Chimica Organica-DiSTABiF

NB: PRIMA di AFFRONTARE GLI ESERCIZI DI QUESTO POST è NECESSARIO AVER STUDIATO E COMPRESO AL FONDO LA PARTE RELATIVA AGLI ASPETTI TERMODINAMICI E CINETICI DELLE REAZIONI, OLTRE AI MECCANISMI DI ADDIZIONE DI HX, ACQUA E ALCOL AD UN ALCHENE (INCLUSI GLI ASPETTI STEREOCHIMICI)

1) Scrivere il meccanismo e il/i prodotto/i (indicando qual è il principale, quando necessario) della reazione dei seguenti composti con HCl. Indicare anche la stereochimica dei prodotti e assegnare il nome IUPAC a ciascuno di essi.

a) 2-metil-2-pentene

b) 2-metil-1-pentene

c) (2E)-4-metil-2-pentene

d) 4-metil-1-pentene

e) (4R)-4-metil-1-esene

f) 4-etil-2-esene

g) (2Z)-4,4-dimetil-2-pentene

h) (2E)-4,4-dimetil-2-pentene

i) 1-metil-1-cicloesene

l) (6S)-1,6-dimetil-1-cicloesene

2) Proporre una strategia per la sintesi dei seguenti alogenuri alchilici partendo da un alchene. Quando sono possibili più opzioni, scegliere quella che darà il composto desiderato come prodotto principale o come unico prodotto e argomentare la scelta. Infine, per ogni reazione, indicare la stereochimica dei prodotti.

a) 2-cloropentano

b) 2-bromo-2-metilbutano

c) 2-cloro-2,3-dimetilbutano

d) 2-cloro-2,3-dimetilpentano

3) Per le reazioni dell’1-butene e del 2-butene con I) acido bromidrico e II) con acqua in ambiente acido:

1) mostrare i meccanismi;

2) disegnare, per ciascuna reazione, un grafico della variazione dell’energia libera rispetto alla coordinata di reazione in cui vengono indicate le strutture dei reagenti, degli stati di transizione, degli intermedi e dei prodotti;

3) se i carbocationi che si formano sono caratterizzati da stabilità differente, dire quali fattori stabilizzano i carbocationi più stabili

4) indicare se le reazioni sono o meno regioselettive (e quando possibile indicare anche il grado di regioselettività).

4) Determinare l’ordine di reattività in una reazione di addizione di acido alogenidrico per i seguenti alcheni: 2-metilpropene; (2Z)-2-butene; (2E)-2-butene. Motivare la risposta.

5) I seguenti meccanismi di reazione sono caratterizzati da un certo numero di errori gravissimi. Individuarli e correggerli.

6) Quale/i dei seguenti alcheni darà l’1-bromo-1,2-dimetilciclopentano come prodotto principale della reazione con HBr?

7) La coordinata di reazione qui sotto mostra il profilo energetico della reazione di 3 alcheni diversi con HBr. Identificare alla reazione di quale alchene si riferisce ciascuna curva:

8) Completare i prodotti della seguente reazione, prendendo in considerazione quella che è la posizione relativa dei sostituenti già indicati (attenzione: tutte le strutture dei prodotti sono qui riportate come conformazioni eclissate, anche quelle che derivano dall’addizione sin).

9) Disegnare la formula di struttura dell’alchene di formula molecolare C₈H₁₄ che, per reazione con HBr, dà come prodotto principale 1-bromo-1-isopropilciclopentano.

10) Scrivere il meccanismo e il/i prodotto/i principale/i della reazione di idratazione acido-catalizzata dei composti dell’esercizio 1. Indicare anche la stereochimica e assegnare il nome IUPAC a ciascuno dei prodotti.

11.A) Di seguito è mostrato il diagramma energetico della reazione di idratazione acido-catalizzata del 2-butene:

a) Cosa possiamo dire circa il ΔG° della reazione?
b) Cosa possiamo dire circa la K_eq della reazione?
c) Di quanti stadi si compone la reazione?
d) Qual è lo stadio cineticamente determinante?
e) Indicare sul grafico l’energia di attivazione relativa a ciascuno stadio
f) Disegnare lo stato di transizione dello stadio cineticamente determinante.
g) Quanti intermedi si formano nel corso della reazione? Disegnarne la/le struttura/e.

11.B) Disegnare il diagramma energetico della reazione del 2-metil-2-butene con HCl e giustificare la regioselettività della reazione.

12) Proporre un metodo per sintetizzare l’1,2-dimetilcicloesanolo a partire dal 3,3-dimetilcicloes-1-ene.

13) Spiegare perchè il prodotto della reazione di idratazione acido-catalizzata del (4R)-4-metil-1-esene ruota il piano della luce polarizzata.

14) La reazione del 2-metilpropene con metanolo in presenza di acido solforico porta alla formazione del 2-metossi-2-metilpropano (=terz-butil metil etere). Proporre un meccanismo per la formazione dell’etere.

15) Spiegare perché è impossibile sintetizzare il seguente etere utilizzando la reazione tra un alchene e un alcol:

16) Mostrare il meccanismo e i prodotti delle seguenti reazioni. Nel caso, indicare il/i prodotti principali. Indicare la stereochimica e attribuire il nome IUPAC a tutti i prodotti.

