Category Archives: Chimica Organica – Scienze Biologiche

Introduzione alla nomenclatura sistematica IUPAC

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Il primo impatto con le regole di nomenclatura IUPAC può essere difficile, ma dobbiamo assolutamente conoscere questo sistema che ci permette di evitare di imparare a memoria migliaia e migliaia di nomi di composti organici.
Cerchiamo di esercitarci insieme in maniera graduale.

Occorrente: libro (in particolare Bruice), carta e penna, tanta pazienza e la totale attenzione…

Suggerimento: seguire l’ordine con cui gli esercizi sono presentati.

Vedrete che sul libro le regole sono numerate. I seguenti gruppi di esercizi devono essere svolti applicando le regole indicate nella traccia. Prima di svolgerli, leggete e capite bene le regole in questione. Se alla fine di ciascun set non avete dubbi, allora passate al successivo. Se avete dubbi, rivolgetevi alla docente per chiarimenti.

PRIMO SET: assegnare il nome sistematico IUPAC ai seguenti composti, applicando le regole 1 e 2
Individuiamo la catena continua di atomi di carbonio più lunga e definiamo il nome dell’idrocarburo genitore (o catena principale). La catena va numerata a partire dall’estremità che dà al sostituente il numero più basso possibile. Il nome del sostituente alchilico va messo prima del nome dell’idrocarburo genitore, insieme al numero che indica il carbonio cui è legato.

SECONDO SET: assegnare il nome sistematico IUPAC ai seguenti composti, applicando le regole 1, 2, 3 e 4
Regole aggiunte: Se ci sono più sostituenti, si numera la catena principale a partire dall’estremità che dà il numero più basso al sostituente che si incontra per primo (3). I sostituenti si elencano in ordine alfabetico.
Che succede se le due direzioni portano allo stesso numero per il sostituente che ha il numero più piccolo? Si numera nella direzione che dà il numero più basso possibile al sostituente successivo (4).

TERZO SET: assegnare il nome sistematico IUPAC ai seguenti composti, applicando le regole 1, 2, 3, 4 e 5
Regole aggiunte: Cosa si fa se non è possibile decidere da quale estremità cominciare a numerare perchè si ottengono gli stessi numeri per i sostituenti sia in una direzione sia nell’altra? In questo caso (e SOLO in questo caso) il gruppo citato per primo (quello che viene prima in ordine alfabetico) riceve il numero più basso.

QUARTO SET: assegnare il nome sistematico IUPAC ai seguenti composti, applicando le regole 1,2,3,4,5,6
Regole aggiunte: Se ci sono sostituenti ramificati, attribuire ad essi il nome numerando il sostituente a partire dal carbonio legato all’idrocarburo genitore. Il carbonio 1 è, dunque, quello legato alla catena principale. Il nome del sostituente viene messo tra parentesi. Non bisogna dimenticare di scrivere, fuori dalla parentesi, il numero che indica la posizione del sostituente ramificato sulla catena principale.

QUINTO SET: assegnare il nome sistematico IUPAC ai seguenti composti, applicando le regole 1,2,3,4,5,6,7
Regole aggiunte: Che succede se ci sono due o più catene della stessa lunghezza? Quale dovremo scegliere come catena principale? La catena principale sarà quella con il maggior numero di sostituenti.

NB: I numeri cui si fa riferimento nella traccia di ciascun set sono quelli usati nel Bruice, ultima edizione.
Notate come, man mano che aggiungiamo regole, non dobbiamo dimenticare quelle precedenti.

Seguiranno altri esercizi…

Acidi e Basi: risposte alle domande più frequenti

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Definizioni

Acido di Brønsted-Lowry: specie che cede un protone

Base di Brønsted-Lowry: specie che accetta un protone

Reazioni acido-base: reazione di un acido con una base.
Un acido non può perdere un protone senza la presenza di una base che lo accetta: un acido reagisce sempre con una base. La reazione inversa di una reazione acido-base è anch’essa una reazione acido-base.
In queste reazioni (chiamate anche reazioni di trasferimento protonico) un acido dona un protone ad una base. L’acido si trasformerà nella sua base coniugata, la base nel suo acido coniugato.

pH= -log[H3O+] –>Descrive l’acidità della soluzione

pKa= -logKa –> indica la tendenza del composto a perdere il protone. Si tratta di una caratteristica della molecola, e in quanto tale dipende dalla struttura di quest’ultima.

