chiunque assegna a un dato composto il medesimo nome. Viceversa, dato il nome di un composto, ognuno è in grado di disegnare il composto. STRUTTURA IUPA NME

33 Regole di nomenclatura 1. Identificare i GF. 2. Tra questi scegliere il gruppo principale sulla base della tabella di priorità dei gruppi. 3. Scegliere la nomenclatura degli alifatici o degli aromatici sulla base della posizione del gruppo principale. il composto è aromatico se il gruppo principale è legato direttamente all anello

34 Priorità Gruppo lasse Nome del gruppo come sostituente (quando non è principale) 1 () acido alcanoico R carbossi 2 S 3 acido alcansolfonico R S 3 solfo () R 1 () X () N 2 () alchil alcanoato alcanoil alogenuro alcanammide alcanale R R1 R X R N 2 R alcossicarbonil aloformil carbamoil formil il tra parentesi deve portare nella numerazione della catena il numero 1

35 Priorità Gruppo lasse Nome del gruppo come sostituente (quando non è principale) 7 () N alcanonitrile R N ciano 8 alcanone R R 1 osso 9 alcanolo R idrossi 10 N 2 alchilammina R N 2 ammino 11 alchil alchil etere R R 1 alcossi 12 () () alchino R R 1 ino alchene R 1 X alogenoalcano R X N 2 nitroalcano R N 2 R R 2 R 3 ene alo nitro

36 Nomenclatura dei composti alifatici

37 Nomenclatura degli alifatici 1. Identificare la classe di appartenenza (gruppo principale) 2. Identificare la catena principale di atomi di carbonio contigui, seguendo le seguenti regole di priorità: la catena principale deve contenere: a. il gruppo principale b. il massimo numero possibile di legami = e c. il massimo numero possibile di atomi di d. il massimo numero possibile di sostituenti 3. Assegnare il nome alla catena principale in base al numero di carboni da cui è formata.

38 4. Numerare la catena in modo tale che: al gruppo principale spetti il numero più basso possibile ai gruppi secondari spetti il numero più basso possibile (= precede ) 5. Nel nome indicare il numero che spetta al gruppo principale (tranne che per,, N, etc. che hanno il n 1). 6. Includere nel nome il gruppo = (ene) (o, ino). 7. Aggiungere il nome dei sostituenti davanti al nome in ordine alfabetico con la posizione relativa.

39 Procedura 1. Identificare la classe: alcanale, acido alcanoico, alchene 2. Identificare la più lunga catena di atomi di carbonio 3. Assegnare il nome della catena in base al numero di atomi di : 4 1 metano 3 ( 2 ) eptano n tridecano etano 3 ( 2 ) ottano n tetradecano propano 3 ( 2 ) nonano n icosano 3 ( 2 ) butano 3 ( 2 ) decano n triacontano 3 ( 2 ) pentano 3 ( 2 ) undecano n tetracontano 3 ( 2 ) esano 3 ( 2 ) dodecano etc.

40 Se le catene possibili sono due, scegliere quella con il maggior numero di sostituenti sostituenti alchilici ( solo e ) 4. Numerare i carboni Partire dal lato più vicino al primo sostituente. Se vi sono due sostituenti equidistanti cercare il sostituente successivo

41 6. Includere nel nome il gruppo = e/o ambiare il suffisso da alcano in alchene o alchino Assegnare al legame = e un numero di posizione (il più basso possibile) = metil-2-pentene esino Nella numerazione, il doppio legame ha la precedenza sui sostituenti

42 7. Nome dei sostituenti a. Sostituenti alchilici (alcano alchile) 1: 3, metile 2: 3 2, etile 3: 3 2 2, n-propile; 3, isopropile 3 4: , n-butile; 2 3, isobutile , sec-butile; 3, tert-butile etc. 3 3

43 7. Nome dei sostituenti b.sostituenti cicloalchilici, ciclopropile;, ciclobutile;, ciclopentile;, cicloesile c. Sostituenti Alchenilici 2 =, etenile o vinile; 2 =- 2, 2-propenile o allile, fenile; 2, benzile

44 7. Nome dei sostituenti d. Sostituenti diversi da alchili: vedi Tabella dei Gruppi Funzionali. F, fluoro; l, cloro; Br, bromo; I, iodo N 2, nitro; N 2, ammino; N, ciano; S 3, solfo;, oxo, idrossi; R, alcossi;, carbossi etc.

