Individuare i carboni chirali (se ci sono) nelle seguenti molecole. NB: è possibile riportare la risposta indicando la posizione del carbonio definito sulla base delle regole IUPAC per la nomenclatura. Es.: in a il carbonio chirale è il C3.
2. Definire la configurazione assoluta dei carboni chirali presenti nelle seguenti molecolee dire in che relazione sono tra di loro i componenti delle seguenti coppie di strutture(stesso composto/enantiomeri/composti diversi):
3. Per ognuna delle seguenti coppie di strutture dire se sono una coppia di enantiomeri o due rappresentazioni dello stesso composto. Per stabilirlo è necessario stabile la configurazione assoluta di ciascuna struttura
4. Assegnare la configurazione assoluta ai carboni chiari evidenziati nelle seguenti strutture tridimensionali
5. Dire quale tra le strutture a-d rappresenta l’enantiomero del seguente composto Per stabilirlo è necessario stabile la configurazione assoluta per ciascuna struttura!
6. Stabilire la configurazione assoluta di ciascun carbonio chirale presente nelle seguenti molecole
Definire la configurazione assoluta dei seguenti composti. Per ogni set, è disponibile un esercizio guidato
PRIMO SET: Gruppo a priorità minore lontano dall’osservatore
Esercizio guidato
La prima cosa da fare è attribuire le priorità relative agli atomi o ai gruppi legati al carbonio chirale, secondo quanto riportato a pag. 148 del Bruice. Gli atomi direttamente legati al carbonio sono O, C, C, C. L’ossigeno ha numero atomico maggiore del carbonio, per cui possiamo già dire che avrà priorità 1. Dei tre carboni, quello del gruppo metile lega HHH, quello dell’etile lega CHH, quello dell’isopropile lega CCH. Sapendo che il carbonio ha numero atomico maggiore dell’idrogeno, possiamo dedurre che l’isopropile ha priorità rispetto all’etile, che avrà a sua volta priorità rispetto al metile.
A questo punto, dobbiamo verificare che il sostituente a priorità minore si trovi lontano dall’osservatore. Dato che questo è il caso, tracciamo una freccia nella direzione di priorità crescente 1–>2–>3 e vediamo il senso di rotazione della freccia (orario–>R, antiorario–>S)
Nel caso specifico la rotazione è oraria, quindi la configurazione assoluta del carbonio chirale sarà R.
Esercizi da svolgere:
SECONDO SET: gruppo a priorità minore verso l’osservatore
Esercizio guidato
In questo caso, vediamo che il gruppo a priorità minore si trova verso l’osservatore. Praticamente, stiamo guardando la molecola dal lato diametralmente opposto rispetto a quello prescritto dal sistema di Cahn-Ingold-Prelog. In questo caso, rotazione oraria corrisponderà all’enantiomero S e antioraria all’enantiomero R. Per capire meglio questo concetto, provare a lavorare con i modellini con un collega: uno osserverà la molecola secondo la prospettiva giusta (sostituente a priorità minore lontano dall’osservatore), l’altro gli starà di fronte e quindi guarderà la molecola come illustrato sopra (col sostituente a priorità minore verso l’osservatore). A questo punto definite la rotazione e vedrete che se il primo osservatore determina una rotazione oraria, il secondo avrà una rotazione antioraria (e viceversa).
Ora, nel caso specifico, visto che in questo caso stiamo osservando la molecola dal lato diametralmente opposto a quello richiesto, dopo aver tracciato una freccia nella direzione di priorità crescente 1–>2–>3, osserviamo che essa avrà direzione antioraria.
Possiamo quindi dedurre che il nostro composto ha configurazione assoluta R.
Esercizi da svolgere:
TERZO SET: gruppo a priorità minore sul piano
Esercizio guidato
Se il sostituente a priorità minore si trova sul piano, dobbiamo necessariamente effettuare uno scambio per portarlo sul cuneo tratteggiato, dato che non stiamo osservando la molecola nè dal lato giusto, nè dal lato opposto.
Attenzione: in questo modo ho ottenuto l’enantiomero del composto di cui voglio determinare la configurazione assoluta (anche questo è facilmente dimostrabile utilizzando i modellini). Quindi, detemino il senso di rotazione della freccia e di conseguenza la configurazione assoluta dell’enantiomero.
Nel caso specifico, sarà S. A questo punto conosco anche la configurazione assoluta del composto di partenza, che sarà quindi R.
