Weekend Organic Chemistry Challenge
Regolamento:
- Vincerà la sfida chi risponderà per primo CORRETTAMENTE al seguente quesito
- La risposta dovrà essere inserita come commento al post.
- Ognuno può rispondere solo una volta (anche in presenza di più di un commento pubblicato dalla stessa persona, soltanto il primo sarà preso in considerazione).
- Il tempo massimo a disposizione sarà di 24h dalla pubblicazione del post.
- Il vincitore (2 punti) sarà annunciato lunedì a lezione.
Gli acidi alogenidrici reagiscono con gli alcheni per dare alogenuri alchilici. A parità di condizioni di reazione, ciascun acido alogenidrico reagirà con un determinato alchene con velocità diverse. Proporre un ordine crescente di velocità di reazione dei diversi acidi alogenidrici con uno stesso alchene a parità di condizioni di reazione (incluse le concentrazioni dei reagenti) e motivare la scelta.
Chimica Organica-DiSTABiF 
Ordine crescente di velocità di reazione: I, Br, Cl, F. A parità di condizioni di reazione, il fluoro reagirà più velocemente del Cloro, che a sua volta reagirà più velocemente del bromo e poi iodio. Il motivo è che l’orbitale p del fluoro si sovrappone in modo più efficace di quello di Cl, Br o I con l’atomo di carbonio e quindi disperde la carica su di esso. Gli alogeni come il fluoro non esercitano un effetto induttivo su un carbocatione e quindi stabilizzano un carbocatione tramite la delocalizzazione degli elettroni; di conseguenza il carbocatione più stabile si forma più velocemente.
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A parità di condizioni di reazione e dello stesso alchene di partenza l’ordine crescente di velocità di reazione degli alogenuri alchilici è:
HI<HBR<HCL<HF. I nucleofili che reagiranno con l’intermedio di reazione ( carbocatione) sono : I-,Br-,Cl- ed F- .La velocità di attacco di ciascun nucleofilo all’elettrofilo
(carbocatione) sarà diversa e questo è dovuto al fatto che il fluoro ha una elettronegatività maggiore fra tutti e sarà il nucleofilo più “forte”.Di conseguenza la reazione di addizione di F- al carbonio carbocationico sarà molto veloce e anche il prodotto che ne deriva si formerà molto velocemente.Ne consegue che l’addizione di Cl- sarà meno veloce di F- ma più veloce di Br- e infine l’addizione di Br- sarà più veloce di quella di I- dato che I è l’atomo meno elettronegativo.
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A parità di condizioni di reazione tra un acido alogenidrico e un alchene è possibile che il fluoro reagirà più velocemente del cloro che, a sua volta, reagirà più velocemente del bromo e così via. Questo comportamento si può spiegare guardando l’elettronegativitá ossia la tendenza di un atomo di attrarre elettroni di legame di un altro atomo: nel caso dell’acido fluoridrico, dopo che lo ione H+ si è legato al carbonio sp2 che è legato al maggior numero di idrogeni, esso attaccherà velocemente il carbocatione formando un alogenuro alchilico in modo da riempire la lacuna elettronica del carbocatione stesso. Gli alogeni che avranno una tendenza più bassa nell’attrarre elettroni di legame, quindi, saranno più lenti nell’attaccare il carbocatione e nel riempire la sua lacuna elettronica. Di conseguenza, potremmo dire che la velocità di reazione sarà tanto maggiore quanto maggiore sarà l’elettronegativitá dell’alogeno liberato in soluzione dall’acido alogenidrico.
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L’ordine crescente della velocità di reazione è:
HI > HBr > HCl > HF.
Essendo lo Iodio di maggiori dimensioni rispetto agli altri atomi avrà maggiore delocalizzazione degli elettroni, rendendo così HI l’acido più forte, formando più velocemente il composto intermedio, cioè il Carbocatione, grazie anche alle proprietà cinetiche (velocità dell’attacco).
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l’ordine della velocità di reazione è: HF<Hcl<HBr<HI, quindi il più forte è HI mentre il più debole è HF, perché I ha maggiori dimensioni rispetto agli altri atomi, e quindi avrà maggior delocalizzazione degli elettroni e perció HI è più forte, e ciò comporta la formazione del carbocatione più velocemente, grazie anche alle proprietà cinetiche.
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L’ordine crescente di velocità di reazione è : HI, HBr, HCl, HF. Avendo lo iodo dimensioni maggiori rispetto agli altri, ne consegue una maggiore delocalizzazione degli elettroni, ciò rende HI l’acido piu forte e quindi si forma più velocemente il carbocatione in accordo anche alle proprietà cinetiche.
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A parità di condizioni di reazione, ciascun acido alogenidrico reagirà con un determinato alchene con velocità diverse. Ordine crescente di reazione: F; Cl; Br; I.
La regola “un nucleofilo reagisce con un elettrofilo” ci consente di predire la reazione di un alchene. Un nucleofilo è uno ione negativo o una molecola che possiede una coppia di elettroni non condivisa; grazie a questa coppia il nucleofilo attacca il centro positivo di un’altra molecola oppure un catione. Quanto maggiore è la capacità del nucleofilo di donare la coppia di elettroni, tanto più esso è reattivo. I nucleofili vengono classificati in forti e deboli proprio in riferimento alla loro reattività. Un nucleofilo è forte se reagisce rapidamente con un dato substrato, è invece debole se, nelle stesse condizioni sperimentali, reagisce lentamente.
