Page 1 Chimica organica III CH Verifica 21 /12/07 – struttura

Chimica organica III CH Verifica 21 /12/07 – struttura elettronica delle molecole SOLUZIONI
1. Ridisegna le due molecole specificando i gruppi CH, CH2 e CH3 e stabilisci la loro formula
molecolare.
H3C
C
H2C
10 C = 22 H;
CH
CH2
C
CH2 togliere 2×(2 cicli + 1 doppio
legame) = 6 H
O
CH
C
CH
HC
C
CH
CH
CH
10 C = 22 H;
C
H3C
CH
CH
CH3
C10H16O
togliere 2×(2 cicli + 5 doppi
legami) = 14 H. 22 - 14 = 8
C10H8
2+3. Quali elementi A, X, Y e Z possono trovarsi nelle seguenti strutture? + stabilisci a) numero di
gruppi o domini; b) disposizione geometrica degli atomi legati e c) tipo di ibridazione.
+
H3C
H3C
N:
N
+..
-:O..
H
O
..
H
+
..
..
O
2 gruppi
4 gruppi H
3 gruppi
lineare
tetraedro
dist.
triangolo
planare
irreg.
ibrido sp
ibrido sp³
H
O
..
..
-
O
.. :
C
H 4 gruppi
tetraedro
dist.
ibrido sp³
ibrido sp²
4. Nelle seguenti strutture indica le coppie di elettroni necessarie affinché tutti gli atomi
raggiungano l’ottetto, e determina le cariche formali.
H
- : O..- CH
..
..
O
..
N
-
--
-: C
C:
+
N+
--
C:
..
H
++
N
Mettere prima le coppie necessarie a raggiungere l’ottetto, poi controllare le cariche.
H
5. Indica con i segni δ+ e δ- i legami polari
δ+
H3C
δ−
N
δ+
Mg
δ−
H3C
Cl
δ+
Li
δ−
Br
δ−
CH3
H3C
I
H δ+
6. Stabilisci la geometria di ogni molecola in base alla teoria VSEPR e indica con una P le polari
H
C
lineare
polare
N
H
..
N
H
H
H
tetraedrico
distorto
polare
H
C
Cl
H
tetraedrico
polare
..+
O
-
S
O
S
C
trigonale
lineare
polare
apolare
S
CS2 è apolare sia perché i legami C=S non sono significativamente polari (C ed S hanno
elettronegatività quasi uguali) sia perché la molecola è perfettamente simmetrica e qualsiasi dipolo
in essa si annullerebbe. Nelle molecole di NH3 e SO2 la presenza di una e due coppie elettroniche
libere fa sì che i dipoli non siano opposti annullandosi, quindi tali molecole risultano polari. HCN
e CH3Cl sono invece polari perché contengono legami polari (C-N e C-Cl) senza alcuna simmetria.
7. Quale molecola del precedente esercizio forma legami a idrogeno con molecole dello stesso tipo?
..
H H - bond
..
H N
H N
H
H H
Solo le molecole contenenti atomi di idrogeno legati a F, O o N possono formare legami a idrogeno
con altre molecole contenenti F, O o N. Per questo il legame a idrogeno si chiama anche H-FON.
8. Disponi le tre sostanze in ordine di solubilità in acqua scrivendoci: insolubile, parzialmente
solubile, molto solubile.
OH
O
OH
NH2
NH2
O
Nella prima ci sono 6 carboni e due gruppi capaci di formare legami a idrogeno con l’acqua (l’OH e l’-NH2). Quindi 1H-bond ogni 3 C, il limite per avere una minima solubilità (parzialmente
solubile)
Nella seconda ci sono gli stessi due gruppi che danno H-bond più un ossigeno che riceve il legame
a idrogeno dall’acqua. Totale 2,5 per soli 4 carboni, quindi la molecola deve essere molto solubile.
Nella terza abbiamo il C=O che può ricevere legami H dall’acqua, ma non formarne, per un totale
di ben 10 carboni. Tale molecola sarà certamente insolubile in acqua.