Esercizi da svolgere:
QUARTO SET: proiezioni di Fischer
Esercizio guidato
Nel caso della proiezione di Fischer, non ci sono gruppi sul piano (vedere immagine sotto ed utilizzare i modellini per capire da dove stiamo osservando il carbonio e i suoi legami). I gruppi sui legami verticali sono lontano dall’osservatore, quelli sui legami orizzontali verso l’osservatore.
In questo caso bisogna quindi 1) attribuire le priorità relative sempre seguendo le stesse regole 2) tracciare una freccia nella direzione di priorità crescente 1–>2–>3 3) determinare il senso di rotazione della freccia 4) osservare dove si trova il sostituente a priorità minore. Se su legami verticali, allora rotazione oraria–>R e antioraria–>S. Se invece è su uno dei legami orizzontali, la direzione della freccia darà una risposta opposta a quella corretta.
In questo caso, la direzione è antioraria e il sostituente a priorità minore è sulla linea verticale, quindi la configurazione assoluta sarà S.
Nell’esempio seguente, invece, l’atomo a priorità minore si trova su un legame orizzontale.
In questo caso, la direzione della freccia è oraria, ma poichè il sostituente a priorità minore si trova sulla linea orizzontale, la configurazione assoluta sarà S.
Esercizi da svolgere:
QUINTO SET: strutture a segmenti
Esercizio svolto
Su una struttura a segmenti, il cuneo pieno indica un sostituente rivolto verso l’osservatore, il cuneo tratteggiato un sostituente lontano dall’osservatore. NB: l’idrogeno è spesso sottinteso.
Si individua il carbonio chirale, qui indicato dall’asterisco e si applicano le regole già viste per determinare le priorità relative degli atomi o dei gruppi legati. Si vede poi il verso della freccia nella direzione di priorità crescente 1–>2–>3. Fatto questo, di controlla se il sostituente a priorità minore è lontano dall’osservatore. Se è così, come in questo caso, la rotazione oraria, corrisponde alla configurazione assoluta R.
Se, invece, il sostituente a priorità minore è rivolto verso l’osservatore…
…la direzione oraria della freccia corrisponde alla configurazione assoluta S.
Se il verso della freccia fosse stato antiorario, allora: sostituente a priorità minore lontano dall’osservatore–>S, verso l’osservatore–>R (NB: nell’esempio mostrato, il sostituente a priorità minore è sempre l’idrogeno, che è sottinteso…ma poichè abbiamo già l’informazione su come sono orientati 3 dei sostituenti, sappiamo anche già come è orientato quello sottinteso).
In presenza di più carboni chirali, si attribuisce la configurazione assoluta a ciascuno di essi in maniera indipendente.
Lo stesso approccio si applica anche ai composti ciclici.
Esercizi da svolgere
NB: prima di affrontare gli esercizi è essenziale studiare la teoria!
L’ultimo aggiornamento delle regole di nomenclatura IUPAC* prevede delle variazioni in relazione alla nomenclatura degli alcheni rispetto alle regole antecedenti, con particolare riferimento a quella che è la determinazione della catena principale.
A differenza di quanto accadeva con le regole precedenti, ora la lunghezza della catena è più importante rispetto alla presenza del doppio legame.
Ad esempio, il composto che segue, si chiama 4-etenilnonano: la catena più lunga è a 9 atomi di carbonio e non contiene il doppio legame. La porzione della molecola che contiene il doppio legame è dunque un sostituente, per il quale si usa il suffisso “-enil” (per indicare con “-en-” anche la presenza del doppio legame).
Se sono, invece, presenti due catene della stessa lunghezza, la catena principale sarà quella che contiene il doppio legame. Ad esempio, la molecola seguente sarà un 5-butilnon-3-ene.
NB:Per sostituenti più lunghi di due atomi di carbonio, bisogna anche indicare la posizione del doppio legame. Esempi:
Una conseguenza di questo aggiornamento e di quello, precedentemente visto, relativo alla priorità del ciclo rispetto ad una catena aperta, è che se una molecola è un cicloalcano che lega una catena carboniosa che presenta un doppio legame, l’idrocarburo principale sarà il cicloalcano. Esempi:
Un ulteriore aggiornamento è relativo all’indicazione della geometria del doppio legame (E/Z). Secondo le indicazioni precedenti, non era necessario indicare tra parentesi la posizione cui faceva riferimento la notazione E/Z quando nella molecola era presente un solo doppio legame. Secondo le regole aggiornate, invece, il numero del carbonio cui fa riferimento la notazione E/Z va sempre indicata. Esempio: (2E)-2-butene.
Al seguente link, troverete un TEST DI AUTOVALUTAZIONE. Avrete 45 minuti per rispondere alle domande e alla fine potrete verificare il punteggio ottenuto e se avete risposto correttamente o meno.
