Appunti di CHIMICA ORGANICA 1

Appunti di
CHIMICA ORGANICA 1
Prof. G. Ramis
REGOLE DI NOMENCLATURA IN CHIMICA ORGANICA
A qualsiasi molecola organica si può assegnare un nome secondo la convenzione IUPAC
(International Union of Pure and Applied Chemistry). Talvolta, inoltre, il nome d’uso corrente di un
composto organico prende origine dalla sua “storia”. Per alcune classi di composti, esiste infine una
nomenclatura alternativa radical-funzione. Può quindi accadere che un composto organico
possieda anche tre nomi. Ad esempio il CH3-O-C6H5 si può chiamare: anisolo, metossibenzene o
fenilmetiletere.
La “filosofia” della nomenclatura IUPAC consiste nel costruire il nome del composto attraverso
un prefisso, indicante il numero d’atomi di carbonio della catena principale, e una desinenza
indicante il gruppo funzionale priore. In assenza di funzioni organiche (alcani) il suffisso è -ano.
Per indicare il prefisso caratterizzante il numero degli atomi di carbonio presenti nella catena
principale si utilizza la numerazione greca. Per cui l’alcano lineare con cinque atomi di carbonio si
chiama pentano, quello con sei esano quello con undici undecano, quello con venti eicosano, quello
con trenta triacontano e così via. I primi quattro prefissi, indicati in tabella, fanno però eccez ione:
N. AT. DI C
PREFISSO
1
met-
2
et-
3
prop-
4
but-
In presenza di un idrocarburo non lineare occorre dare un nome anche alle ramificazioni
attaccate alla catena principale. Tale nome si ottiene sostituendo il suffisso -ano dell’alcano
corrispondente alla ramificazione con -ile. Ad esempio, se sulla catena principale di un eptano nel
terzo -CH2- un H- è sostituito con un CH3-CH2-, la ramificazione è etile; perciò il nome completo
dell’idrocarburo in questione, in base anche alle regole che saranno dette successivamente, è 3-etileptano.
Per alcune ramificazioni fino a quattro atomi di carbonio, la convenzione IUPAC accetta il nome
“storico” d’alcuni radicali. I nomi IUPAC e d’uso dei più comuni radicali fino a quattro atomi di
carbonio sono elencati nella tabella seguente:
RADICALE
ALCHILICO
- CH3
- CH2 -
-CH2-CH3
-CH=CH2
NOME
metile
metilene
etile
vinile
RADICALE
ALCHILICO
=CH-CH3
-CH2-CH2-CH3
CH3-CH-CH3

CH2=CH-CH2-
NOME
etilidene
propile
isopropile
RADICALE
ALCHILICO
-CH2-CH2-CH2-CH3
CH3-CH2-CH-CH3

NOME
butile
-CH2-CH-CH3

CH3
isobutile
allile

CH3-C-CH3

CH3
ter.butile
sec.butile
REGOLE DI NOMENCLATURA PER IDROCARBURI ALIFATICI
Alcani
La catena principale è quella con il maggior numero d’atomi di carbonio.
La numerazione della catena deve essere assegnata in modo che il numero di posizione della
prima ramificazione sia il più piccolo possibile. Tra numero e nome s’inserisce un trattino.
La molteplicità di uno stesso gruppo sostituente s’indica con i prefissi di-, tri-, tetra-, ecc. prima
del nome del radicale; quindi si antepongono tutti i numeri di posizione separati da una virgola.
I gruppi sostituenti diversi si elencano secondo ordine alfabetico, prefissi esclusi.
In presenza di più catene “principali” con lo stesso numero d’atomi di carbonio, la priorità
appartiene quella con il maggior numero di ramificazioni.
La numerazione di radicali alchilici complessi parte dall’atomo di carbonio attaccato alla catena
principale; quindi si procede secondo le regole precedenti. I numeri e i sostituenti dei radicali
alchilici complessi vanno posti tra parentesi prima del nome della catena radicalica principale.