Domande e risposte

Quando le due specie che reagiscono possiedono entrambe degli idrogeni acidi e delle coppie solitarie come posso capire chi si comporterà da acido e chi si comporterà da base?
Per capire chi perde il protone e chi lo acquista, bisogna confrontare i valori di pKa: L’acido che ha il valore di pKa più basso (acido più forte) è la specie che agisce da acido, perdendo un protone.

Come faccio a capire dove è spostato l’equilibrio?
L’equilibrio favorisce la formazione dell’acido più debole. Bisogna quindi individuare le specie che si comportano da acido (sia tra i reagenti sia tra i prodotti) e confrontare i valori di pKa (o, comunque, la forza acida relativa).

Come faccio a stimare la forza acida relativa di due composti sulla base della loro struttura?
Innanzitutto è necessario individuare il protone più acido in ciascun composto, applicando le regole che seguono (1-4), e poi bisogna confrontare i composti tra di loro, usando le stesse regole.
Ricordandoci che più debole è la base, più forte è il suo acido coniugato, è utile ragionare proprio sulla stabilità relativa delle basi coniugate. Dunque: base più stabile=base più debole=acido coniugato più forte.

1) Se i protoni sono legati ad atomi di dimensioni simili (es.: C,N,O,F), l’acido più forte è costituito da quello con il protone legato all’atomo più elettronegativo.
Perchè? La base coniugata con la carica negativa localizzata sull’atomo più elettronegativo sarà più stabile (e quindi più debole), in quanto questo “tollera” meglio la carica negativa.
Ricorda: l’elettronegatività di un atomo è influenzata anche dalla sua ibridazione (maggiore è il carattere s degli orbitali ibridi, maggiore sarà l’elettronegatività, dato che gli elettroni di legame saranno più vicini al nucleo). Dunque, un C sp è più elettronegativo di un C sp2, che è più elettronegativo di un C sp3.

2) Se i protoni sono legati ad atomi di differenti dimensioni (es.: F, Cl, Br, I), l’acido più forte risulterà quello il cui protone è legato all’atomo più grande.
Perchè? La base coniugata dell’atomo di maggiori dimensioni sarà più stabile in quanto gli elettroni di valenza si troveranno in orbitali che occuperanno via via un volume maggiore (es. 3sp3 vs. 4sp3). Questo significa che l’anione che deriva dall’atomo più grande sarà caratterizzato da una minore densità elettronica e sarà quindi più stabile rispetto a quello che deriva da un atomo di dimensioni minori.

Il seguente schema può essere utile per riassumere i punti 1 e 2.



3) Una caratteristica strutturale che ha effetto sull’acidità è la possibilità di avere risonanza: se la base coniugata è stabilizzata per risonanza, questo determina un aumento della forza dell’acido.
Perchè? La delocalizzazione degli elettroni aumenta la stabilità del sistema (NB: questo concetto sarà ulteriormente approfondito in seguito) diminuendo, nel caso della base coniugata, la densità elettronica sul singolo atomo.