Di seguito sono riportati i risultati della prima prova intercorso di recupero.
Gli studenti identificati dal colore arancione hanno superato con riserva e sono ammessi a sostenere la seconda prova intercorso.
Per gli studenti indicati dai colori rosso e nero, di seguito riportati, la prova si intende non superata. Questi studenti non sono ammessi a sostenere la seconda prova intercorso. Il nero indica una insufficienza gravissima (voto minore di 6).
Tutti coloro che vorranno prendere visione della prova potranno farlo prenotandosi per il ricevimento
NB: Per la nomenclatura degli alcheni, applicare le regole IUPAC aggiornate messe in evidenza a lezione (una dispensa relativa ad esse sarà resa disponibile sul blog, nel materiale didattico, al più presto).
1. Assegna la configurazione E/Z ai doppi legami dei seguenti composti
2. Assegnare i nomi IUPAC ai seguenti alcheni
3. Scrivere le formule di struttura dei seguenti composti:
1. Quale dei seguenti composti sarà più solubile in acqua?Spiegare perchè I) dietiletere II) 1-butanolo III) butano
2. Ordina i seguenti alcani secondo il punto di ebollizione crescente
3. Ordina i seguenti alcani secondo il punto di ebollizione crescente: I) esano II) ottano III) 2-metilpentano IV) 2,2-dimetilbutano
4. Metti i seguenti composti in ordine di solubilità crescente in acqua:
5. Disporre i seguenti composti in ordine di solubilità crescente in acqua. Indicare l’ordine inserendo i numeri nei riquadri sotto le strutture: 1= il meno solubile, 4= il più solubile
6. Disporre i seguenti composti in ordine di punto di ebollizione crescente. Indicare l’ordine inserendo i numeri nei riquadri sotto le strutture: 1= p.eb. più basso, 4= p.eb. più alto
7. Le vitamine sono spesso distinte in idrosolubili e liposolubili. Di seguito è riportata la struttura di tre vitamine. Sapresti dire, sulla base delle caratteristiche strutturali, per ciascuna struttura, se si tratta di una vitamina lipo- o idrosolubile?
8. Scrivere tutti gli alcani di formula molecolare C7H16 e prevedere quale ha il punto di ebollizione più alto e quale il punto di ebollizione più basso. Motivare la risposta.
9. Quale dei due composti ha punto di ebollizione maggiore: 1-bromopentano o 1-bromoesano? Perchè? Quali interazioni intermolecolari intervengono?
10. Quale dei due composti ha punto di ebollizione maggiore: 1-esanolo o 1-metossipentano? Perchè?
11.Il seguente grafico mostra la variazione di energia torsionale del propano in seguito alla rotazione intorno al legame C-C. Cosa indicano I, II, III?
12. Disegnare i conformeri anti e gauche del 1,2-dibromoetano usando sia le proiezioni di Newman sia le strutture a cavalletto.
13. Quale tra i due conformeri dell’esercizio 12 avrà momento dipolare maggiore?
14. Quale tra i seguenti è il conformero più stabile del 3-metil-1-butanolo?
15. Cerchiare quella che, tra le seguenti, è la conformazione meno stabile del 2-metilpentano e spiegare quali sono i fattori che la rendono tale:
16. Cerchiare quella che, tra le seguenti, è la conformazione meno stabile del 2-metilpentano e spiegare quali sono i fattori che la rendono tale:
17. Cerchiare quella che, tra le seguenti, è la conformazione più stabile del 2-metilpentano e spiegare quali sono i fattori che la rendono tale:
18. Disegnare il cis-1-isopropil-4-metilcicloesano in proiezione di Newman (rispetto ai legami C1-C6 e C3-C4). Effettuare l’inversione d’anello. Indicare qual è tra i due il conformero a più alta energia e spiegare perchè individuando le interazioni che lo rendono meno stabile rispetto all’altro (Potrebbe essere utile rivedere i paragrafi 3.14 e 3.15).
19. Scrivere le strutture a sedia che corrispondono ai due conformeri dell’esercizio 18.
20. Scrivere le formule di struttura per le due conformazioni a sedia del cis-1-isopropil-4-metilcicloesano. b) Le due conformazioni sono equivalenti? c) In caso negativo, spiegate quale sia la più stabile. d) Qual è la conformazione preferita all’equilibrio?
21. Scrivere i due isomeri geometrici (=isomeri cis/trans) del 1,4-dimetilcicloesano. Poi, per ciascun isomero geometrico disegnare le due conformazioni a sedia possibili e valutare la stabilità relativa delle due conformazioni a sedia di ciascun isomero geometrico.
