ESERCITAZIONI di Metodi Fisici in Chimica Organica

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1 ESERCITAZIONI di Metodi Fisici in Chimica Organica PRIMA DI ANALIZZARE GLI SPETTRI DI QUALUNQUE COMPOSTO INCOGNITO BISOGNA SEMPRE DETERMINARE LA SUA FORMULA BRUTA MINIMA E DA QUESTA RICAVARE IL GRADO DI INSATURAZIONE

2 COME ARRIVARE ALLA FORMULA BRUTA DI UNA SOSTANZA INCOGNITA C c H h N n O o X x? Analisi elementare (analisi di C, H, N, ) Spettrometria di massa (massa esatta dello ione molecolare)

3 Analisi elementare (analisi di C, H, N, X ) L analisi elementare opera attraverso un processo di combustione ed analisi dei gas (CO 2, H 2 O, NO x ) usualmente non si ricava la quantità di Ossigeno Fornisce una composizione percentuale degli elementi: %C, %H, %N, %X ma NON %O che si ricava per differenza

4 DEVO ricavare la formula bruta dalla composizione %: Esempio 1. Calcolare la formula bruta di un composto incognito di cui la cui analisi elementare sia: C= 67,5%; H= 5,0%; N= 17,5%. Di cui si sia ricavato dallo spettro di massa il peso molecolare PM = 160

5 1) NUMERO di grammoatomi di ciascun elemento Per procedere devo conoscere il peso atomico (PA) dei singoli elementi: C=12,011; H=1,008; N=14,0067; O=15,999 Poiché il numero di grammoatomi n di un certo elemento è uguale alla quantità in grammi dello stesso diviso il suo peso atomico (PA) allora su un ipotetico campione di 100 g della mia sostanza il numero di grammo atomi n sarà: n = % elemento/pa

6 1) 1) NUMERO NUMERO di di grammoatomi di di ciascun ciascun elemento elemento C= 67,5%; C= H= 67,5%; 5,0%; H= N= 5,0%; 17,5%. N= 17,5%. PM = 160 nc=67,5/pa C ; nh=5/pa H ; nn=17,5/pa N sostituendo ottengo: nc=5,62; nh=4,96; nn=1,25 C C 5,62 : 100 = x : 160 x = 8,9 9 5,62 : 100 = x : 160 x = 8,9 9 H H 4,96 : 100 = x : 160 x = 7,9 8 C 9 H 8 N 4,96 : 100 = x : 160 x = 7,9 8 C 2 9 H 8 N 2 N N 1,25 : 100 = x : 160 x = 7,9 2 1,25 : 100 = x : 160 x = 2

7 C 9 H 8 N 2 PM = (PM campione ) = 16 C è una differenza di 16 unità da attribuire alla presenza di qualche elemento che l analisi elementare non misura C 9 H 8 N 2 O

8 GRADO DI INSATURAZIONE Oltre alla composizione elementare quale altra informazione si può ricavare dalla formula bruta? DLE

9 GRADO DI INSATURAZIONE Si può ricavare un numero che rappresenta il grado di insaturazione cioè il numero di doppi legami equivalenti e/o cicli (DLE) DLE),, presenti nella molecola incognita. Il grado di insaturazione è espresso dalle formule: Per C a H b O c Per C a H b (O c )N d (2a + 2) - b 2 (2a + 2) (b d) 2

10 Quando sono presenti altri elementi. Per C a H b (O c )N d Elementi momovalenti: vengono considerati come atomi di idrogeno Elementi bivalenti: possono essere trascurati P valenza 3 o 5 (2a + 2) (b d) Fosforo trivalente: verrà considerato come 1 atomo di azoto 2 Fosforo pentavalente: si dovrà sottrarre da b 3 atomi di idrogeno H 3 C 2 H 7 O 3 P DLE= 6-(7-3) C OH P OH P valenza 5 O 2 = 1

11 Quando sono presenti altri elementi. Per C a H b (O c )N d S valenza 2 o 4 o 6 (2a + 2) (b d) 2 Zolfo tetravalente: verrà considerato come 2 atomi di azoto Zolfo esavalente: si dovrà sottrarre da b 4 atomi di idrogeno O Cl S O CH 3 C 7 H 7 ClO 2 S DLE= 16-(8-4) = 6 S valenza 6 2 Elemento momovalente: : 1 atomo di idrogeno

12 Qualche esempio.. C a H b O c (2a + 2) - b = C a H b (O c )N d 2 = (2a + 2) (b d) 2 Nel caso dei due composti indicati il grado di insaturazione, DLE, sarà: C 5 H 4 O 3 DLE = 4 C 9 H 8 N 2 O DLE = 7

13 Ricordarsi che.. I seguenti gruppi funzionali contribuiscono con 1 grado di insaturazione I seguenti gruppi funzionali contribuiscono con 2 gradi di insaturazione

14 Ricordarsi che.. Ovviamente in una stessa molecola potranno essere presenti più gruppi funzionali. Ciascuno contribuirà al grado d insaturazione complessivo. Il grado di insaturazione di benzene, naftalene e difenilmetano è, rispettivamente di 4, 7 e 8. INFORMAZIONE IMPORTANTE: Se DLE > 4 la molecola incognita potrebbe avere un anello aromatico; se DLE < 4 ciò non è possibile.

15 Esercizio 2. Calcolare il grado di insaturazione delle seguenti molecole: Risposta: DLE di A= 7 DLE di B= 10 Ovviamente se avessimo calcolato DLE mediante la formula avremmo ottenuto lo stesso risultato. Esercizio 3. Scrivere la formula bruta dei due composti A e B e calcolare il rispettivo valore di DLE mediante la formula

16 Esercizio 3. Scrivere la formula bruta dei due composti A e B e calcolare il rispettivo valore di DLE mediante la formula:

17 1. 2. Controllare se: Sì No 3. Controllare se: C=O cm -1 C=O cm -1 C=O cm -1 C=O cm H

18 4. 5.

19 6. CH 2 CH 3

20 Tabella sinottica della posizione della banda di stiramento del carbonile e della posizione delle bande di controllo