45 Alfabetizzazione I sostituenti vanno fatti precedere al nome in ordine alfabetico. Il corsivo viene ignorato: sec-, tert- Se uno stesso sostituente è presente più volte, usare di-, tri-, tetra-, etc.. Tali prefissi vengono ignorati nella alfabetizzazione.

46 Sostituenti complessi 1. Assegnare il numero 1 al carbonio del sostituente legato alla catena principale. 2. Numerare la catena di atomi di carbonio verso l esterno prendendo la catena più lunga. Dare il nome alla catena alchilica con suffisso ile 3. (Se c è un doppio legame alchile diventa alchenile) 4. Aggiungere i sostituenti con i loro numeri (1-metiletil) I gruppi complessi sono posti in parentesi.

47 Esempi (1,3-dimetilbutil) (2-etil-1,1-dimetilbutil) (1-metilbutil) (1-etilpropil) =-- 3 (4-oxo-2-pentenil)

48 omposti ciclici sostituiti i si può basare o sull anello o sulla catena più lunga isopropilcicloesano 2-cicloesilpropano tert-butilciclopentano 2-ciclopentil-2-metilpropano

49 Nomenclatura delle ammine R-N 2, R 1 -N-R 2 R 1 -N-R 2 ammina ammina ammina primaria secondaria terziaria Trovare la catena più lunga di atomi di. -o dell alcano è sostituito con -ammina. I sostituenti sull azoto hanno N- come prefisso. Br N bromo-1-pentanammina N( 3 ) 2 R N,N-dimetil-3-esanammina Alternativa: considerare -NR 1 R 2 come sostituente

50 Esempi N N,N-dimetil-2-(metilpropil)ammina 3-(N,N-dimetilammino)-4-metilesano N

51 Nomenclatura degli Eteri R 1 --R 2 IUPA: Alcossi alcano metil-2-metossipropano 3 Metossicicloesano omune: R 1 R 2 : alchil 1 alchil 2 etere R 1 = R 2 : dialchil etere dietil etere 3 t-butil metil etere

52 Esempi

53 A. Gruppi funzionali:, B. Priorità: (Gruppo principale) lasse: alcanale. atena principale: 4 Nome parziale: butanale D. Numerazione catena principale: E. Assegnare il numero al gruppo principale (quando serve): non serve F. Includere nel nome il gruppo sussidiario: non c è. G. Aggiungere i sostituenti col loro numero: 3-idrossi. 3-idrossibutanale

54 F atena principale: 5 Nome parziale: acido pentanoico D. Numerazione catena principale 1 A. Gruppi funzionali:, =, F E. Assegnare il numero al gruppo principale (quando serve): non serve B. Priorità: (gruppo principale) lasse: acido alcanoico F. Includere nel nome il gruppo sussidiario con il relativo numero: acido 2-pentenoico G. Aggiungere i sostituenti col loro numero: 5,5,5-trifluoro. acido 5,5,5-trifluoro-2-pentenoico

55 atena principale: 2 Nome parziale: etanolo D. Numerazione catena principale A. Gruppi funzionali:, --, l E. Assegnare il numero al gruppo principale (quando serve): 1-etanolo B. Priorità: (gruppo principale) lasse: alcanolo F. Includere nel nome il gruppo sussidiario con il relativo numero: non c è G. Aggiungere i sostituenti col loro numero: 2-(2-cloroetossi) 2 l 2-(2-cloroetossi)-1-etanolo

