Prima di iniziare le esercitazioni di laboratorio è necessario consultare con attenzione le informazioni riportate in questo post.
Sarà inoltre necessario formare i gruppi secondo le indicazioni riportate in fondo a questo post.
Materiale occorrente e info
Ogni studente può accedere al laboratorio indossando un camice
Borse, giacche, alimenti e bevande non possono essere portate all’interno del laboratorio ma riposti nel vostro cassetto personale nel locale spogliatoio
Altri dispositivi di protezione individuale saranno forniti prima dell’inizio dell’esperienza
Ogni studente deve essere in possesso della dispensa che troverete qui sul blog, righello, penna, matita
La registrazione accurata di dati, osservazioni e risultati relativi all’esperimento svolto viene riportata nella dispensa
Norme di sicurezza
La sicurezza del laboratorio è responsabilità personale di ognuno, di seguito del materiale utile
Le dispense delle esperienze di laboratorio saranno pubblicate in post dedicati.
FORMAZIONE GRUPPI
Collegandovi al link sottostante potete abbinare il vostro nome a quello di un altro collega del corso per la formazione dei gruppi di laboratorio di Chimica Organica. Ogni gruppo deve essere composto da due persone.
Ciascuna coppia dovrà essere formata inserendo nome e cognome (colonna A) e matricola (colonna B) del primo studente nelle colonne A e B e i dati del secondo studente nelle colonne C e D, accanto al nome del compagno/a di gruppo.
Coloro che non hanno già un compagno di gruppo potranno inserire i loro dati nelle colonne A e B: in questo caso, i gruppi saranno formati successivamente dalla docente.
Gli studenti del secondo anno in corso dovranno utilizzare le colonne in verde.
Studenti del III anno che intendono recuperare il laboratorio (non obbligatorio nel loro caso), potranno fare lo stesso, ma utilizzando le colonne in azzurro (GH/IJ).
NB: è possibile formare il gruppo solo con studenti dello stesso anno di corso!
Premessa: sono state pubblicate le soluzioni di alcuni set di esercizisull’argomento e altre saranno pubblicate al più presto.
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. IL form di chiuderà sabato alle 18:00.
Dopo aver eventualmente consultato le soluzioni e SOLO dopo aver fatto il test di autovalutazione su analisi conformazionale potrete esprimere i vostri dubbi rispondendo al questionario presente al seguente link: Analisi conformazionale – questionario dubbi – Fill out form
NB: non saranno prese in considerazione risposte in cui i dubbi non vengono dettagliati e quelle ottenute da coloro che non hanno prima fatto i test di autovalutazione.
L’esercitazione su questo argomento non si terrà domani (come precedentemente comunicato), ma lunedì
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:
NB: a rigore, per il primo dei due composti, bisogna indicare anche la geometria del doppio legame
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.
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?
1. Disporre i seguenti cicloalcani in ordine di tensione d’anello (=tensione angolare) crescente: a) cicloesano b) ciclopropano d) ciclobutano e) ciclopentano
2. Quale delle seguenti affermazioni è una descrizione corretta del conformero più stabile del 1,1,3-trimetilcicloesano? a) il metile al C-3 è equatoriale b) C-1 è un carbonio terziario e C-3 è primario c) C-1 è quaternario e C-3 è secondario d) il metile al C-3 è assiale
3. Disegnare i due conformeri a sedia dei seguenti composti e dire qual è il più stabile dei due. a) cis-1-bromo-2-metilcicloesano b) cis-1-isopropil-2-metilcicloesano c) trans-1-butil-2-isopropilcicloesano d) trans-1-terz-butil-2-metilcicloesano e) trans-1-cloro-4-propilcicloesano.
11. Scrivete il cicloesano trisostituito riportato in basso nelle due conformazioni a sedia indicando dov’è spostato l’equilibrio. Scrivete, inoltre le due conformazioni a sedia in proiezione di Newman guardando la molecola lungo i legami C4-C5 / C2-C1.
12.Per ciascuno dei seguenti composti I) disegnare il conformero a sedia più stabile dell’isomero geometrico più stabile II) dire se si tratta dell’isomero cis o trans: a) 1-butil-2-metilcicloesano b) 1-terz-butil-4-metilcicloesano c) 1,4-dietilcicloesano
13. Dire quali conformeri del cicloesano corrispondono ai minimi e ai massimi di energia (a-g) in questo grafico:
14. Quale delle seguenti proiezioni di Newman corrisponde al trans-1,4-dimetilcicloesano?
15. Contrariamente a quanto detto per la maggioranza dei cicloesani 1,3-disostituiti, il cis-1,3-cicloesandiolo diassale è più stabile del conformero diequatoriale. Fornire una spiegazione plausibile.