17) Proporre un meccanismo per le seguenti trasformazioni

18) Indicare le condizioni di reazione e proporre un meccanismo per le seguenti trasformazioni

19) Metti i seguenti carbocationi in ordine di stabilità crescente, motivando la scelta:

20) Mostrare il meccanismo della seguente trasformazione:

7) Dire quali delle seguenti specie chimiche tenderanno a reagire come nucleofili e quali come elettrofili

8) Sulla base del movimento degli elettroni mostrato dalle frecce ricurve nelle seguenti reazioni, disegnare i prodotti

9) Queste due reazioni formano i prodotti mostrati, ma non attraverso i meccanismi disegnati! Per ciascun meccanismo, spiegare perchè è errato e disegnarne uno corretto

10) Quale delle seguenti affermazioni è falsa:
a) se una reazione è spontanea, può avvenire velocemente
b) una reazione lenta può essere spontanea
c) se una reazione è spontanea, può avvenire lentamente
d) una reazione spontanea deve avere energia di attivazione bassa

11) Disegnare il diagramma energetico di una reazione monostadio con K_eq<1. Indicare nel diagramma le parti corrispondenti a reagenti, prodotti, stato di transizione, variazione dell’energia libera di Gibbs, energia di attivazione. Il ΔG° è positivo o negativo?

12) Disegnare il diagramma energetico di una reazione a due stadi con K_eq>1. Indicare nel diagramma le parti corrispondenti a reagenti, prodotti, stato di transizione, intermedio, variazione dell’energia libera di Gibbs, energia di attivazione. Il ΔG° è positivo o negativo?

13) Disegnare il diagramma energetico di una reazione esoergonica a due stadi, il cui secondo stadio sia più veloce del primo.

14) Data la seguente legge cinetica per una reazione:

velocità= k [A]¹[B]²

determinare: a) l’ordine della reazione rispetto ad A; b) l’ordine della reazione rispetto a B; c) l’ordine complessivo per la reazione.
Rispondere, inoltre, alle seguenti domande: d) Che succede alla velocità della reazione raddoppiando la concentrazione di A? e) E raddoppiando la concentrazione di B?

15) Individuare, nel grafico riportato, I) l’energia di attivazione per la reazione A–>B ,II) l’energia di attivazione per la reazione B–>A

16) Basandosi sul seguente diagramma energetico, il composto________si formerà più velocemente a partire da B. Il composto più stabile è_____perchè_____________________________________________________________.

17) Di seguito è mostrato il diagramma energetico di una reazione.
a) individuare lo stato di transizione;
b) dire se la reazione è esoergonica o endoergonica;
c) cosa possiamo dire circa la costante di equilibrio di questa reazione?

18) Rispondere alle seguenti domande sul diagramma energetico mostrato in basso

a) di quanti stadi si compone la reazione?
b) quanti e quali intermedi si formano?
c) quanti e quali stati di transizione?
d) qual è lo stadio cineticamente determinante?
e) si tratta di una reazione esoergonica o endoergonica?
f) quale sarebbe l’effetto dell’aggiunta di un catalizzatore?

19) Disegnare il diagramma energetico della reazione del 3-metil-1-butene con HBr. Mostrare le strutture dello stato di transizione e degli intermedi di reazione

20) Quale delle seguenti opzioni descrive correttamente la seguente reazione?

21) In un tipico diagramma di reazione, a cosa corrisponde l’asse delle ascisse?
a) variazione di energia libera
b) coordinata di reazione
c) temperatura
d) variazione di entalpia
e) variazione di entropia

22) Quale tra le seguenti è la relazione corretta che intercorre tra la variazione di energia libera di Gibbs e la costante di equilibrio di una reazione chimica?

23) Si definisce stato di transizione di una reazione:
a) una delle strutture di risonanza dei reagenti
b) la struttura a più bassa energia associata ad un certo stadio della reazione
c) un carbocatione
d) la struttura intermedia tra reagenti e prodotti, isolabile e relativamente stabile
e) la struttura a più alta energia associata ad un certo stadio della reazione.

24) Quale delle seguenti coordinate di reazione è relativa ad una reazione esoergonica che procede con la formazione di un intermedio?

25) Assumendo condizioni standard e in riferimento alla seguente coordinata di reazione, quale delle seguenti affermazioni è sicuramente vera?

26) Data la seguente coordinata di reazione, la freccia rossa indica:

27) Osservando il seguente diagramma di coordinata per la reazione che da A porta a D, rispondere alle seguenti domande

a) quanti intermedi ci sono nella reazione?                                                               

b) quanti stati di transizione ci sono?                                                                           

c) qual è lo stadio più veloce nella reazione?                                                                 

d) chi è più stabile A o D?                                                                                               

e) qual è il reagente nello stadio determinante la velocità?                                             

f) il primo stadio  della reazione è esoergonico o endoergonico?         

g) la reazione, nel complesso, è esoergonica o endoergonica?

28) Molte reazioni sono più veloci ad alte che a basse temperature. Questo è in accordo con:
(I) Un aumento della energia di attivazione all’aumentare della temperatura
(II) Un aumento della costante cinetica all’aumentare della temperatura
(III) Un aumento della frequenza di collisioni efficaci all’aumentare della temperature.
a)Solo I
b)Solo II
c)Solo III
d)Solo I e II
e)Solo II e III

29) Analizzare il diagramma di energia libera/coordinata di reazione dell’addizione di HBr al 2-metilpropene e rispondere ai seguenti quesiti.

a) Cosa possiamo dire circa la Keq della reazione?

b) Cosa possiamo dire circa il ΔG° della reazione?

c) Di quanti stadi si compone la reazione?

d) Qual è lo stadio cineticamente determinante?

e) Indicare sul grafico l’energia di attivazione relativa allo stadio cineticamente determinante.

f) Cosa sono, rispettivamente, B, C e D?

30) Disponi i seguenti composti in ordine di calore di idrogenazione decrescente