Chimica Organica-DiSTABiF

1. Per ciascuna delle seguenti molecole prevedere il numero massimo di stereoisomeri

I) Individuare gli elementi stereogenici (o unità stereogeniche= carbonio chirale, doppio legame che ammette isomeria geometrica, ciclo con due sostituenti che non possiede carboni chirali ma che dà origine ad isomeria cis-trans); II) definire il numero massimo di stereoisomeri (2ⁿ dove n è il numero di elementi stereogenici)

2. Definire la geometria (E o Z) dei doppi legami presenti nelle seguenti molecole

3. Confrontare ciascuna delle strutture indicate dalle lettere a-n con quella riportata qui sotto. Definire la relazione esistente tra la struttura in questione e le strutture a-n (cioè dire se sono tra loro enantiomeri, diastereoisomeri, stesso composto, isomeri costituzionali, isomeri geometrici, isomeri conformazionali o altro).

Nel confrontare due strutture:
I) capire se gli atomi sono connessi allo stesso modo (se non lo sono, ma la formula molecolare è la stessa–> isomeri costituzionali; se la formula molecolare è diversa–> altro)
II) se I è vero, capire se i carboni chirali hanno configurazione assoluta corrispondente. Se non è così, determinare se ci troviamo di fronte ad enantiomeri o a diastereoisomeri. NB: nel primo caso (enantiomeri), tutte le configurazioni saranno opposte. Per verificare questo punto è quindi necessario attribuire le configurazioni assolute. Se necessario, convertire la rappresentazione in quella più utile per determinare la configurazione assoluta* (es. da proiezione di Newman a Fischer).
III) se le configurazioni dei carboni chirali corrispondono, capire se ci troviamo di fronte a isomeri conformazionali.
IV) Se le molecole non sono distinguibili sulla base dei punti elencati in I, II e III, siamo di fronte allo stesso composto.

*NB: In questo caso specifino, l’unica rappresentazione da convertire è quella di Newman (QUESTA PARTE DELL’ESERCIZIO SARA’ CHIARITA DOMANI A LEZIONE), in quanto le altre rappresentazioni permettono di determinare in maniera agevole la configurazione assoluta.

4. Dire in che relazione tra loro sono i componenti delle seguenti coppie di strutture (stesso composto/entantiomeri/diastereoisomeri/composti diversi, ecc.). Inoltre, per ciascun composto dire se è o meno chirale:

Per il primo punto, far riferimento alle linee guida degli esercizi precedenti. Per l’ultimo, dobbiamo capire 1) se ci sono carboni chirali 2) nel caso in cui ci sono due o più carboni chirali, dobbiamo capire se siamo o meno di fronte al composto meso.

5. Confrontare ciascuna delle strutture indicate dalle lettere a-l con quella riportata qui sotto. Definire la relazione esistente tra la struttura in questione e le strutture a-l (cioè dire se sono tra loro enantiomeri, diastereoisomeri, stesso composto, isomeri costituzionali, isomeri geometrici, isomeri conformazionali o altro).

Nel caso del cicloesano sostituito, dobbiamo far attenzione anche alla posizione relativa dei sostituenti (es. 1-3, 1-4) per capire se abbiamo o meno carboni chirali. Dobbiamo, inoltre, tenere in conto che in questo caso possiamo avere anche isomeri geometrici (NB: se ad es. il cicloesano è sostituito 1-4, saranno possibili solo isomeri geometrici e non sarà possiile avere isomeri ottici). Per quanto riguarda i carboni chirali, per evitare errori, convertire le proiezioni di Newman e la rappresentazione a sedia in strutture a segmenti prima di determinare la configurazione assoluta.

6. Assegnare il nome IUPAC, comprensivo di stereochimica, ai seguenti composti.

7) Quale/i dei seguenti composti non è/non sono chirale/i?

In questo esercizio e nel successivo bisogna innanzitutto valutare se ci sono carboni chirali. In presenza di più carboni chirali, dobbiamo capire se siamo di fronte al composto meso

8. Dire se i seguenti composti sono otticamente attivi

9. Rispondere alle domande A-D relative ai seguenti composti:

10. Disegnare la proiezione di Newman secondo il legame C2-C3 del conformero più stabile del seguente composto (ANCHE QUESTO ESERCIZIO SARA’ CHIARITO DOMANI A LEZIONE)

Come integriamo l’informazione relativa alla configurazione assoluta nel nome IUPAC?

Se c’è un solo carbonio chirale:

NB: prima dell’ultimo aggiornamento delle regole IUPAC, il numero che indica la posizione del carbonio chirale non doveva essere indicato se era presente un solo C chirale, per cui è ancora possibile trovare nomi IUPAC in cui esso non è riportato (per esempio, nel libro di riferimento). Nel caso specifico, sarà accettato anche il nome (S)-3-bromoesano.