Alcheni e alchini
La desinenza corrispondente agli alcheni è -ene; quella corrispondente agli alchini è -ino.
La catena principale è quella con il maggior numero d’atomi di carbonio contenente
l’insaturazione, non più lunga in assoluto. L’insaturazione deve avere il numero più piccolo.
A parità di posizione dell’insaturazione valgono le regole precedenti.
Se i due sostituenti principali, dei quattro legati ad un doppio legame C=C, sono dalla stessa
parte rispetto al piano perpendicolare all’orbitale π l’isomero è Z, se sono dalla parte opposta
l’isomero è E. Se la priorità si basa sulla sola lunghezza della catena a Z ≡ cis e ad E ≡ trans.
In presenza di più insaturazioni queste devono essere indicate dai numeri di posizione; la loro
molteplicità deve inoltre essere evidenziata dal prefisso in modo analogo ai gruppi sostituenti.
Nel caso di polieni, poliini e polienini, la catena principale è quella contenente il maggior
numero d’insaturazioni. Nella numerazione il doppio legame è priore sul triplo
Alicicli
Il nome agli idrocarburi monociclici è dato anteponendo il prefisso ciclo-. Poi si seguono le
regole precedenti. Nei polisostituiti, i sostituenti devono avere i numeri più piccoli possibile, in caso
di parità il numero 1 è assegnato al carbonio con il primo sostituente per ordine alfabetico.
Nei cicloalcheni sostituiti gli atomi di carbonio insaturi devono avere i numeri 1 e 2; i sostituenti
devono poi avere i numeri di posizione più piccoli.
REGOLE DI NOMENCLATURA PER IDROCARBURI AROMATICI
Quando i sostituenti dell’anello benzenico sono diversi, si prende come base l’arene più
complesso con nome ritenuto. Se non è possibile allora la base è il benzene.
La numerazione dell’anello parte dall’atomo di carbonio con il sostituente che si è preso come
base. La numerazione prosegue in modo da assegnare agli altri sostituenti i numeri più piccoli.
Alternativamente si possono utilizzare gli indici orto (o.) per le posizioni 2 e 6, meta (m.) per le 3 e
5 e para (p.) per la 4.
Se sono presenti due sostituenti uguali, la base è il benzene.
Alcuni radicali di idrocarburi aromatici dal nome ritenuto sono elencati di seguito:
Fenile
CH2
CH
Benzile
Benzale
C
Benzo
Naftile
REGOLE DI NOMENCLATURA PER CLASSI FUNZIONALI
Convenzione IUPAC
La catena deve essere numerata in modo che il suffisso caratteristico del gruppo funzionale
priore abbia il numero più piccolo.
Se sono presenti più gruppi funzionali diversi, il suffisso deve corrispondere alla funzione priore.
I gruppi funzionali restanti devono essere considerati come sostituenti e dovranno quindi essere
indicati con un numero di posizione (o con la corrispondente lettera greca partendo dal carbonio
adiacente al carbonile), ed eventuale molteplicità, seguendo le regole viste precedentemente per gli
idrocarburi.
Quando sono presenti più funzioni priori dello stesso tipo si sceglie la catena idrocarburica
contenente il maggior numero possibile di funzioni priori, quindi non necessariamente la più lunga
in assoluto. La prima funzione priore deve avere il numero più piccolo possibile e deve essere
indicata la molteplicità delle funzioni con il prefisso numerico, come visto per gli idrocarburi.
I gruppi funzionali, salvo gli alogeni, sono priori nei confronti delle insaturazioni. Il numero
della posizione delle insaturazioni va posto prima del nome della base.
I nomi dei sostituenti si elencano per ordine alfabetico.
Nomenclatura radical-funzione
Il nome del composto si ottiene dal nome della classe funzionale, cui la funzione priore
appartiene, seguito, o preceduto, dal nome del/i radicale/i ad essa attaccato. Semplificando, si può
affermare che si considera radicale tutto ciò che è attaccato al gruppo funzionale priore.