4) Sostituenti (ovvero atomi che hanno sostituito un atomo di idrogeno) elettronegativi, che attirano versi di sé gli elettroni di legame, aumentano la forza dell’acido (effetto induttivo elettron-attrattore).
Perchè? Dato che questi atomi attirano a sé gli elettroni di legame, vanno a diminuire la densità elettronica sull’atomo carico negativamente, contribuendo in questo modo alla stabilità della base coniugata.
NB: mentre per i punti 1 e 2 stiamo ragionando sull’atomo che, nella base coniugata porterà la carica negativa, nel caso dell’effetto induttivo elettron-attrattore, ragioniamo su atomi che si trovano distanti 2,3 o più legami dall’atomo da cui verrà strappato il protone. In questo caso dobbiamo prendere in considerazione solo elettronegatività dell’atomo e distanza dal sito di interesse.
Errore classico: per gli alogeni (e a volte anche per atomi di altri elementi), confondere l’effetto diretto descritto ai punti 1 e 2, con l’effetto induttivo elettron-attrattore, descritto al punto 4. Nel primo caso entra in gioco la dimensione degli atomi, nel secondo caso l’elettronegatività. Si tratta infatti di due effetti diversi, che non vanno MAI confusi.

SUGGERIMENTO: quando si confrontano due o più composti, concentrarsi sempre sulle differenze, tralasciando le caratteristiche strutturali che sono comuni a tutti.
NB: stabilire la forza relativa di due acidi significa anche individuare quale dei due avrà pKa minore e quale avrà pKa maggiore.

Come faccio a stimare la basicità relativa di due composti sulla base della loro struttura?
Tralasciando per ora casi specifici che analizzeremo al momento opportuno, i punti 1-4 possono essere utilizzati anche per ragionare sulla forza delle basi. Ricordiamo che base più stabile=base più debole.

Come faccio a determinare il sito di protonazione di un composto? è necessario individuare l’atomo più basico nella molecola (vedi “strategia per la risoluzione dei problemi” pag. 58) E di un composto con elettroni delocalizzati? In questo caso, è necessario analizzare le strutture limite di risonanza per individuare l’atomo più basico, caratterizzato da una densità elettronica maggiore (vedi “strategia per la risoluzione dei problemi” pag. 58).

Come faccio a capire se, in una soluzione ad un determinato valore di pH, un composto si trova nella forma acisa o basica? Tenendo conto che il fatto che un acido perda o meno il protone in una soluzione acquosa dipende sia dal suo pKa sia dal pH della soluzione, è possibile utilizzare l’equazione di Henderson–Hasselbalch, che mette in relazione queste due misure, per capire quale sarà la forma predominante (acida o basica) di un composto in soluzione.

Test di autovalutazione su acidi e basi

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Proviamo a testare la nostra preparazione su acidi e basi.

Cosa è necessario fare prima di aprire i due link che seguono:

  1. Studiare tutti gli argomenti trattati fino ad ora a lezione
  2. Esercitarsi, utilizzando sia gli esercizi del libro sia quelli del blog.

Se siete a posto con i primi due punti, è il momento di proseguire.

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.

Verso la prova intercorso: primo check-point su “Struttura elettronica e legami”

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Sono ora disponibili le soluzioni relative agli esercizi su questi argomenti. Il link per accedervi è presente nei commenti a ciascun post (NB: per gli “esercizi di riscaldamento” non saranno caricate le soluzioni). La password è stata comunicata a lezione.

In caso di dubbi su tali esercizi (e sulle relative soluzioni), è possibile chiedere chiarimenti a lezione o a ricevimento.

A questo punto, dopo aver studiato la prima parte (che equivale al primo capitolo del Bruice + alla ripetizione di chimica generale) e fatto tutti gli esercizi, incluso il test di autovalutazione (che a questo punto rimarrà sempre aperto), se avete ancora dubbi è possibile esporli utilizzando il seguente form (che, ATTENZIONE, sarà aperto solo fino a giovedì 10 alle 14:00): https://forms.office.com/e/AMudD9gcbF

Acidi e basi II

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1. a) L’acido metansolfonico (CH3SO3H) ha un pKa di circa -2, mentre l’etanolo (CH3CH2OH) ha un pKa di circa 16. Qual è l’acido più forte e quali caratteristiche strutturali giustificano questa grande differenza in termini di forza acida? (Suggerimento: scrivere le strutture di Lewis dei due composti).
b) Secondo te, l’acido trifluorometansolfonico (CF3SO3H) è più o meno acido dell’acido metansolfonico? Perchè?