9. Per ciascuna molecola dell’esercizio 6. stabilisci quale ibridazione ha l’atomo centrale e come
sono formati tutti i legami e in quali orbitali si trovano le coppie elettroniche dell’atomo centrale.
H
Geometria
Ibridazione
C
N
Lineare
sp
H-C σ 1sH-spC
C-N σ 1spC-spN
C-N π 1pyC-pyN
C-N π 1pzC-pzN
H
..
N
H
H
H
Tetraedrica
sp³
H-N σ 1sH-sp³N
H-N σ 1sH-sp³N
H-N σ 1sH-sp³N
Lp: sul 4° sp³N
C
H
..+
Cl
H
Tetraedrica
sp³
H-C σ 1sH-sp³C
H-C σ 1sH-sp³C
H-C σ 1sH-sp³C
Cl-C σ sp³Cl-sp³C
O
-
S
O
Trigonale planare
sp²
O-S σ sp²O-sp²S
S-O σ sp²S-sp²O
S-O π pzS-pzO
Lp: sul 3° sp²S
S
C
S
Lineare
sp
S-C σ spS-spC
S-C π pyS-pyC
C-S σ spC-spS
C-S π pzC-pzS
10. Disegna una molecola C3H4O in cui l’ossigeno è ibridato sp³ e due carboni sono ibridati sp¹.
Con 3 C, gli idrogeni del composto saturo dovrebbero essere 3×2+2 = 8. Essendovene 4 si deduce
che la molecola deve contenere a) due doppi legame o b) un triplo legame o c) un ciclo e un doppio
legame o d) due cicli. Per avere due carboni ibridi sp occorrerà formare un triplo legame tra essi,
escludendo quindi le ipotesi a), c) e d). Dovendo l’ossigeno essere un sp³, dovremo legarlo al terzo
atomo di carbonio.
sp
HC
sp
C
sp³
sp³ OH
CH2
Chimica organica III CH Verifica 21 /12/07 – struttura elettronica delle molecole SOLUZIONI
1. Ridisegna le due molecole specificando i gruppi CH, CH2 e CH3 e stabilisci la loro formula
molecolare.
O
CH
C
HC
HC
CH2
C
CH
CH
C
CH
C
CH
CH
HC
CH
C
HO
CH2
C
CH
CH
C
CH
OH
NH2
13 C = 28 H;
9 C = 20 H;
togliere 2×(3 cicli + 6 doppi legami) = 18 H
togliere 2×(1 cicli + 4 doppi legami) = -10 H
28 - 18 = 10 idrogeni.
=10 H + aggiungere un H per l'N C9H11NO3
C13H10
2 + 3. Quali elementi A, X, Y e Z possono trovarsi nelle seguenti strutture? + stabilisci a) numero di
gruppi o domini; b) disposizione geometrica degli atomi legati e c) tipo di ibridazione
- ..
N
..
H
.. N
..
+
N
O
C
2 gruppi
3 gruppi
lineare
triangolo
planare
irreg.
ibrido sp
H
ibrido sp²
H
B
H
H
H
C
..
F:
..
H
3 gruppi
H
4 gruppi
triangolo
planare
tetraedro
dist.
ibrido sp²
ibrido sp³
4. Nelle seguenti strutture indica le coppie di elettroni necessarie affinché tutti gli atomi
raggiungano l’ottetto, e determina le cariche formali.
..
H3C
N
H
H2C
++ .. -N
N
..
Cl
..--
C
Cl
..+
O
H
CH3
H3C
Mettere prima le coppie necessarie a raggiungere l’ottetto, poi controllare le cariche.
5. Indica con i segni δ+ e δ- i legami polari
δ+
H3C
δ−
N
δ+
Mg
δ−
H3C
Cl
δ+
Li
δ−
Br
δ−
CH3
H3C
I
H δ+
6. Stabilisci la geometria di ogni molecola in base alla teoria VSEPR e indica con una P le polari
O
Cl
F
C
Cl
B
F
trigonale
trigonale
polare
apolare
F
H H
.. ..
H
S
H
tetraedrico
distorto
poco polare
H
C
.. ..