16. Quale dei seguenti cicloesani sostituiti presenta il minor numero di interazioni gauche?
17. Confrontare le seguenti strutture e dire che relazione (isomeri di struttura, isomeri geometrici, isomeri conformazionali, ecc.) intercorre tra loro
a e b sono………………….
a e c sono………………….
a e d sono………………….
a ed e sono………………..
b e c sono………………
ecc.
18. Nel conformero a più bassa energia del seguente composto, quanti gruppi alchilici sono assiali?
19. Disegnare il conformero a minor energia del trans-1-isobutil-4-metilcicloesano e del cis-1-isobutil-4-metilcicloesano. Poi, confrontare tra loro i due isomeri geometrici Quale dei due sarà quello più stabile? Perché?
20. Il composto mostrato di seguito è il mentolo, un composto presente negli oli essenziali di diverse piante, ma in particolar ein quello della menta piperita. Disegnare le due conformazioni a sedia del mentolo e stabilire qual è la più stabile.
Osservare attentamente la seguente figura (attenzione a come è disegnata la sedia, al numero dei carboni e alla posizione dei singoli legami; notare come tutti i legami assiali diventano equatoriali e viceversa):
Procedimento
Proiezione di Newman
Osservare attentamente la seguente figura. NB: per passare dalla proiezione di Newman di una delle conformazioni all’altra, concentrarsi sui due CH2 “centrali”; basta “spingere” verso l’alto il CH2 rivolto verso il basso (vedi quello riportato in nero) e di conseguenza “spingere” verso il basso l’altro CH2 (quello riportato un rosso). A quel punto, disegnando correttamente gli altri legami, basterà completare la proiezione. Notare che il sostituente X (in nero) da equatoriale diventa assiale. Notare anche che non cambiano i legami lungo cui si osserva il cicloesano nella proiezione di Newman.
NB: sia sulla sedia che sulla proiezione di Newman a seguito dell’inversione di anello, tutti i legami equatoriali diventano assiali e tutti quelli assiali diventano equatoriali, ma tutto ciò che è rivolto verso l’alto (al di sopra dell’anello) continua ad essere rivolto verso l’alto, così come tutto ciò che è rivolto verso il basso, continua ad essere rivolto verso il basso (mai spostare un sostituente da un legame rivolto verso l’alto a uno verso il basso e viceversa, dato che una modifica di questo tipo è possibile solo a seguito della rottura di un legame sigma).
3. Disegnare le strutture a cavalletto corrispondenti alle proiezioni di Newman dell’esercizio 1
4.Disegnare la proiezione di Newman del conformero più stabile del 2-metilpropano.
5.Disegnare il conformero a più bassa energia che deriva dalla rotazione intorno al legame C2-C3 del butano.
6. Disegnare il conformero gauche del butano.
7. Tra i conformeri del butano, quale si trova al minimo di energia su un diagramma di energia potenziale: a) gauche b) eclissato c) gauche e anti d) anti
8. Mediante le proiezioni di Newman, rappresentare le conformazioni dell’1,2-dicloroetano corrispondenti ai minimi ed ai massimi di energia su un diagramma di energia potenziale.
9. Scrivere, in proiezione di Newman, i conformeri sfalsati ed eclissati dei seguenti composti: a) 2-metilbutano, rispetto al legame C2-C3; b) 2,2,3,3-tetrametilbutano, rispetto al legame C2-C3; c) 1,2-dibromoetano; d) 1,2-dicloro-1-fluoroetano; e) esano, rispetto al legame C3-C4; f) 2-cloro-3-metilpentano, rispetto al legame C2-C3; g) 2-metilpentano, rispetto al legame C1-C2; h) 2-metilpentano, rispetto al legame C2-C3; i) 2-metilpentano, rispetto al legame C3-C4.
10.Disegnare il diagramma di energia potenziale per le conformazioni di I) etano, II) neopentano (=2,2-dimetilpropano) e III) 2-cloro-3-metilpentano (prendere in considerazione il legame C2-C3). Indicare anche i conformeri che corrispondono ai massimi e ai minimi di energia.
11. Scrivere le proiezioni di Newman della conformazione anti e delle due conformazioni eclissate dell’1,2-diiodoetano. Quale delle due conformazioni eclissate ha energia maggiore?
12. Il seguente grafico mostra l’energia potenziale al variare dell’angolo diedro, guardando il legame C-C della molecola di 1-bromo-1-cloro-2-fluoroetano. Completare le proiezioni di Newman ed elencare il tipo di tensione presente in ciascuna di esse
13. Quello riportato di seguito è il diagramma delle variazioni di energia potenziale rispetto all’angolo diedro per l’1,2-dicloroetano.
a) A cosa corrispondono A, C, E, G? b) Disegnare le proiezioni di Newman di tutti i conformeri eclissati, indicandoli con la lettera corrispondente sul grafico
14. Il grafico in basso mostra le variazioni di energia che avvengono durante la rotazione del legame C-C indicato dalla freccia. Quale/i lettera/e sul grafico corrisponde (o corrispondono) alla proiezione di Newmann mostrata in basso?
