L’addizione di acido bromidrico all’1-isobutil-1-ciclobutene [nome IUPAC= 1-(2-metilpropil)-1-ciclobutene] fornisce una miscela dei seguenti bromocicloalcani. Proporre un meccanismo in grado di giustificare la loro formazione.
Esercizio n. 2
Il trattamento del 2-ciclobutil-2-butene con metanolo in ambiente acido dà una miscela dei tre prodotti A, B e C indicati in basso. Scrivere un meccanismo che tenga conto della formazione di questi prodotti.
Esercizio n. 3
Quali dei seguenti carbocationi possono andare incontro a riarrangiamento?
Esercizio n. 4
Il trattamento del 5-isopropil-2-metilbiciclo[5.1.0]ott-2-ene con acido solforico acquoso porta alla formazione del 4-isopropil-8-metilbiciclo[4.2.0]ottan-1-olo. Proporre un meccanismo che spieghi la formazione di questo prodotto.
Indicare qual è l’alchene più stabile in ciascuna delle seguenti coppie:
a. 2-metil-2-pentere oppure 2,3-dimetil-2-butene
b. cis-3-esene oppure trans-3-esene
c. 1-esene oppure cis-3-esene
d. trans-2-esene oppure 2-metil-2-pentene
Esercizio n. 2
Fornire le spiegazioni meccanicistiche per le seguenti osservazioni sperimentali:
a. l’addizione di acido cloridrico al 3-metil-1-butene fornisce due prodotti: 2-cloro-3-metilbutano e 2-cloro-2-metilbutano
b. l’addizione di acido cloridrico al 3,3-dimetil-1-butene fornisce due prodotti: 3-cloro-2,2-dimetilbutano e 2-cloro-2,3-dimetilbutano.
Esercizio n. 3
Descrivere con le appropriate equazioni chimiche tutti gli stadi del meccanismo di idratazione acido-catalizzata del 3,3-dimetil-1-butene a 2,3-dimetil-2-butabolo
Immaginando che il prodotto della reazione sia più stabile delll’alchene di partenza, disegnare un grafico dell’energia potenziale in funzione delle coordinate di reazione.
Scrivere gli stati di transizione per ciascuno stadio della reazione
Esercizio n. 4
L’alchene biciclico car-3-ene, un costituente della trementina, subisce idrogenazione catalitica per dare solo uno dei due possibili prodotti stereoisomerici. Questo prodotto ha il nome comune di cis-carano, a indicare che il gruppo metile e l’anello del ciclopropano sono sulla stessa faccia dell’anello del cicloesano. Suggerite una spiegazione per questo risultato stereochimico.
Esercizio n. 5
Quando il (3R)-7-otten-3-olo viene messo in presenza di acido solforico, tra i prodotti di reazione c’è anche il seguente composto:
Ipotizzare un meccanismo per la formazione di questo composto. Quanti stereoisomeri si formano ?
Osservando il seguente diagramma di energia potenziale /coordinata di reazione che da A porta a I, rispondi alle seguenti domande:
a. Quanti intermedi ci sono nella reazione?
b. Quali lettere indicano gli stati di transizione?
c. Qual è lo stadio più veloce della reazione?
d. Chi è più stabile, A o I?
e. Partendo da C, si forma più velocemente A o E?
f. Qual è il reagente dello stadio cineticamente determinante?
g. Il primo stadio della reazione è esorgonico o endoergonico?
h. La reazione complessiva è esoergonica o endoergonica?
i. Qual è l’intermedio più stabile?
j. Quale stadio nella reazione diretta ha la costante cinetica più piccola?
k. Quale stadio nella reazione inversa ha la costante cinetica più piccola?
Esercizio n. 2
Osservando il seguente diagramma di energia potenziale /coordinata di reazione che da A porta a G, rispondi alle seguenti domande:
a. Quanti intermedi ci sono nella reazione?
b. Quali lettere indicano gli stati di transizione?
c. Qual è lo stadio più veloce della reazione?
d. Chi è più stabile, A o G?
e. Partendo da C, si forma più velocemente A o E?
f. Qual è il reagente dello stadio cineticamente determinante?
g. Il primo stadio della reazione è esorgonico o endoergonico?
h. La reazione complessiva è esoergonica o endoergonica?
i. Qual è l’intermedio più stabile?
j. Quale stadio nella reazione diretta ha la costante cinetica più piccola?
k. Quale stadio nella reazione inversa ha la costante cinetica più piccola?