Se sono presenti più tipi di funzioni, il nome è assegnato seguendo le regole di priorità. Tutte le
funzioni dipendenti sono considerate come radicali.
ALOGENODERIVATI
Nomenclatura sistematica: l’alogeno è sempre funzione dipendente, anche nei confronti delle
insaturazioni, si considera quindi come un comune radicale.
Nomenclatura radical-funzione: sono considerati alogenuri d’alchile.
ALCOLI E FENOLI
Nomenclatura sistematica: se l’ossidrile è funzione priore si aggiunge al nome della base
(l’alcano corrispondente senza la o finale) la desinenza -olo, se è funzione dipendente si usa il
prefisso idrossi.
Nomenclatura radical-funzione: sono considerati alcoli alchilici. Nel caso in cui due ossidrili
sono vicinali sono glicoli alchenici.
SALI D’ALCOLI E FENOLI
La formula di struttura dei sali corrispondenti è R-O-Me+ o Ar-O-Me+. Da ricordare che i sali
occupano il primo posto nella scala di priorità, perciò sono sempre funzione priore.
Nomenclatura sistematica: si sostituisce il suffisso -olo con -olato di Me.
Nomenclatura radical-funzione: al nome del radicale si aggiunge la desinenza -ato di Me.
ETERI
Nomenclatura sistematica: il radicale R-O- è sempre considerato funzione dipendente e prende il
nome della base alifatica o aromatica cui è aggiunto il suffisso -ossi. Per i radicali fino a quattro
atomi di carbonio si contrae il nome.
Nomenclatura radical-funzione: sono visti come eteri alchilici o alchileteri; quando sono
asimmetrici, il nome dei radicali va messo in ordine alfabetico.
EPOSSIDI
Nomenclatura sistematica: esiste solo questa. Il ponte -O- che si lega ai due atomi di C adiacenti
è sempre funzione dipendente e prende il nome epossi. Solo per i termini più semplici, esiste una
nomenclatura alternativa che li considera ossidi di alchene.
ACIDI CARBOSSILICI
Nomenclatura sistematica: non esiste una nomenclatura radical-funzione. Il nome è costituito
dalla sequenza acido nome sistema base+suffisso. I suffissi sono -oico per i sistemi a catena aperta
e -carbossilico per i sistemi aromatici o a catena chiusa. Quando la funzione è dipendente prende il
nome il nome carbossi. Da notare che essendo il gruppo carbossile sempre terminale, in una catena
non ce ne potranno mai essere più di due. Tuttavia, per gran parte degli acidi carbossilici e derivati,
è molto più diffusa la nomenclatura che utilizza i nomi d’uso comune.
Il nome dei sali deriva da quello dei corrispondenti acidi per sostituzione della desinenza -ico
con -ato, seguito ovviamente dal nome del metallo, e con l’eliminazione della parola acido.
Nomi d’uso comune di alcuni acidi monocarbossilici:
H-COOH
formico
CH3-CH2-COOH
propionico
CH3-(CH2)3-COOH valerianico
CH3-COOH
acetico
CH3-(CH2)2-COOH butirrico
CH3-(CH2)4-COOH capronico
CH2=CH-COOH
CH3-CH=CH-COOH crotonico
acrilico
COOH
COOH
benzoico
salicilico
OH
Nomi d’uso comune di alcuni acidi grassi:
CH3-(CH2)14-COOH palmitico (p.f. 63°C)
CH3-(CH2)16-COOH stearico (p.f. 70°C)
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH
CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH
oleico (p.f. 16°C)
linoleico (p.f. -5°C)
linolenico (p.f. -11°C)
Nomi d’uso comune di alcuni acidi bicarbossilici:
HOOC-COOH
HOOC-(CH2)2-COOH
HOOC-(CH2)4-COOH
ossalico
succinico
adipico
HOOC-CH=CH-COOH cis
maleico
HOOC-CH2-COOH
HOOC-(CH2)3-COOH
HOOC-(CH2)5-COOH
COOH
COOH
HOOC
COOH
tereftalico
malonico
glutarico
pimelico
ftalico.
