Chimica Organica-DiSTABiF

1) Assegnare il nome sistematico IUPAC ai seguenti composti

2) Individuare tutti i carboni primari nei composti dell’esercizio 1

3) Individuare tutti gli idrogeni terziari nei composti dell’esercizio 1

4) Scrivi le formule di struttura dei seguenti composti:

a) 2,3-dimetilesano

b) 4,4-dietildecano

c) 4-isopropil-2,4,5-trimetileptano

d) 2,2-dimetil-4-propilottano

e) 4-isobutil-2,5-dimetilottano

f) 4-terz-butileptano

h) 3,4-dimetilottano

i) 2,2,4-trimetilesano

j) 5-butil-2,2-dimetilnonano

k) 3-etil-2,4,5-trimetilottano

5) Scrivi tutti gli alcani a 6 atomi di carbonio (formula molecolare C₆H₁₄) e attribuisci il nome IUPAC a ciascuno di essi

6) Dire se i seguenti nomi sistematici sono corretti. Se non lo sono, apportare le opportune correzioni:
a) 1-etil-3,4-dimetilesano
b) 3-isopropilesano
c) 1,4-dimetilesano

7) Ciascuno dei nomi IUPAC riportato sotto non è corretto. Spiega perchè e scrivi il nome corretto (per ora ignorare le lettere i ed l)

8) Scrivi la formula di struttura e attribuisci il nome IUPAC a un alcano di formula C₈H₁₈, che contenga solo idrogeni primari.

9) Scrivi la formula di struttura e attribuisci il nome IUPAC a un alcano di formula C₆H₁₄, che contenga solo idrogeni primari e terziari

10) Scrivi la formula di struttura e attribuisci il nome IUPAC a un alcano di formula C₅H₁₂, che contenga solo carboni primari e quaternari.

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…

1. a) L’acido metansolfonico (CH₃SO₃H) ha un pK_a di circa -2, mentre l’etanolo (CH₃CH₂OH) ha un pK_a 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 K_a dell’acido formico è 1.7 x 10^-4, il suo pK_a 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 pK_a = 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? (pK_a NH₃ = 36, pK_a H₂O = 15.7)

6) Rispondere ai seguenti quesiti:

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

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

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

e) A quale valore di pH il 50% di un composto con pK_a 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 (pK_a= 15,9)

b) CH₃COOH (pK_a= 4,8)

c) CH₃CH₂NH₃⁺ (pK_a= 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

                            

1) Indicare il valore maggiore per ciascuna coppia:
a) il pK_a di un acido forte e il pK_a di un acido debole
b) la K_a di un acido forte e la K_a 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^– / CO₃^2-
(e) H₂PO₄^– / HPO₄^2-
(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 pK_a più basso

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

1. Identificare il tipo di orbitali (indicati dalle lettere a-g nell’immagine seguente); specificare anche se si tratta di orbitali atomici o molecolari.

2. Indicare il tipo di ibridazione per ognuno degli atomi (escluso l’H) dei seguenti composti

3. Per gli atomi indicati da una freccia nei seguenti composti, indicare:

4. Descrivi ibridazione, geometria e angolo di legame per gli atomi indicati da freccia nella seguente struttura:

5a. Indicare il tipo di ibridazione per ognuno degli atomi indicati da una freccia:

5b. In riferimento all’esercizio 5a, prendere in considerazione i legami presenti tra b/e e c/d rispettivamente. Fornire una descrizione dettagliata degli orbitali ibridi che si sovrappongono e degli orbitali molecolari che si formano.

6. Quale delle seguenti affermazioni è falsa?
Un orbitale molecolare sigma
a) può derivare dalla sovrapposizione laterale di due orbitali atomici p
b) può derivare dalla sovrapposizione testa-testa di due orbitali atomici p
c) può derivare dalla sovrapposizione di due orbitali atomici s
d) può derivare dalla sovrapposizione di un orbitale atomico s e un orbitale atomico p

7. Gli orbitali molecolari di antilegame sono prodotti da:
a) interazione costruttiva (in fase) degli orbitali atomici
b) interazione distruttiva (fasi opposte) degli orbitali atomici
c) la sovrapposizione degli orbitali atomici di due ioni negativi
d) tutte le precedenti
e) nessuna delle precedenti

8. Quali orbitali ibridi si trovano nella molecola di acqua?
a) sp3
b) sp2
c) sp3d
d) sp

9. Quali orbitali si formano per sovrapposizione assiale di 2 orbitali sp³ ? Quali orbitali sono invece coinvolti nella formazione di un legame pi-greco?

10. Proporre formule di struttura per le molecole aventi le seguenti caratteristiche:
a) due atomi di carbonio ibridati sp² e due atomi di carbonio ibridati sp³
b) quattro atomi di carbonio tutti ibridati sp²
c) due atomi di carbonio ibridati sp, e due atomi di carbonio ibridati sp²

11. Proporre la struttura di una molecole che soddisfi i seguenti criteri: contiene 2 atomi di carbonio ibridati sp² e 2 atomi di carbonio ibridati sp³. Dire quali sono la geometria e gli angoli di legame di ciascun carbonio.

12. Nelle seguenti figure, alcuni dei legami sono indicati da freccia e da una lettera. a) Etichettare i legami a-d come singoli, doppi o tripli; b) Indicare (per quei legami) il tipo di orbitale/i molecolare/i; c) dire quali orbitali atomici/orbitali ibridi sono coinvolti nella formazione del legame.
d) Considerando tutti i legami singoli C-C della molecola, qual è il legame più corto? (NB: in questo caso ci riferiamo a tutti i legami, non solo a quelli indicati da freccia e lettera)

13. Nella seguente figura, alcuni dei legami sono indicati da freccia e da una lettera.

1) Etichettare i legami a-d come singoli, doppi o tripli;
2) indicare il tipo di orbitale/i molecolare/i;
3) dire quali orbitali atomici sono coinvolti nella formazione del legame.
4) Considerando tutti i legami singoli della molecola (ed escludendo i legami C-H) qual è il legame più corto?