Esercizio n. 3
4. Considerando il diagramma dell’energia riportato nella pagina seguente:
a) Qual è lo stadio lento di A→C?
b) Qual è il ΔG° di B→C?
c) Qual è il ΔG‡ di A→B?
d) Qual è ΔG‡ di C→B? (3 pt):
Esercizio n. 4
Disegna il diagramma dell’energia libera in funzione della coordinata di reazione per la seguente trasformazione, in cui C è il composto più stabile e B il meno stabile delle tre specie e lo stato di transizione da A a B è più stabile dello stato di transizione da B a C:
a. Quanti intermedi ci sono?
b. Quanti stati di transizione?
c. Quale stadio ha la maggiore costante cinetica per la trasformazione diretta?
d. Quale stadio ha la maggiore costante cinetica per la reazione inversa?
e. Dei quattro stadi, quale ha la costante cinetica maggiore?
f. Qual è lo stadio cineticamente determinante pe rla reazione diretta?
g. Qual è lo stadio cineticamente determinante per la reazione inversa?
Esercizio n. 5
Data la seguente reazione in cui D è il composto più stabile e A :
a. Indica il movimento degli elettroni con le frecce ricurve
b. Dsegna il diagramma dell’energia libera in funzione della coordinata di reazione
Approfondimenti sulla nomenclatura IUPAC aggiornata su: IUPAC ‘Nomenclature of Organic Chemistry’ (Blue Book, 2013) e ‘Brief Guide to the Nomenclature of Organic Chemistry’ (IUPAC Technical Report, Pure Appl. Chem. 2020; 92(3): 527–539).
1. Introduzione e principi generali
La nomenclatura sostitutiva IUPAC costruisce nomi sistematici a partire da un composto genitore e dai gruppi sostituenti: il nome risultante combina la radice del genitore, suffissi che indicano insaturazioni o gruppi funzionali principali e prefissi che indicano sostituenti minori.
2. Regole per la scelta composto genitore (catena principale)
La scelta della catena principale è effettuata applicando la gerarchia di criteri IUPAC.
La catena principale deve essere la catena con il maggior numero di atomi di carbonio, indipendentemente dalla presenza di insaturazioni.
2. A parità di lunghezza si deve scegliere la catena più ramificata
3. A parità di lunghezza si deve scegliere la catena che presenta insaturazioni.
4. A parità di lunghezza si deve scegliere la catena con insaturazioni anche se non è la più ramificata
5. A parità di lunghezza si deve scegliere la catena con doppi legami rispetto a quella con tripli legami
6. A parità di lunghezza si deve scegliere la catena con il maggior numero di doppi legami, anche se non è la più ramificata
7. Se l’idrocarburo contiene un ciclo, questo deve esser considerato come composto genitore anche se ha un minor numero di carboni
8. Il ciclo prevale anche se nella catena lineare c’è una insaturazione
9. In presenza di due cicli prevale quello con il maggior numero di carboni
10. Il ciclo con il maggior numero di carboni prevale anche se il ciclo più piccolo presenta un doppio legame
3. Nomenclatura dei gruppi alchilici, alchenilici e alchinilici
I gruppi alchilici, alchenilici e alchinilici derivano da un alcano, da un alchene o da un alchino, rispettivamente, per rimozione di un idrogeno. Il nome è formato dalla radice, che indica il numero di atomi di carboni, seguita dal suffisso ile; nel caso di sostituenti alchenilici e alchinilici, tra la radice e ile deve essere presente, rispettivamente, en o in.
Se sul cicloalchenile è presente in altro sostuìituente, bisogna numerare il ciclo in modo da assegnare al doppio legame i numeri più bassi possibile.