56 S A. Gruppi funzionali: S 3, =, N N B. Priorità: S 3 (gruppo principale) lasse: acido alcansolfonico. atena principale: 6 Nome parziale: acido esansolfonico D. Numerazione catena principale E. Assegnare il numero al gruppo principale (quando serve): acido 3-esansolfonico F. Includere nel nome il gruppo sussidiario con il relativo numero: acido 1-esen-3-solfonico G. Aggiungere i sostituenti col loro numero: 6-ciano acido 6-ciano-1-esen-3-solfonico

57 A. Gruppi funzionali: =, B. Priorità: (gruppo principale) lasse: alchino. atena principale: 11 Nome parziale: undecino D. Numerazione catena principale E. Assegnare il numero al gruppo principale (quando serve): 3-undecino F. Includere nel nome il gruppo sussidiario con il relativo numero: 5-undecen-3-ino G. Aggiungere i sostituenti col loro numero: 2,6,10-trimetil 3 2 2,6,10-trimetil- 5-undecen-3-ino 1

58 l A. Gruppi funzionali: =, l, 1 2 B. Priorità: (gruppo principale) lasse: alchil alcanoato. atena principale: 4. atena secondaria: 2 Nome parziale: etil butanoato D. Numerazione catena principale (e secondaria): E. Assegnare il numero al gruppo principale (quando serve): non serve F. Includere nel nome il gruppo sussidiario con il relativo numero: etil 3-butenoato G. Aggiungere i sostituenti col loro numero in ordine alfabetico: 4-cloro- 2,2-dimetil etil 4-cloro-2,2-dimetil-3-butenoato

59 Da ricordare 1. Il nome base usa sempre la catena più lunga 2. Numerare dalla fine più vicina al primo sostituente 3. I gruppi si scrivono in ordine alfabetico: a,b,c.. 4. Nell alfabetizzazione i multipli sono ignorati: dietil= e 5. arboni disostituiti (due gruppi) sono più importanti dei monosostituiti (un gruppo) 6. I numeri sono separati dai numeri da virgole: 2,3 7. I numeri sono separati dalle parole da trattini: 3-etil 8. L ultimo sostituente e la radice non sono separati metilesano

60 Nomenclatura degli aromatici 1. Identificare il composto base (v. tabella) 2. Numerare l'anello a. Il carbonio cui il sostituente è legato porta il numero 1 b. Numerare gli altri carboni nella direzione che permetta il più basso set di numeri c. A parità di numeri, vince il sostituente con iniziale più bassa nell'ordine alfabetico

61 Priorità omposto base Nome base Priorità omposto base Nome base 1 acido benzoico 9 3 cresolo* 2 R alchil benzoato 10 fenolo 3 S 3 acido benzen solfonico 11 3 N 2 toluidina* 4 5 X X = l, Br N 3 benzoil alogenuro acetanilide N 2 3 anilina xilene* 6 N 2 benzammide 14 3 toluene 7 benzaldeide 15 benzene 8 N benzonitrile *o-, m-, p-

62 Esempio l Gruppo principale: Fenolo l gruppo principale 2. Numerazione anello: 3. Sostituente complesso: (2-cloro-1-etilpropil) 4. Assemblaggio: 2-cloro-4-(2-cloro-1-etilpropil)fenolo

63 Dal nome al composto da destra a sinistra 1. Identificare il gruppo principale - suffisso 2. Identificare la catena di atomi di carbonio 3. Identificare la posizione del gruppo principale 4. Identificare i sostituenti e la loro posizione sulla catena 5. Inserire gli idrogeni

64 Dal nome al composto 2-metilesano 5-etil-2-fenil-4-otten-3-one

65 Isomeri costituzionali

66 Isomeria costituzionale o strutturale Isomeri costituzionali sono molecole che hanno lo stesso tipo e numero di atomi (stessa formula) ma legati tra loro in modo diverso. Esempio formula isomeri costituzionali moleculare - stessa formula molecolare - differente struttura