Assumendo che un atomo o uno ione poliatomico abbia un doppietto elettronico la possibilità che esso lo doni è correlata alla sua elettronegatività: quanto più esso è elettronegativo tanto meno tenderà a cedere elettroni quindi all’aumentare dell’elettronegatività diminuisce la nucleofilicità.
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Ordine Crescente: HI, HBr, HCl, HF.
In seguito al legame di H+ con il carbonio sp2 legato al maggior numero di idrogeni, ciascuna base coniugata formatasi avrà una stabilità diversa, ad esempio nel caso dello ione F- sarà meno stabile, poiché tollera meno la carica negativa, è quindi il nucleofilo con maggior tendenza a mitigare la densità di carica positiva formatasi sul carbonio sp2 del carbocatione.
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Ordine di reattività crescente di acidi alogenidrici: HI,HBr,HCl,HF. Prendo un alchene simmetrico , un etene in rapporto 1 a 1 con un acido senza solvente quindi in neat. Il meccanismo della reazione è di addizione di acido alogenidrico agli alcheni anche nota come idroalogenazione .
Etene +HI = si forma un etano con uno iodio legato
Etene+HBr = si forma un etano con un bromo legato
Etene+HCl = si forma un etano con un cloro legato
Etene+HF= si forma un etano con un fluoro legato
La prima reazione con acido iodidrico, il processo è molto lento poichè con lo iodio abbiamo una reazione endotermica, abbiamo un delta g positivo . Ha bisogno di molto calore per avvenire , per questo non avviene con molta facilità . Con acido bromidrico il processo è globalmente esotermico , rilascia calore quindi è più veloce e il prodotto si ottiene con più facilità. La reazione con HCl è ottimale è una reazione esotermica , delta g positivo . La reazione di addizione con HF è fortemente esotermica e avviene così velocemente che il processo può risultare esplosivo e risulterà difficile tenere sotto controllo la reazione.
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reazione con HCl reazione esotermica delta g negativo **
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A parità di condizioni di reazione e dello stesso alchene di partenza l’ordine crescente di velocità di reazione degli alogenuri alchilici è:
HI<HBR<HCL<HF. I nucleofili che reagiranno con l’intermedio di reazione ( carbocatione) sono : I-,Br-,Cl- ed F- .La velocità di attacco di ciascun nucleofilo all’elettrofilo
(carbocatione) sarà diversa e questo è dovuto al fatto che il fluoro ha una elettronegatività maggiore fra tutti e sarà il nucleofilo più “forte”.Di conseguenza la reazione di addizione di F- al carbonio carbocationico sarà molto veloce e anche il prodotto che ne deriva si formerà molto velocemente.Ne consegue che l’addizione di Cl- sarà meno veloce di F- ma più veloce di Br- e infine l’addizione di Br- sarà più veloce di quella di I- dato che I è l’atomo meno elettronegativo.
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A partire dalla pubblicazione di questo commento, la sfida si considererà RIAPERTA e lo sarà per 12 ore. Potrà rispondere sia chi ha già provato a dare una risposta, sia chi non ha ancora provato…la sfida continua a valere 2 punti!
ATTENZIONE: Stiamo parlando di velocità di reazione…quindi, quale parametro di quale stadio della reazione dobbiamo prendere in considerazione?
NB: non dovrete rispondere a questa domanda (che serve solo a guidarvi nel ragionamento), ma a quella del quesito iniziale!
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Dobbiamo prendere il considerazione lo stato di transizione della reazione. La struttura dello stato di transizione somiglia maggiormente a quella della specie più simile.
Lo iodio è il più reattivo e il fluoro è il meno reattivo, questo perchè lo ione ioduro è la base più debole, ha una scarsa tendenza a condividere i propri elettroni, quindi ha l’acido coniugato più forte e perciò è quello più reattivo, inoltre dovrebbe avere anche la maggiore polarizzabilità essendo un atomo più grande gli elettroni non sono molto trattenuti ma possono muoversi più liberamente e quindi possono sovrapporsi in modo più efficace con l’orbitale del carbonio (questo avviene nello stato di transizione quando i legami sono parzialmente rotti e parzialmente formati) che quindi ne risultà più stabile e la reazione avviene più velocemente.
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L’ordine crescente della velocità di reazione sarà Fluoro-Iodio-Bromo-Cloro. Questo perchè per il fluoro la reazione è molto lenta. Per lo iodio potrebbe avvenire con un buon catalizzatore. Con il Bromo avviene spontaneamente e anche con il Cloro . Nel caso però di Fluoro la lunghezza del legame con H è inferiore rispetto agli altri alogeni presenti.La lunghezza del legame influenza ovviamente la forza che sarà maggiore per il Fluoro. Essendo il fluoro molto elettronegativo la velocità della reazione con il fluoro sarà molto lenta , per precisione non avviene proprio. Il fluoro ha una bassa energia di legame
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