2. Se la Ka dell’acido formico è 1.7 x 10-4, il suo pKa sarà:
A) 1.7 B) 10.3 C) 4.0 D) 3.8 E) -2.3
(Provare a risolvere l’esercizio senza utilizzare la calcolatrice)

3. Quando il metanolo (CH3OH) si comporta da base, il suo acido coniugato è:
A) CH4OH B) CH3OH2+ C) CH3O– D) –CH2OH

4) Scrivi i prodotti delle seguenti reazioni acido-base e indica dove è spostato l’equilibrio

5) a) L’etene, CH2CH2, ha pKa = 44. Scrivere l’equazione che mostra dove è spostato l’equilibrio in una reazione con OH–. b) Poi, scrivere l’equazione della reazione dell’etene con –NH2. Quale sarà, tra le due, la base migliore per rimuovere il protone dall’etene? (pKa NH3 = 36, pKa H2O = 15.7)

6) Rispondere ai seguenti quesiti:

a) A quale valore di pH la concentrazione della forma basica di un composto con pKa 6.2 è 100 volte maggiore rispetto alla forma acida?

b) A quale valore di pH la concentrazione della forma acida di un composto con pKa 3.4 è 10 volte maggiore rispetto alla forma basica?

c) A quale valore di pH il 50% di un composto con pKa 7.2 si troverà in soluzione nella forma basica?

d) A quale valore di pH la concentrazione della forma basica di un composto con pKa 5.2 è 100 volte maggiore rispetto alla forma acida?

e) A quale valore di pH il 50% di un composto con pKa 6.4 si troverà in soluzione nella forma acida?

(PRIMA di svolgere questo esercizio, si consiglia di consultare il problema risolto presente sul libro a pagina 73-problema 44).

7) Per ciascuno dei seguenti composti, scrivi la forma predominante a pH 3; 6; 10; 14

a) CH3CH2OH (pKa= 15,9)

b) CH3COOH (pKa= 4,8)

c) CH3CH2NH3+ (pKa= 11,0)

8) Sulla base di quanto dedotto per l’esercizio 7a, in che condizioni è possibile protonare l’ossigeno dell’etanolo?

9) La molecola mostrata di seguito è l’acido lisergico, quale sarà l’idrogeno più acido?

Curiosità: L’acido lisergico è un composto prodotto dal fungo Claviceps purpurea, anche noto come Ergot o Segale Cornuta, parassita delle graminaceae. Se assunto in certe dosi, l’acido lisergico, causa una sindrome nota come ergotismo (sindrome relativamente diffusa in passato a causa del consumo di cereali infettati dal fungo). Un derivato dell’acido lisergico, l’LSD è una potente droga allucinogena.

10) Quali dei seguenti composti sono basi di Lewis? Quali sono acidi di Lewis? a) SiH4 b) AlCl3 c) PH3 d) H2S e) H2O f) BH3

                            

Acidi e basi

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1) Indicare il valore maggiore per ciascuna coppia:
a) il pKa di un acido forte e il pKa di un acido debole
b) la Ka di un acido forte e la Ka di un acido debole

2) Sulla base delle informazioni riportate sotto, indicare dove è spostato il seguente equilibrio acido-base:

3) 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

4) Qual è l’acido coniugato dell’ammoniaca?

5) Mettere i seguenti composti in ordine di acidità crescente e motivare la scelta:
CH3CH2CH2SH b) CH3CH2CH2NH2 c) CH3CH2CH2OH d) CH3CH2CH2CH3

6) Dire quale atomo nella seguente molecola può essere più facilmente deprotonato

7) Elencare i seguenti idrogeni in ordine di acidità crescente (dal valore più basso a quello più alto) e motivare la scelta

8) Nell’acido acetico, CH3COOH, l’idrogeno dell’OH è più acido degli idrogeni del CH3. Spiegare il perchè.