Se il composto ha più carboni chirali:

Esempio:

NB: in rosso sono indicate le informazioni “nuove” che bisogna aggiungere al nome IUPAC

Assegnare il nome IUPAC, comprensivo di stereochimica, ai seguenti composti (attenzione: non sempre la presenza di un legame indicato con un cuneo pieno o tratteggiato è indice di un carbonio chirale)

Esercizio 1:

Esercizio 2:

PER ORA, TRALASCIATE la nomenclatura della lettera d e dalla h (ma potete attribuire le configurazioni assolute ai carboni chirali)

1. 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 molecole e 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

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:

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:

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.

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?

Di seguito troverete 3 set di esercizi che possono essere usati come simulazioni per la prova stessa per capire se ci sono argomenti ancora poco chiari o su cui dovete ancora esercitarvi.
Suggerimento: per poter usare questi esercizi come test di autovalutazione, svolgerli senza l’ausilio di libro/appunti ed impiegando un tempo massimo di 90 minuti per ciascun set.

PRIMO SET

1. Per lo ione solfato (SO₄^2-) 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.

2. Quali sono la geometria, l’angolo di legame e l’ibridazione previste per il catione metile?    

3. Rispondi alle domande sulla seguente molecola:     

a) Quante coppie solitarie sono presenti sul cloro e quali orbitali occupano?
b) Quanti atomi di carbonio ibridati sp sono presenti?
c) Indicare con una freccia sulla figura il legame singolo carbonio-carbonio più corto.

4. Nella molecola dell’esercizio 3, sono presenti diversi legami multipli. Fornire una descrizione dettagliata dei legami formati dai due carboni impegnati nel triplo legame (informazioni necessarie: atomi con cui formano i legami; orbitali molecolari formati; orbitali atomici/ibridi coinvolti).

5. Disporre i seguenti composti in ordine di acidità crescente (dal meno acido al più acido) e spiegare sinteticamente il perché:                             

6. Disporre i seguenti composti in ordine di basicità crescente (dal meno basico al più basico) e spiegare sinteticamente il perché:              

7.  A quale valore di pH un composto con pK_a 7.2 sarà presente in soluzione al 50% nella forma acida?                           

8. Scrivere e attribuire il nome IUPAC al composto di formula C₅H₁₂ che possiede solo idrogeni primari.                  

9. Scrivere la formula condensata e la formula molecolare del seguente composto:
4-bromo-2,2-dimetilesano                                                                       

10. Scrivere la struttura a segmenti del seguente composto e dire se il nome IUPAC è corretto; se non lo è, apportare le dovute correzioni:
1-butil-1-metil-3-cicloesanolo         

 11. Assegnare il nome IUPAC ai seguenti composti:           

SECONDO SET

1. 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. 

2. Cerchiare la/le molecola/e che ha/hanno momento dipolare nullo.    

3. 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 si sovrappongono per formare il legame c?  
IV) Qual è il legame più corto tra quelli indicati dai numeri da 1 a 4?

4. Disporre i seguenti composti in ordine di basicità decrescente (dal più basico al meno basico) e spiegare sinteticamente il perché:                                 

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

 6.  Completare la reazione e dire dove è spostato il seguente equilibrio:                                     

7. Scrivere e attribuire il nome IUPAC al composto di formula C₆H₁₂ che possiede solo idrogeni primari e terziari.

8. Disegnare l’ 1-sec-butil-4-etil-2-metilciclopentano.

9. Scrivere la formula condensata di un isomero strutturale del 2,3-dimetilpentano.

10. Assegnare il nome IUPAC ai seguenti composti:

TERZO SET

1. Completare la seguente struttura di Lewis e calcolare la carica formale per tutti gli atomi diversi dall’idrogeno:

2. Quali sono la geometria, l’angolo di legame e l’ibridazione previste per l’anione metile?

3. 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?

4. Disporre i seguenti composti in ordine di acidità decrescente (dal più acido al meno acido) e spiegare sinteticamente il perché:

5. Disporre i seguenti composti in ordine di basicità decrescente e spiegare sinteticamente il perché:

6. Scrivere la formula condensata e la formula molecolare del seguente composto: 2,2-dibromo-4-metilesano.

7. Scrivere e attribuire il nome IUPAC al composto di formula C₉H₁₈ che possiede solo idrogeni primari.

8. Dire se il seguente nome è corretto. Se non lo è, scrivere il nome IUPAC corretto.
1-bromo-3,4-dietilcicloesano

9. Disegnare il 4-(3-bromo-3-metilbutil)-2-terz-butil-1-etilcicloesano.

10. Denominare le seguenti molecole secondo le regole del sistema di nomenclatura IUPAC:

Cosa fare se si riscontrano difficoltà o se si hanno dubbi:
-rivedere gli argomenti problematici (NB: non si possono risolvere gli esercizi senza aver studiato la teoria, per cui sarà necessario studiare e approfondire l’argomento ed eventualmente-successivamente-esercitarsi ulterioremente utilizzando sia gli esercizi del libro sia quelli presenti su questo blog).
-contattare il docente: è possibile sia chiedere spiegazioni a lezione, sia fare ricevimento (anche in gruppo)