DERIVATI FUNZIONALI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI
Hanno formula R-CO-Y. Il radicale R-CO- si chiama acile o radicale acilico.
Alogenuri acilici per Y = -X (alogeno)
Nomenclatura sistematica: esiste solo questa. Se la funzione è priore sono considerati alogenuri
d’acile. Quando la funzione è dipendente è indicata con il prefisso alogenoformile.
Ammidi per Y = -NH2
Se il gruppo alchilico R si lega anche sull’azoto ammidico, formando un ciclo, prendono il nome
di lattami.
Nomenclatura sistematica: esiste solo questa. Se la funzione è priore si sostituisce la desinenza
dell’acido -oico o -ico con -ammide. Se il nome dell’acido termina con il suffisso -carbossilico si
sostituisce con -carbossiammide, in quest’ultimo caso il carbonio ammidico non fa parte del sistema
base. Se la funzione è dipendente prende il nome -amido.
Anidridi per Y = -O-CO-R’
Si differenziano in simmetriche (R = R’), miste (R ≠ R’) e cicliche (-R-R’-).
Nomenclatura sistematica: esiste solo questa. Il nome deriva da quello dell’acido per sostituzione
della parola acido con anidride. Nelle anidridi miste i due acidi sono indicati in ordine alfabetico.
Esteri per Y = -O-R’
In presenza di un ciclo -R-R’- prendono il nome di lattoni.
Nomenclatura sistematica: esiste solo questa. Se la funzione è priore si deriva il nome da quello
dell’acido eliminando la parola acido, sostituendo la desinenza -ico con -ato e facendo seguire il
nome del radicale -R’. Quando la funzione è dipendente possono essere possibili due diversi
attacchi. Se il radicale è R-CO-O- prende il nome di acilossi; se il radicale è R-O-CO- prende il
nome di alchilossicarbonil.
ALDEIDI E CHETONI
Aldeidi
Nomenclatura sistematica: non esiste una nomenclatura radical-funzione. Quando il carbonile è
funzione priore, il nome si forma aggiungendo la desinenza -ale al nome della base. Quando il
gruppo -CHO è funzione dipendente prende il nome di formile (vedi acidi carbossilici). Per le
aldeidi esiste una nomenclatura alternativa che le considera derivate dagli acidi carbossilici. In
questo caso si sostituisce la parola acido con aldeide e si trasforma in femminile il nome dell’acido.
Si può invertire l’ordine di scrittura della base con la parola aldeide.
Chetoni
Nomenclatura sistematica: quando il carbonile è funzione priore il nome si forma aggiungendo la
desinenza -one al nome della base; quando è funzione s’indica con il prefisso oxo.
Nomenclatura radical-funzione: Sono considerati, analogamente agli eteri, alchilchetoni.
RIASSUNTO DEI PRINCIPALI RADICALI CONTENENTI OSSIGENO
MOLECOLA
BASE
R-CH2-H
CH3-CH3
R-CH2-O-H
CH3-CH2-OH
R-CO-O-H
″
CH3-CO-OH
″
″
″
--------(1)
NOME DEL
COMPOSTO
alcano
etano
alcolo
etanolo
ac. carbossilico
″
ac. etanoico
ac. acetico
ac. etanoico
ac. acetico
---------
RADICALE
REGOLA
R-CH2ano→ile
CH3-CH2″
R-CH2-Oolo→ossi
CH3-CH2-O″
R-COico→ile
R-CO-Oico→ilossi
CH3-COico→ile
″
″
CH3-CO-Oico→ilossi
″
″
R-O-COano→ossicarbonil
CH3-CH2-O-CO″
NOME
RADICALE
alchile
etile
alcossi
etossi
acile
acilossi
etanoile (1)
acetile
etanoilossi (1)
acetilossi
alcossicarbonile
etossicarbonile
Non si usano; specialmente per i composti fino a quattro o cinque atomi di carbonio sono più
comuni i prefissi provenienti dalla nomenclatura d’uso comune.