H
tetraedrico
apolare
H
O
H
tetraedrico
distorto
polare
Il BF3 è apolare anche se i legami B-F sono polari, poiché i suoi dipoli si annullano a causa della simmetria
perfettamente trigonale, cosa che non accade al COCl2. Nel metano i legami non sono significativamente
polari. H2S, o solfuro di idrogeno, deve essere significativamente polare, dal momento che il gas è in parte
solubile in acqua, in cui forma acido solfidrico. L’acqua ha una forma angolare, a tetraedro distorto con
angolo H-O-H di 105°. Proprio per questo è polare. Se fosse lineare i due dipoli si annullerebbero e l’acqua
sarebbe una sostanza apolare, incapace di sciogliere lo zucchero, sarebbe gassosa con un punto di
congelamento ben al di sotto degli 0 °C e non potrebbe alimentare la vita.
7. Quale molecola del precedente esercizio forma legami a idrogeno con molecole dello stesso tipo?
.. ..
O
H
H-
bon
d
H
.. ..
H
O
H
Solo le molecole contenenti atomi di idrogeno legati a F, O o N possono formare legami a idrogeno
con altre molecole contenenti F, O o N. Per questo il legame a idrogeno si chiama anche H-FON.
8. Disponi le tre sostanze in ordine di solubilità in acqua scrivendoci: insolubile, parzialmente
solubile, molto solubile.
HC
O
H
C
OH
H
C
OH
H2C
O
O
OH
Nella prima molecola, uno zucchero, non ci sono dubbi sulla sua solubilità in acqua, avendo esso
tre ossidrili (-OH) capaci di formare e ricevere legami a idrogeno dall’acqua, più un C=O che può
riceverli, su un totale di solo 4 atomi di carbonio (il rapporto è 3,5 H-bond a 4C, basterebbe 1 H
per ogni 3 C).
La seconda molecola è un idrocarburo e, come tutti gli idrocarburi, è apolare e insolubile in acqua.
Nella terza molecola ci sono due atomi di ossigeno, capaci di ricevere legami a idrogeno
dall’acqua, ma non di formane, quindi abbiamo 0,5 + 0,5 H = 1 H-bond per 5 carboni, siamo al
limite di una sostanza avente moderata solubilità in acqua (parzialmente solubile)
9. Per ciascuna molecola dell’esercizio 6. stabilisci quale ibridazione ha l’atomo centrale e come
sono formati tutti i legami e in quali orbitali si trovano le coppie elettroniche dell’atomo centrale.
O
C
Geometria
Ibridazione
Cl
Cl
Trigonale planare
~sp²
Cl-C σ sp²Cl-sp²C
C-O σ sp²C-sp²O
C-O π 2pzCl-2pzC
Cl-C σ sp²Cl-sp²C
F
B
F
F
Trigonale planare
sp²
F-B σ sp²F-sp²B
F-B σ sp²F-sp²B
B-F σ sp²B-sp²F
H H
.. ..
S
H
H
Tetraedrica dist.
~sp³
H-S σ 1sH-sp²S
S-H σ 1sS-sp²H
Lp: sul 2° sp²S
Lp: sul 3° sp²S
H
C
.. ..
H
Tetraedrica
sp³
H-C σ 1sH-sp³C
H-C σ 1sH-sp³C
C-H σ sp³C - 1sH
C-H σ sp³C - 1sH
O
H
H
Tetraedrica dist.
~sp³
H-O σ 1sH-sp²O
O-H σ 1sO-sp²H
Lp: sul 2° sp²O
Lp: sul 3° sp²O
10. Disegna una molecola C3H6O in cui l’ossigeno è ibridato sp³ e due carboni sono ibridati sp².
Con 3 C, gli idrogeni del composto saturo dovrebbero essere 3×2+2 = 8. Essendovene 6 si deduce
che la molecola deve contenere un doppio legame o un ciclo. Per avere due carboni ibridi sp²
occorrerà formare il doppio legame tra essi. Dovendo l’ossigeno essere un sp³, dovremo legarlo al
terzo atomo di carbonio.
sp²
H2C
sp³
CH
2
sp²
CH
sp³
OH