22.Dalla tabella che riporta le costanti di equilibrio per i cicloesani monosostituiti (tabella 3.9 del Bruice) si evince che le costanti per gli alogeni sono le seguenti: F 1.5; Cl 2.4; Br 2.2; I 2.2. Fornire una spiegazione plausibile di questi dati sperimentali.
23. Dire se le seguenti coppie di composti sono: isomeri costituzionali, isomeri geometrici (=isomeri cis/trans), isomeri conformazionali o composti diversi:
24. Completare la tabella per il seguente composto, disegnando quanto richiesto:
Conformero a sedia più stabile
Conformero ottenuto in seguito all’inversione di anello
Proiezione di Newman secondo i legami C1-C2 e C5-C4 del conformero pù stabile
Proiezione di Newman secondo i legami C1-C2 e C5-C4 ottenuta in seguito all’inversione di anello
25. Scrivere gli isomeri conformazionali dei seguenti composti A e B, completando le proiezioni di Newman (secondo i legami C3-C2 e C5-C6) e le rappresentazioni a sedia (NB: i numeri 1 e 2 non hanno nulla a che vedere con la numerazione relativa alla nomenclatura).
26.Prendendo in considerazione le strutture dell’esercizio 26, a) per ciascun isomero geometrico, dire quale è la conformazione più stabile, motivando la scelta b) dire chi è più stabile tra A e B, motivando la scelta.
27. Completare la seguente tabella:
Composto
Conformazione a sedia più stabile
Inversione d’anello
Proiezione di Newman
Inversione d’anello
1,1-dimetilcicloesano
Legame C1-C2; C5-C4
cis-1,2-dimetilcicloesano
Legame C2-C1; C4-C5
trans-1,2-dimetilcicloesano
Legame C1-C2; C5-C4
cis-1,3-dimetilcicloesano
Legame C2-C3; C6-C5
trans-1,3-dimetilcicloesano
Legame C2-C3; C6-C5
cis-1,4-dimetilcicloesano
Legame C2-C1; C4-C5
trans-1,4-dimetilcicloesano
Legame C1-C2; C5-C4
28.Disegnare un diagramma di energia potenziale per la rotazione di 360° del legame C2-C3 del 2-metilbutano, partendo da uno dei conformeri più stabili e disegnando tutte le conformazioni corrispondenti ai massimi e ai minimi di energia
29. Disegnare un diagramma di energia potenziale per la rotazione di 360° del legame C2-C3 del 2-metilbutano, partendo da uno dei conformeri meno stabili e disegnando tutte le conformazioni corrispondenti ai massimi e ai minimi di energia.
30. Esistono 4 combinazioni cis/trans per l’1,2,4-trimetilcicloesano. a) Disegnare le due possibili conformazioni della sedia per ciascuna struttura e determinare quale sia la conformazione a sedia più stabile. b) Confrontando le conformazioni a sedia più stabili per ciascuna struttura, quale dei 4 isomeri sarebbe più stabile?
Vincerà la sfida chi risponderà per primoCORRETTAMENTE al seguente quesito
La risposta dovrà essere inserita come commento al post (non saranno prese in considerazione risposte inviate via email). NB: è necessario utilizzare nome e cognome per essere identificati.
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 (3 punti) sarà annunciato lunedì a lezione.
Assegnare il nome IUPAC al seguente composto (NB: ai fini della challenge non è permesso l’utilizzo dei nomi d’uso per i sostituenti ramificati)
Di seguito sono riportati i risultati della prima prova intercorso. Gli studenti identificati con il colore verde hanno superato la prova con sufficienza (verde scuro voti più alti) e sono ammessi a sostenere la seconda prova intercorso (ovviamente, l’ammissione è subordinata alla frequenza alle lezioni, secondo quanto già chiarito precedentemente).
NB: I BONUS ottenuti dalla vittoria della Weekend Organic Chemistry Challenge (e delle sfide a sorpresa) sono già stati aggiunti nel conteggio del punteggio finale.
Gli studenti identificati dai colori giallo e arancione hanno superato con riserva. Anche gli studenti che hanno superato con riserva sono ammessi a sostenere la seconda prova intercorso.
* Per la matricola indicata da asterisco, molti esercizi della prova non sono stati corretti perchè a matita. Come già precedentemente chiarito, solo ciò che è scritto a penna può essere preso in considerazione!