4. Nomenclatura dei gruppi alchilidenici
Un alchilidene è un gruppo funzionale che si forma da un idrocarburo alifatico saturo per eliminazione di due atomi di idrogeno. Questi gruppi sono caratterizzati da un legame doppio tra il carbonio della catena principale e il gruppo alchilico derivato
5. Nomenclatura di ammine e alcoli
Il gruppo alcolico e il gruppo amminico sono entrambi gruppi funzionali prioritari, ma il gruppo ossidrilico ha priorità superiore rispetto a quello amminico.
Quando sono presenti in una molecola, la catena principale deve includerli, e al carbonio che li porta va assegnato il numero più basso possibile, anche se ciò comporta dare priorità minore alle insaturazioni.
2. Quando il gruppo ossidrilico o il gruppo amminico si trovano su un ciclo, il carbonio portante viene numerato come carbonio 1.
3. Quando entrambi i gruppi sono presenti nello stesso composto, il gruppo ossidrilico ha priorità e il composto genitore è considerato un alcol. Il gruppo amminico assume il ruolo di sostituente e viene indicato con il prefisso “ammino–”.
4. Quando i due gruppi si trovano su catene diverse della molecola, la catena che porta il gruppo ossidrilico viene considerata la catena principale
5. Quando due gruppi uguali (ossidrile o amminico) si trovano sulla stessa catena, prima del suffisso va aggiunto il prefisso “di–”.
6. Quando due gruppi uguali si trovano su catene diverse della molecola, quello presente sulla catena laterale deve essere indicato come sostituente.
7. Nel caso di ammine secondarie e terziarie, bisogna individuare la catena principale che porta l’azoto, seguendo le regole precedenti. Gli altri gruppi legati all’azoto vanno indicati come sostituenti, riportandone la posizione con la lettera N. Se lo stesso sostituente è presente sia sull’azoto sia sulla catena carboniosa, la N precede il numero.
8. Nel caso in cui il gruppo amminico con uno o più gruppi alchilici è un sostituente, bisogna nominare i sostituenti, in ordine alfabetico, prima della parola “ammino”
5. Stereochimica
Prima del nome del composto va indicata la stereochimica tra parentesi, riportando la configurazione dei carboni chirali e dei doppi legami, seguendo l’ordine numerico delle loro posizioni. Le configurazioni dei sostituenti vanno specificate prima del nome dei sostituenti. Se sono presenti cicli disostituiti su carboni non chirali, l’orientazione dei sostituenti deve essere indicata con la notazione cis–trans.
I risultati della prima prova evidenziano chiaramente il livello di preparazione raggiunto dagli studenti.
Verde: prova superata con sufficienza; verde scuro indica voti più elevati. Gli studenti in questa categoria sono ammessi a sostenere la seconda prova intercorso. È comunque consigliato rivedere il compito per consolidare le conoscenze.
Giallo/Arancione: prova superata con riserva. Anche questi studenti sono ammessi alla seconda prova, ma è fortemente raccomandato rivedere attentamente il compito, individuare gli errori e colmare le lacune. La preparazione attuale non è sufficiente per affrontare la seconda prova con sicurezza.
Rosso/Nero: prova non superata. Gli studenti in queste categorie non sono ammessi alla seconda prova intercorso. Gli elaborati evidenziano:
Rosso: gravi lacune su argomenti fondamentali di Chimica Organica;
Nero: totale assenza di conoscenze di base.
È evidente che una parte significativa degli studenti si è presentata impreparata o ha dimostrato un impegno insufficiente (in alcuni casi nullo) durante lo studio. Questo atteggiamento è inaccettabile e compromette seriamente il percorso accademico.
Per chi desidera realmente apprendere e colmare le proprie lacune, saranno organizzati momenti di recupero individuali o di gruppo, finalizzati a comprendere gli errori e consolidare le conoscenze di base. Si ricorda che la partecipazione a tali iniziative non sostituisce la preparazione necessaria per sostenere le future prove: l’impegno personale resta indispensabile.
Gli studenti sono invitati a prendere appuntamento per visionare il proprio compito e discutere gli errori con il docente. Presentarsi senza aver studiato non è più tollerabile: la Chimica Organica richiede costanza, comprensione approfondita dei concetti fondamentali e capacità di applicazione pratica.