AMMINE
Nomenclatura sistematica: considerando l’azoto come funzione priore, per un’ammina primaria
si utilizza il suffisso -amina dopo quello della base. Se l’ammina è semplice comunemente si usa il
nome del radicale al posto della base. Nelle ammine secondarie o terziarie simmetriche il nome
della base (o del radicale) deve essere preceduto dal prefisso moltiplicativo. Tutte le altre ammine
asimmetriche sono invece trattate come composti N-sostituiti. I nomi dei radicali che non
appartengono alla catena base devono essere preceduti da N-.
NITRILI
Nomenclatura sistematica: Quando -CN è funzione priore si aggiunge al nome della base la
desinenza -nitrile. Qualora il gruppo funzionale fosse legato ad un sistema ciclico, quindi l’atomo di
carbonio del nitrile non fa parte del sistema base, la desinenza è -carbonitrile. Se è funzione
dipendente si usa il prefisso ciano.
Nomenclatura radical-funzione: Sono considerati cianuri d’alchile.
Per questa classe di composti esiste una terza nomenclatura che li considera derivati degli acidi
carbossilici: si omette la parola acido e i suffissi -ico o -carbossilico vengono sostituiti
PRIORITÀ DEI GRUPPI FUNZIONALI
Nomenclatura radical funzione: 1) alogenuri degli acidi; 2) cianuri e isocianuri; 3) chetoni; 4)
alcoli e tioalcoli; 5) eteri; 6) solfuri, solfossidi e solfoni; 7) floruri, cloruri, bromuri e ioduri.
Nomenclatura sistematica: 1) sali; 2) acidi carbossilici, solfonici e solfinici; 3) anidridi, esteri,
alogenuri acilici e ammidi; 4) nitrili; 5) aldeidi e derivati; 6) chetoni e derivati; 7) alcoli; 8)
idroperossidi; 9) ammine e derivati; 10) eteri e tioeteri; 11) perossidi.
TABELLA RIASSUNTIVA DEI GRUPPI PRINCIPALI
NOME DELLA
FAMIGLIA
GRUPPO
FUNZIONALE
FUNZIONE
PRIORE
Alogenuri
R-X
----Alcoli e fenoli
R-OH
-olo
Eteri
R-O-R’
----Epossidi
O=R
----Acidi carb. cat. ap.
R-COOH
acido -oico
Acidi carb. cat. ch.
R-COOH
acido -carbossilico
Alogenuri acilici
R-CO-X
alogenuri di ...
Ammidi cat. ap.
R-CO-NH2
-ammide
Ammidi cat. ch.
R-CO-NH2
-carbossiammide
Anidridi
R-CO-O-CO-R’
anidride -oica
Esteri
R-CO-O-R’
-ato di ...
Aldeidi
R-CHO
-ale
Chetoni
R-CO-R’
-one
Immine
R-CH=NH
-immina
Nitrili cat. ap.
R-CN
-nitrile
Nitrili cat. ch.
R-CN
-carbonitrile
Ammine
R-NH2
-ammina
Azocomposti
R-N=N-R’
-azoOssime
R-CH=N-OH
-ossima
Idrazoni
R-CH=N-NH2
-idrazone
Semicarbazoni
R-CH=N-CO-NH2 -semicarbazone
Sali di diazonio
R-N2+
-diazonio
Nitroderivati
R-NO2
----Nitrosoderivati
R-NO
----Tioalcoli
R-SH
-tiolo
Tioeteri
R-S-R’
----Disolfuri
R-S-S-R’
----Acidi solfonici
R-SO2-OH
ac. -solfonico
Acidi solfinici
R-SO-OH
ac. -solfinico
Solfossidi
R-SO-R’
----Solfoni
R-SO2-R’
-----
FUNZIONE
DIPENDENTE
RADICAL
FUNZIONE
nome alogenoidrossiossiepossicarbossicarbossialogenoformileamidoamido----(vedi tab. sopra)
formileoxoimminocianocianoamino----idrossimminoidrazonosemicarbazono----nitronitrosomercaptotioditiosolfosolfinosolfinilsolfonil-
alogenuro di ...
alcol + radicale
radicali + etere
------------------------------------radicali + chetone
----cianuro di ...
cianuro di ...