Per gli studenti indicati dai colori rosso e nero, di seguito riportati, la prova si intende non superata. Questi studenti non sono ammessi a sostenere la seconda prova intercorso. Il nero indica una insufficienza gravissima (voto minore di 6…e si ricorda che i voti sono espressi in trentesimi e che anche a questi puntieggi sono stati aggiunti eventuali bonus ottenuti con le challenge).
Tutti coloro che vorranno prendere visione della prova potranno farlo secondo il seguente calendario e seguendo le indicazioni sotto riportate.
prima fascia (verde molto scuro/matricola in bianco): sarà possibile prendere visione del compito mercoledì a lezione nel corso della pausa;
seconda fascia (verde scuro/matricola in bianco): sarà possibile prendere visione del compito lunedì nell’intervallo tra la lezione e l’esercitazione;
terza fascia (seconda colonna a partire da sinistra): sarà possibile prendere visione del compito lunedì 21 pomeriggio tra le 16 e le 17:30. Sarà necessario prenotarsi usando questo linke sarete ricevuti in ordine di prenotazione, in Aula C2;
tutti gli altri studenti in verde e gli studenti ammessi con riserva dovranno prenotarsi usando questo link. Potranno prendere visione della prova martedì 22 tra le 16 e le 18 in Aula B; anche in questo caso sarete ricevuti in ordine di prenotazione;
gli studenti che non sono stati ammessi alla seconda prova potranno prendere visione della prova prenotandosi per il ricevimento “classico” utilizzando il solito doodle.
Coloro che non hanno possibilità di visionare la prova secondo il calendario sopra riportato, ma intendono comunque farlo, possono farlo durante il ricevimento, che va prenotato usando il solito link.
Gli isomeri conformazionali si interconvertono rapidamente l’uno nell’altro, in conseguenza della libera rotazione intorno al legame singolo. In genere, questi isomeri non possono essere separati l’uno dall’altro.
In virtù della rotazione intorno al legame sigma, per uno stesso composto è possibile scrivere diverse conformazioni.
In realtà, questa rotazione intorno al legame singolo non è completamente libera, dato che, nel momento in cui gli elettroni di legame vengono a trovarsi alla minima distanza (nelle conformazioni eclissate) ci sarà una repulsione tra di essi che porterà all’instaurarsi della tensione torsionale. La tensione torsionaleè dunque la resistenza opposta alla rotazione dei legami ed è dovuta alla repulsione tra gli elettroni di legame. I conformeri sfalsati sono ulteriormente stabilizzati dall‘iperconiugazione, che vede la sovrapposizione momentanea di un orbitale di legame sigma, occupato da elettroni, e un orbitale di antilegame vuoto di un C-H adiacente. I due orbitali si trovano in una posizione favorevole per la sovrapposizione solo nei conformeri sfalsati. A seguire, vediamo come questi due fattori determinano le differenze di energia nelle conformazioni dell’etano.
Se ai carboni sono legati dei gruppi più ingombranti dell’idrogeno, dobbiamo tener conto anche della tensione sterica, che è il risultato della repulsione tra le nuvole elettroniche di atomi o gruppi. Segue l’esempio delle conformazioni del butano secondo il legame C2-C3. Gruppi che danno maggiore ingombro sterico, contribuiranno maggiormente alla tensione sterica.
Infine, nel caso dei cicloalcani, è necessario tener presente un terzo tipo di tensione, che è quella angolare (o di anello), che si manifesta quando gli angoli di legame deviano dal valore ideale.
Nel caso del cicloesano, esistono diverse conformazioni caratterizzate da diverse energie. Le due conformazioni più stabili, quelle a sedia, sono prive di tensione angolare, dato che l’angolo di legame è molto vicino a quello tetraedrico, e di tensione torsionale, dato che tutti i legami C-H sono sfalsati. In presenza di sostituenti diversi dall’idrogeno, dobbiamo tener, invece, conto della eventuale tensione sterica. Il conformero a sedia con un sostituente in posizione equatoriale ha meno tensione sterica ed è perciò più stabile del conformero con il sostituente assiale. Un sostituente in posizione assiale ha interazioni 1,3-diassiali sfavorevoli. In presenza di più sostituenti, dobbiamo valutare la stabilità relativa dei due conformeri a sedia caso per caso.
NB: questi appunti sono utili solo se prima si è studiata la teoria utilizzando il libro di riferimento.
L’ultimo aggiornamento delle regole di nomenclatura IUPAC* prevede delle variazioni in relazione alla nomenclatura degli alcheni rispetto alle regole antecedenti, con particolare riferimento a quella che è la determinazione della catena principale.
Chimica Organica-DiSTABiF 
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