Sapienza, Università di Roma. Antonella Goggiamani

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1 Sapienza, Università di Roma CHIMICA ORGANICA Antonella Goggiamani Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea in Scienze Naturali, canale M Z

2 LEZIONI Mercoledì : Giovedì: aula 6 di Fisica (Edificio Fermi) aula 3 (Geologia) RICEVIMENTO Mercoledì : laboratori di chimica organica Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco, Facoltà di Farmacia e Medicina

3 Conoscenze che si intendono già in possesso dello studente ibridazione risonanza aromaticità elementi base di termodinamica (ΔH, ΔG, ΔS) equilibrio chimico teoria della velocità di reazione stato di transizione

4 Testi consigliati B. Botta: CHIMICA ORGANICA ESSENZIALE prima edizione, edi ermes, ermes Milano 2012 in alternativa: W. H. Brown, T. Poon: INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ORGANICA Terza Edizione, EdiSES, Napoli 2005 P. Y. Bruice: ELEMENTI DI CHIMICA ORGANICA Prima Edizione, EdiSES, Napoli 2007 J. McMurry: FONDAMENTI DI CHIMICA ORGANICA Terza Edizione, Zanichelli, Bologna 2005

5 Supporto didattico ACCEDERE AL SITO WEB DELLA FACOLTÀ DI MEDICINA E FARMACIA : strutture facoltà farmacia e medicina ACCEDERE AL CLM IN CHIMICA E TECNOLOGIA FARMACEUTICHE : Offerta formativa, Corsi di laurea area farmacia ACCEDERE AL MATERIALE DIDATTICO Selezionare il corso Chimica organica Scienze Naturali (canale M Z) 5

6 RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE STRUTTURE DI LEWIS Gli elettroni vengono rappresentati con un puntino ZOLFO S: 3s 2, 3p 4 ACIDO SOLFIDRICO doppietti elettronici non condivisi I legami covalenti vengono indicati con un trattino 6

7 RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE STRUTTURE DI KEKULÈ Gli elettroni di legame sono rappresentati da linee e i doppietti solitari di elettronisonogeneralmente omessi. ACIDO SOLFIDRICO 7

8 RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE STRUTTURE DI KEKULÈ ALCUNI ESEMPI STRUTTURE CONDENSATE In questa rappresentazione i legami sono omessi e sono elencati gli atomi legati tra di loro. Gli elettroni di legame sono rappresentati da linee e i doppietti solitari di elettroni sono generalmente omessi. 8

9 RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE STRUTTURE SEGMENTATE Le catene lineari di atomi di carbonio sono rappresentate da segmenti che si intersecano a 120 con ognivertice corrispondente a un atomo di carbonio. Gli atomi di idrogeno sono omessi. PROPANO, C 3 H 8 CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 CH 2 9

10 RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE STRUTTURE TRIDIMENSIONALI FORMULE PROSPETTICHE METANO, CH 4 I legami sul piano pa ode del foglio oso sono o rappresentati a con linee continue; i legami diretti verso l osservatore sono rappresentati come cunei pieni (bold); i legami che si allontanano dall osservatore sono rappresentati come cunei tratteggiati (dash). 10

11 IONE CARBONATO CO 2 3 EVIDENZE SPERIMENTALI RISONANZA I tre legami carbonio ossigeno hanno la stessa lunghezza (1,29 Å); Tale valore è intermedio tra quello di un legame doppio (1,22 Å) e di un legame singolo (1,43 Å). Le strutture di Lewis non possono descrivere la reale struttura della molecola. 11

12 IONE CARBONATO CO 2 3 STRUTTURE DI RISONANZA RISONANZA Le formule limite di risonanza differiscono tra loro solo per la posizione dei doppietti elettronici non condivisi e degli elettroni di tipo π. SIMBOLOGIA La freccia unica a doppia punta correla le varie formule di risonanza. La freccia curva rappresenta lo spostamento di una coppia di elettroni. 12