Per ciascuna coppia acido-base coniugati, identificate la prima specie come acido o base e la seconda specie come base o acido coniugato. Inoltre, disegnare per ogni specie le strutture di Lewis, mostrando tutti gli elettroni di valenza e le cariche formali.
(a) HCOOH / HCOO–
(b) NH4+ / NH3
(c) CH3CH2O– / CH3CH2OH
(d) HCO3– / CO32-
(e) H2PO4– / HPO42-
(f) CH3CH3 / CH3CH2–
(g) CH3S– / CH3SH
Esercizio n. 2
Completare le seguenti reazioni di trasferimento protonico utilizzando le frecce curve per mostrare il flusso di elettroni in ogni reazione. Inoltre, indicare le strutture di Lewis per tutti i composti di partenza e per tutti i prodotti. Definire l’acido di partenza e la sua base coniugata, la base di partenza e il sui acido coniugato.
(a) NH3 + HCl —>
(b) CH3CH2O- + HCl —>
(c) HCO3– + OH– —>
(d) CH3COO– + NH4+ —>
Esercizio n. 3
Per ogni reazione di trasferimento protonico completare l’equazione ionica impiegando le frecce curve per indicare il flusso degli elettroni. Indicare l’acido di partenda e la sua base coniugata nonchè la base di partenza e il suo acido coniugato
(a) NH4+ + OH– —>
(b) CH3COO- + CH3NH3+ —>
(c) CH3CH2O– + NH4+ —>
d) CH3NH3+ + OH– —>
Esercizio n. 4
Nell’acido acetico, CH3COOH, l’idrogeno dell’OH è più acido degli idrogeni del CH3. Spiegare il perchè.
Esercizio n. 5
Ciascuna delle seguenti molecole o ioni può funzionare da base. Scrivere la formula di struttura dell’acido coniugato che si forma dalla reazione ddegli stessi con HCl.
Esercizio n. 6
Disporre i composti seguenti in ordine crescente di forza acida:
Esercizio n. 7
Disporre i composti seguenti in ordine crescente di forza basica:
Esercizio n. 8
L’acido acetico è un acido organico debole, pKa 4,76. Scrivere l’equazione della reazione di equilibrio dell’acido acetico con ognuna delle seguenti basi. Indicare dov’è spostato l’equilibrio
(a) NaHCO3
(b) NH3
(c) H2O
(d) NaOH
Esercizio n. 9
L’acio benzoico, C6C5COOH (pKa 4,19), è solo poco solubile in acqua, ma il suo sale sodico, C6C5COO–Na+, è piuttosto solubile in acqua. Potrà l’acido benzoico sciogliersi in:
A) determinate se ciascuna delle specie che compaiono nelle seguenti equazioni si comporta da acido o da base di Brønsted e indicatelo sopra la formula.
B) indicate se l’equilibrio è spostato a sinistra o a destra.
C) utilizzate le frecce curve per mostrare il movimento degli elettroni in ciascuna reazione acido-base.
Esercizio n. 2
Identificate ciascuna delle specie seguenti come acido di Lewis o come base di Lewis e per ognuna scrivete un’equazione che mostri una reazione acido-base di Lewis. Utilizzate le frecce curve per rappresentare il movimento dei doppietti di elettroni. Controllate che il prodotto di ciascuna reazione sia rappresentato da una struttura di Lewis completa e corretta.
Esercizio n. 3
Sulla base delle informazioni riportate sotto, indicare dove è spostato il seguente equilibrio acido-base:
Esercizio n. 4
Di seguito sono riportate delle coppie di composti, dire quale composto di ciascuna coppia ha il pK. più basso
Esercizio n. 5
Disporre i seguenti composti in ordine di acidità crescente
Esercizio n. 6
Disporre i seguenti composti in ordine di acidità crescente
Esercizio n. 7
Metti i seguenti composti in ordine di acidità crescente:
Esercizio n. 8
Metti i seguenti composti in ordine di basicità crescente
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