Difficoltà a capire e visualizzare le diverse conformazioni? Be’…è il momento giusto per utilizzare i vostri modellini molecolari. Questi possono aiutarvi tantissimo nel visualizzare la disposizione spaziale degli atomi delle molecole. Inoltre, di seguito sono disponibili diversi video e risorse interattive (scorrete la pagina dopo i video per trovare i link a queste ultime) che possono esservi di grandissimo aiuto! E non dimenticate poi di esercitarvi!
Analisi conformazionale dell’etano
Fattore che destabilizza il conformero eclissato: tensione torsionale (repulsione tra gli elettroni di legame di due sostituenti) Fattore che stabilizza il conformeto sfalsato: iperconiugazione.
Analisi conformazionale del butano
In questo caso entra in gioco anche la tensione sterica (repulsione tra le nuvole elettroniche dei sostituenti)
Analisi conformazionale del cicloesano
Per i cicloalcani dobbiamo prendere in considerazione anche la tensione angolare o d’anello (dovuta alla deviazione dell’angolo dall’angolo tetraedrico). Nel caso del cicloesano a sedia, l’angolo è di 111°, molto vicino all’angolo tetraedrico.
Perchè la conformazione a sedia è più stabile delle altre?
Cicloesani monosostituiti
Cicloesani disostituiti
Fattori che destabilizzano i conformeri a sedia:
-Interazioni 1,3-diassiali
-Altre interazioni gauche
Risorse interattive:
Proiezioni di Newman del butano e dell’etano: seguendo questi link e cliccando sulle proiezioni di Newman è possibile confrontare quelle sfalsate e quelle eclissate, inoltre, cliccando sulle frecce è possibile visualizzare la rotazione intorno al legame sigma.
Conformazioni del butano (rispetto al legame C2-C3): anche qui è possibile interagire come descritto sopra per visualizzare tutte le diverse conformazioni e l’energia ad esse associata.
Conformazioni del cicloeasano (modalità interattiva: cliccare su conformeri e su frecce, come descritto sopra).
Diversi tipi di rappresentazioni strutturali dei composti organici sono disponibili e ciascuna di esse è utile per mettere in evidenza determinati aspetti spaziali (e non solo). Saperle scrivere e leggere è fondamentale. Inoltre, è importante saper convertire queste rappresentazioni tra loro.
Sicuramente una struttura che vedremo spesso è quella a segmenti, in cui l’orientamento nello spazio dei sostituenti viene indicato usando un cuneo pieno (verso l’osservatore) e un cuneo tratteggiato (lontano dall’osservatore). Questo tipo di rappresentazione però non è adatta per l’analisi conformazionale, nè utile per mostrare gli aspetti stereochimici delle reazioni.
Le proiezioni di Newman sono usate per rappresentare su carta le strutture tridimensionali che derivano dalla rotazione intorno ai legami sigma. Indicazioni su come scriverle sono riportate nel paragrafo 3.11 del Bruice. Le strutture a cavalletto mostrano il legame C-C in modo prospettico. In particolare, stiamo osservando la molecola da un angolo. I legami possono essere eclissati o sfalsati.
A questo punto, vVediamo la relazione esistente tra la proiezione a cavalletto e la proiezione di Newman. Se immaginiamo la proiezione di Newman come una rappresentazione 2D della struttura a cavalletto, che invece ci mostra il legame C-C da un certo angolo, il passaggio dall’una all’altra dovrebbe essere immediato.
Per passare dalla proiezione a cavalletto a quella di Newman, immaginiamo di proiettare i legami (e gli atomi) sul foglio; per fare il contrario, immaginiamo di estendere la proiezione di Newman fuori dal foglio.
ESEMPIO: Nella figura in basso sono riportate la proiezione di Newman e la struttura a cavalletto corrispondenti di una delle conformazioni sfalsate (riquadro giallo) ed eclissate (riquadro verde) del 2-metilpentano, secondo il legame C2-C3.
Una nota a parte è essenziale per le rappresentazioni del cicloesano, che sono ampiamente trattate sul libro. Nel paragrafo 3.13 vedrete come disegnare i conformeri a sedia e come effettuare la conversione d’anello. A pagina 133 sono disponibili invece informazioni su come disegnare la proiezione di Newman del cicloesano.
*In questo post di fa spesso riferimento al libro: in questo caso ci riferiamo all’ultima edizione del Bruice. Chi ha un libro diverso, potrà avvalersi dell’aiuto dell’indice analitico
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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