--------------------------------idrosolfuro di ...
solfuro di ...
disolfuro di ...
--------solfossidi
solfoni
ISOMERIA
1. Isomeria strutturale
1.1. Isomeria funzionale
p.e. C2H6O =
CH3-O-CH3
etere dimetilico
CH3-CH2-OH
alcol etilico
1.2. Isomeria di catena
p.e.
(CH3)2CH-CH=O
CH3-CH2-CH2-CH=O
isobutirraldeide
n-butirraldeide
2-metil-propanale
butanale
es. isomeri del butano = 2, del pentano = 3, del decano = 75.
1.3. Isomeria di posizione
p.e.
(CH3)3COH
terbutanolo
2-metil-2-propanolo
(CH3)2CH-CH2OH
isobutanolo
2-metil-1-propanolo
2. Isomeria geometrica
2.1. Per le olefine.
H
H
C
p.e.
CH3
cis-2-butene
Z-2-butene
C
H3 C
H
trans-2-butene
E-2-butene
H
H
C
CH3
C
C
H3 C
HOOC
H
H
COOH
C
C
COOH
acido maleico
acido Z-buten-di-oico
HOOC
C
H
acido fumarico
acido E-buten-di-oico
2.2. Per i composti ciclici
(coinvolge C tetraedrici asimmetrici, è compresa nell’isomeria ottica, vedi sotto)
3. Isomeria ottica
Ogniqualvolta si hanno uno o più carboni asimmetrici.
Potere ottico rotatorio - condizione necessaria e sufficiente: chiralità.
A
C
B
A
D
C
D
C
C
B
enantiomero S
enantiomero R
(Supponendo la gerarchia A > B > C > D)
potere ottico rotatorio opposto
Per 2 centri asimmetrici diversi: 4 isomeri ottici:
RR
SS coppia di enantiomer i
r elazioni di diaster eoisomer ia
RS coppia di enantiomer i
SR
Per 2 centri asimmetrici uguali: 3 isomeri
RR
SS coppia di enantiomer i
RS
H
SR
for ma meso (non chir ale, otticamente inattiva)
C H3
C H3
H
H3C H
H
C H3
H
C H3
C H3
H
p.e.
cis-1,2-dimetil-ciclopentano
una forma meso
(esiste un piano di simmetria)
trans-1,2-dimetil-ciclopentano
una coppia di enantiomeri
(non esiste un piano di simmetria)
R,S-1,2-dimetil-ciclopentano
S,R-1,2-dimetil-ciclopentano
S,S-1,2-dimetilciclopentano
R,R-1,2-dimetilciclopentano
Per n centri asimmetrici diversi, ci sono 2n stereoisomeri e 2n-1 coppie di enantiomeri
POLIMERI TATTICI
Da un punto di vista strutturale, la polimerizzazione di un monomero olefinico del
tipo CH2=CH-Y può dare luogo a tre tipi di macromolecola:
ATATTICA
I gruppi –Y sono disposti casualmente rispetto al piano dello zig-zag planare.
C
C
C
C
C
Y
C
C
Y
C
C
Y
C
C
Y
C
C
C
C
Y Y
C
Y
Y
ISOTATTICA
I gruppi –Y sono tutti dalla stessa parte rispetto al piano dello zig-zag planare;
C
C
C
C
C
Y
C
C
Y
C
C
Y
C
C
Y
C
C
Y
C
C
Y
C
Y
Y
SINDIOTATTICA
I gruppi –Y sono alternativamente disposti rispetto al piano dello zig-zag planare;
C
C
C
Y
C
C
C
C
Y Y
C
C
C
C
Y Y
C
C
C
C
Y Y
C
Y