13 LA REAZIONE CHIMICA Le reazioni chimiche avvengono attraverso scissione e formazione di legami, eventi che coinvolgono lo spostamento degli elettroni di valenza degli atomi coinvolti. Il movimento degli elettroni è rappresentato con frecce a curva e una sequenza di equazioni nelle quali questi spostamenti sono descritti è chiamata meccanismo. In generale, per scrivere i meccanismi di reazione sono usati due tipi di freccia curva: 13

14 LA REAZIONE CHIMICA La scelta del tipo di freccia da utilizzare è determinata dal tipo di scissione (o di formazione) che deve essere rappresentato. SCISSIONE POLARE Questa modalità prevede che la scissione avvenga con lo spostamento della coppia di elettroni di legame sull atomo più elettronegativo: la sua rappresentazione richiede l uso della freccia intera. Questo tipo di rottura di legame è chiamato scissione eterolitica. SCISSIONE RADICALICA Questa modalità di scissione prevede che la coppia di elettroni si ripartisca ugualmente tra gli atomi che costituiscono il legame: la sua rappresentazione richiede ihid l uso della freccia a uncino. Questo tipo di rottura di legame è chiamato scissione omolitica. 14

15 LA REAZIONE CHIMICA La scelta del tipo di freccia da utilizzare è determinata dal tipo di scissione (o di formazione) che deve essere rappresentato. FORMAZIONE POLARE FORMAZIONE RADICALICA Questa modalità prevede che la Questa modalità richiede che gli atomi formazione del legame avvenga con lo coinvolti nella formazione del legame spostamento di una coppia di elettroni, forniscano un elettrone ciascuno: la sua da un atomo che possiede una coppia rappresentazione richiede l uso della elettronica disponibile a un altro con freccia a uncino. una lacuna elettronica: la sua rappresentazione richiede l uso della freccia intera. 15

16 LA REAZIONE CHIMICA Le reazioni chimiche possono essere classificate in base a due criteri generali: 1. Classificazione in base alle modifiche strutturali 2. Classificazione in base al tipo di reazione 16

17 LA REAZIONE CHIMICA Classificazione in base alle modifiche strutturali La classificazione basata sulle modifiche strutturali individua quattro classi di reazioni. addizione eliminazione sostituzione riarrangiamento 17

18 LA REAZIONE CHIMICA Classificazione in base al tipo di reazione La classificazione basata sulle modifiche strutturali individua due classi di reazioni. reazione acido base reazione redox 18

19 ELEMENTI DI TERMODINAMICA COSTANTE DI EQUILIBRIO K eq REAZIONI IRREVERSIBILI K eq > 10 3 : K eq < 10 3 : REAZIONI REVERSIBILI 10 3 <K eq <

20 ELEMENTI DI TERMODINAMICA DIFFERENZA DI ENERGIA LIBERA STANDARD ΔG ΔG = RT ln K eq REAZIONI ESOERGONICHE REAZIONI ENDOERGONICHE K eq > 1; ΔG < 0 K eq < 1; ΔG > 0 20

21 ELEMENTI DI CINETICA DIAGRAMMAENERGIA vs COORDINATADI REAZIONE STATO DITRANSIZIONE A + B 21

22 ELEMENTI DI CINETICA ENERGIA LIBERA DI ATTIVAZIONE DI GIBBS ΔG # REAZIONI ESOERGONICHE EQUAZIONE DI EYRING La reazione b è più veloce della reazione a 22

23 ELEMENTI DI CINETICA ENERGIA LIBERA DI ATTIVAZIONE DI GIBBS ΔG # REAZIONI ENDOERGONICHE EQUAZIONE DI EYRING La reazione c è più veloce della reazione d 23

24 ELEMENTI DI CINETICA REAZIONI CHE PROCEDONO A PiÙ STADI 24

25 Le reazioni REAZIONI CHE PROCEDONO A PiÙ STADI 25