14. Quella qui riportata è la struttura della vitamina C

a) Individuare il legame singolo C-C più corto
b) dire quali orbitali molecolari danno luogo al doppio legame C=O e quali orbitali atomici/ibridi sono usati per formare tali orbitali molecolari
c) dire quanti atomi di idrogeno in tutto sono presenti nella molecola
e) individuare gli atomi di carbonio ibridati sp²

15) La struttura di seguito riportata è quella della chinina. Osservare gli atomi e i legami indicati da lettere e numeri e completare le seguenti frasi o rispondere alle seguenti domande

I) La coppia solitaria dell’atomo di azoto a si trovano in un orbitale_______; quella dell’atomo di azoto b si trova in un orbitale_______
II) Osservare il legame indicato dalla c ed indicare il tipo di orbitale/i molecolare/i______________________________________________________________________________________
III) Quali orbitali atomici ibridi si sovrappongono per formare il legame c?_____________________________________________________________________________________
IV) Qual è il legame più corto tra quelli indicati dai numeri da 1 a 4?____________________________________________________________________________________

16. Il composto mostrato in figura è il paclitaxel, un farmaco antitumorale. Indicare l’ibridazione dei carboni indicati dalle lettere A e B e dai numeri 1,2,3.

17. Dire quali sono l’ibridazione, la geometria e l’angolo di legame del catione metile.

18. Dire com’è ibridato l’atomo di ossigeno nella molecola d’acqua. Dire quali sono le evidenze a favore di tale ibridazione.

1) Scrivere la struttura di Lewis dello ione solfato. Attenzione: se è possibile avere più strutture di risonanza, scegliere una di quelle che contribuiscono di più all’ibrido di risonanza. Calcolare le cariche formali di ciascun atomo.

2) Per lo ione fosfato (PO₄^3-) è possibile scrivere diverse strutture di risonanza. Scrivere la struttura di Lewis che rappresenta una delle strutture che contribuisce maggiormente all’ibrido di risonanza. Calcolare le cariche formali per tutti gli atomi

3) Completare la seguente struttura di Lewis e calcolare la carica formale per gli atomi di carbonio e ossigeno. Attenzione: se è possibile avere più strutture di risonanza, scegliere una di quelle che contribuiscono di più all’ibrido di risonanza                          

4) Completare la seguente struttura di Lewis e calcolare la carica formale per gli atomi di zolfo e ossigeno. Attenzione: se è possibile avere più strutture di risonanza, scegliere una di quelle che contribuiscono di più all’ibrido di risonanza. 

5) Tra le strutture riportate di seguito, solo una rappresenta in maniera corretta il composto di formula molecolare C₂H₅OH. Individuare la struttura corretta e individuare gli errori presenti nelle altre.

6) Disegnare la struttura di Lewis del composto di formula molecolare CH₂Br₂

7) Scrivere una formula condensata, la formula molecolare e la struttura a segmenti per ciacuna delle seguenti strutture di Kekulé

8) Scrivere la struttura di Kekulé, la formula molecolare e la struttura a segmenti per ciacuna delle seguenti formule condensate

9) Per ciascuna delle seguenti strutture a segmenti, scrivere una formula condensata, la struttura di Kekulé corrispondente e la formula molecolare

10) Per ciascuno dei seguenti composti, scrivi a) formula molecolare, b) struttura di Kekulè, c) una struttura condensata alternativa, quando possibile d) la struttura a segmenti

11) Disegna la struttura a segmenti per ciascuno dei seguenti composti

12) Scrivi una delle possibili strutture condensate per ciascuno dei seguenti composti

Qui troverete qualche esercizio che, insieme al test di ingresso, può essere utile per rivedere la Chimica generale

1. Quanti elettroni, in tutto, possono occupare
a) gli orbitali 4p
b) gli orbitali 3d
c) l’orbitale 1s
d) gli orbitali 4f?

2. Indicare il numero di protoni, neutroni ed elettroni in un atomo di
a) ¹³C
b) ³⁷Cl
c)³⁵Cl
d) ²³⁵U

3. Indicare il numero di elettroni di valenza di ognuno dei seguenti elementi
a) N
b) P
c) C
d) Na
e) Cl
f) Xe
g) O
h) Si

4. Identificare l’isotopo i cui atomi contengono
a) 78 neutroni, 52 protoni e 52 elettroni
b) 108 neutroni, 73 protoni e 73 elettroni

5. Quali ioni è prevedibile che formino a) lo iodio; b) l’alluminio; c) il potassio?

6. Prevedere la configurazione dello stato fondamentale degli atomi degli elementi dell’esercizio 3

7. L’energia di ionizzazione primaria diminuisce lungo i gruppi. Spiegare perchè.

8. L’energia di ionizzazione secondaria è, in genere, più elevata della primaria. Spiegare perchè.

9. Fornire una definizione di affinità elettronica

10. Prendiamo in considerazione un elemento elettronegativo. Come sarà la sua energia di ionizzazione (elevata o bassa)? E la sua affinità elettronica?

NB: è possibile utilizzare la tavola periodica e, in caso di difficoltà, si consiglia fortemente di rivedere gli argomenti di chimica generale su cui si riscontrano tali difficoltà