9) Di seguito sono riportate delle coppie di composti, dire quale composto di ciascuna coppia ha il pKa più basso

10) Qual è l’acido più forte tra quelli elencati sotto? Quali caratteristiche strutturali giustificano i valori di pKa riportati?

11) Disporre i seguenti composti in ordine di acidità crescente:

12) Di seguito sono riportate due coppie di composti. Dire quale composto di ciascuna coppia è il più acido e spiegare perché:

13) Disporre i seguenti composti in ordine di acidità crescente:

14) Mettere i seguenti composti in ordine di acidità decrescente e motivare la scelta:

a) CH3CH2CH2COOH b) CH3CH2CHBrCOOH c) CH3CH2CBr2COOH

d) CH3CHFCH2COOH e) CH3CHBrCH2COOH f) CH3CH2CH2CH2OH

15) Metti i seguenti composti in ordine di acidità crescente e motiva la scelta

16) Cerchiare l’acido più debole e motivare sinteticamente la scelta. 

17) Ordina i seguenti composti per acidità crescente e motivare la scelta

18) Dire chi è più basico nelle seguenti coppie di composti, motivando la scelta:
a) NH3 e NaNH2
b)

19) Metti i seguenti composti in ordine di basicità crescente (NB: a lezione non abbiamo ancora visto un esempio di questo tipo, ma provate a ragionarci…ne discuteremo a lezione).

20) Cerchiare la base più forte e motivare sinteticamente la scelta.     

Weekend Organic Chemistry Challenge

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Regolamento:

  • Vincerà la sfida chi risponderà per primo CORRETTAMENTE al seguente quesito
  • La risposta dovrà essere inserita come commento al post (non saranno prese in considerazione risposte inviate via email)
  • 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.

I seguenti composti sono caratterizzati dalla stessa formula molecolare, ma da strutture diverse (vedremo a breve che parliamo, in questo caso, di isomeri): nella prima, i due atomi di idrogeno legati ai carboni si trovano dallo stesso lato rispetto al doppio legame, nella seconda si trovano da lati opposti.

Si tratta di composti diversi, in quanto, intorno al doppio legame non è possibile libera rotazione.

Però, l’assorbimento di luce può portare all’interconversione dei due isomeri. Sapendo che l’assorbimento di luce di una determinata lunghezza d’onda da parte del doppio legame porta all’eccitazione di un elettrone dall’orbitale molecolare π (pi-greco) all’orbitale π*, spiegare perchè questo assorbimento può portare all’interconversione dei due isomeri.

CdL Scienze Biologiche – Rapertura Test di autovalutazione

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Da questo momento in poi, gli studenti che non sono riusciti in tempo a sostenere il test in questione potranno farlo, accedendo al link presente nel post (trovate il link qui sotto). Il test resterà aperto e a disposizione di tutti (è possibile anche rifare il test in un secondo momento).

Test di autovalutazione e questionario in preparazione all’esercitazione

Test di autovalutazione e questionario in preparazione all’esercitazione

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È già tempo di verifiche!

Proviamo a testare la nostra preparazione.

Cosa è necessario fare prima di aprire i due link che seguono:

  1. Studiare tutti gli argomenti trattati fino ad ora a lezione
  2. Esercitarsi, utilizzando sia gli esercizi del libro sia quelli del blog.

Se siete a posto con i primi due punti, è il momento di proseguire.

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. Sarà possibile rispondere fino alle 18:00 di domani 3/10/24. Sarà possibile rispondere nuovamente al test a partire dalle 13:30 del 4/10/24 (NB: anche chi ha già sostenuto il test, può rifarlo).

Se avete risposto al test precedente, potrete a questo punto aprire il link seguente (questionario), in cui potrete illustrare le eventuali difficoltà riscontrate. Sarà possibile rispondere al questionario fino alle 19:00 di domani 3/10/24.

L’esercitazione sarà basata sia sui risultati del test, sia sulle osservazioni fatte nel questionario. NB: non saranno presi in considerazione i questionari compilati senza aver prima fatto il test!

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