67 Isomeria costituzionale Formula Molecolare Isomeri ostituzionali

68 Numero di Insaturazione formula molecolare AxByzDw A atomi tetravalenti;, Si B atomi monovalenti:, alogeni atomi bivalenti:, S D atomi trivalenti: N, P N.I. = x y/2 + 0z + w/2 + 1 INSATURAZINI: doppi legami, cicli, tripli legami

69 ome trovare gli isomeri costituzionali

70 Isomeri di composti saturi che contengono solo carbonio e atomi monovalenti 1. Formare tutti gli scheletri possibili: i. Disegnare la catena lineare ii. Rimuovere 1 carbonio e legarlo in differentiposizioni della catena così accorciata iii.rimuovere 2 carboni dalla catena originaria, e sistemarli sulla catena, sia individualmente sia insieme sullo stesso carbonio iv. ontinuare così a rimuovere i carboni e legarli alla catena sia individualmente che in gruppi fino a che non è possibile creare nuovi isomeri. 2. Etichettare i carboni, se occorre 3. Aggiungere gli elementi monovalenti

71 Esempi isomeri (1) 3 isomeri (1) 5 isomeri

72 Isomeri di composti saturi che contengono carbonio, atomi mono- e bi- o trivalenti 1. Dividere i in 2 gruppi (se c è o S) in 3 gruppi (se c è N o P) in tutti i modi possibili 2. Formare tutti gli scheletri possibili 3. Etichettare i carboni 4. Legare (o S) a 2 catene di Legare N (o P) a 3 catene di 5. Aggiungere gli elementi monovalenti in tutti i modi possibili, eventualmente etichettando nuovamente lo scheletro

73 Esempi elemento bivalente 1. Tutti i possibili scheletri divisi in 2 gruppi 2. Etichettare i carboni a a b Aggiungere l ossigeno 4. Aggiungere gli idrogeni dove serve 3 isomeri

74 3 7 F 1 elemento bivalente 1. Tutti i possibili scheletri divisi in 2 gruppi a a Etichettare i carboni 3. Aggiugere l ossigeno c b a b a b a b a c 4. Rietichettare i carboni F 5. Aggiungere il fluoro 6. Aggiungere gli idrogeni F F F F F F F 8 isomeri

75 Isomeri di composti insaturi 1. Formare tutti gli scheletri possibili nel modo già visto. 2. Inserire l insaturazione o come legame multiplo o come anello in tutti i modi possibili. 3. Procedere nel modo visto precedentemente.

76 Esempio 3 6 NI = = 1 1 elemento bivalente 1. Tutti i possibili scheletri divisi in 2 gruppi a a b Etichettare. 3. Aggiungere l ossigeno 4. Aggiungere l insaturazione: doppio legame o anello 5. Aggiungere gli idrogeni 6. Eliminare i doppioni 9 isomeri

77 Isomeri costituzionali Sono molecole diverse. anno la stessa formula ma i loro atomi sono legati in modo diverso. Non possono interconvertirsi se non rompendo e riformando legami Tutte le proprietà fisiche degli isomeri costituzionali sono differenti: punti di fusione, punti di ebollizione, densità, solubilità, etc.

78 Isomeri costituzionali negli aromatici

79 1. Benzene 2. Benzene monosostituito 3. Benzene disostituito 4. Benzene trisostituito in modo uguale R orto o- R R R 1 R R R meta m- R R 1 R R R 1 para p- R R R R

80 5. Benzene polisostituito in modo diverso 1) Inserire il 1 sostituente 2) Etichettare b c a b a R 3) Inserire il 2 sostituente 4) Etichettare b c a d R R 1 c d b R 1 a R R 1 b a b R a 3) Inserire il 3 sostituente R 2 R R 2 R R R 4) Etichettare R 1 R 1 R 2 R 1 R 2 R 1 e così via