Esercitazione n. 4 - Macroarea di Scienze

CHIMICA ORGANICA I
Corso di laurea in CHIMICA (L.T.)
Esercitazione n. 4 - Esercitazione sulle conformazioni di alcani e cicloesani.
TERMINI ED ARGOMENTI PER LO SVOLGIMENTO DEGLI ESERCIZI DI QUESTO FOGLIO: Rotazione
attorno ai legami C-C. Conformazioni, rotameri. Formule proiettive di Newman; formule a cavalletto.
Conformazioni alternate, eclissate, oblique. Energia torsionale. Tensione angolare e cicloalcani. Conformazioni
del cicloesano (a sedia, a barca, piegata). Legami assiali ed equatoriali. Cicloeptano e cicloottano.
1. Disegnare la molecola completa del butano, nella conformazione più favorevole per tutti i
legami C-C (usare i legami a cuneo e tratteggiati).
2. Mediante le formule di Newman e quelle a cavalletto, rappresentare le conformazioni
dell'1,2-dicloroetano corrispondenti ai minimi ed ai massimi di energia (conformazioni limite).
3. Scrivere i rotameri alternati ed eclissati dei seguenti composti (formule proiettive di Newman
e formule a cavalletto): a) metilbutano, rispetto al legame C2-C3; b) tetrametilbutano, rispetto
al legame C2-C3; c) 1,2-dibromoetano; d) 1,2-dicloro-1-fluoroetano: e) esano, rispetto al
legame C3-C4; f) 1-esene, rispetto al legame C3-C4; g) 2-cloro-3-metilpentano, rispetto al
legame C2-C3; h) 2-metilpentano, rispetto al legame C1-C2; i) 2-metilpentano, rispetto al
legame C2-C3; l) 2-metilpentano, rispetto al legame C3-C4. Costruire in ogni caso il
diagramma di energia potenziale.
4. Scrivere le conformazioni alternate del 2,3-dimetilbutano, usando le notazioni di Newman e
quelle a cavalletto. Notare che due di queste conformazioni sono equivalenti. Quale conformazione ha energia più bassa?
5. 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?
6. Disegnare le proiezioni di Newman per i rotameri alternati di a) 1-bromo-1-cloroetano; b)
acido 3-idrossipropanoico.
7. Scrivere le proiezioni di Newman del rotamero anti (se c'è) per il seguente composto,
secondo il legame indicato ogni volta:
HO2C CH CH2 CH2 CO2H
HO2C CH CH2 CH2 CO2H
CH3
HO2C CH CH2 CH2 CO2H
CH3
CH3
8. Dire se le posizioni indicate sono assiali o equatoriali.
9. Quale delle conformazioni scritte qui sotto è la più stabile? Quale è la meno stabile?
a)
H
CH3 H3C
b)
H
CH3
H
H
CH3
c)
CH3
H
H
d)
CH3
H
CH3
H3C
H
10. Scrivere gli equilibri conformazionali (conformazioni a sedia) di: a) metilcicloesano; b)
clorocicloesano; c) terz-butilcicloesano. Specificare in ogni caso quale è il conformero più
stabile e perché.
11. Scrivere i possibili conformeri (a sedia) del cicloesilcicloesano.
12. Scrivere la conformazione più stabile di: a) cicloesanolo; b) 1-etil-1-metilcicloesano; c) 1,1dietilcicloesano.
13. Mediante le formule di Newman e quelle a cavalletto, rappresentare le conformazioni-limite
di: a) metossietano (secondo il legame O-C1); b) N-metiletanammina (secondo il legame NC1). Indicare in ogni caso la conformazione più stabile e quella meno stabile.
14. Scrivere gli equilibri conformazionali dell'1,3-diazacicloesano (conformazioni a sedia).
CHIMICA ORGANICA I
Corso di laurea in CHIMICA
Esercitazione n. 5 - Esercitazione sulla stereoisomeria geometrica.
TERMINI ED ARGOMENTI PER LO SVOLGIMENTO DEGLI ESERCIZI DI QUESTO FOGLIO: Isomeria
geometrica degli alcheni. Notazione cis, trans. Notazione E,Z e criteri di priorità. Stereoisomeria dei dieni.
Conformazioni s-cis e s-trans dei dieni coniugati. Stereoisomeria dei cicloalcani disostituiti e polisostituiti.
Configurazioni e conformazioni del cicloesano disostituito.
1. In quali dei seguenti composti troviamo isomeria geometrica? a) (CH3)2C=CH2; b)
CH3CH2CH=CHCH3; c) (CH3)2C=CHCH3; d) CH3CH=CCl2; e) CH3CCl=CHCl; f) 1,2difeniletene; g) 1-buten-3-ino; h) 2-penten-4-ino; i) 2,3-dimetil-2-pentene; l) 2-butenoato di
etile.
2. Per ciascuna delle seguenti coppie, dire se si tratta di isomeri strutturali, isomeri posizionali o
isomeri geometrici: a) cis-2-esene e trans-2-esene; b) 3-esene e 2-esene; c) 2-metil-2-butene e
1-pentene; d) cis-3-ottene e trans-4-ottene; e) 2-metil-2-pentene e 3-metil-2-pentene; f) 2-metil2-pentene e 4-metil-2-pentene.
3. Dire per quali dei seguenti composti esiste isomeria geometrica e scrivere gli stereoisomeri
corrispondenti: a) 1-butene; b) metilpropene; c) 1-eptene; d) 2-metil-2-eptene; e) 1-cloro-1butene; f) 1,1-dicloro-1-butene; g) 1,1-dicloro-2-butene.
4. Indicare, per ogni serie di composti, se si tratta di isomeri strutturali, isomeri geometrici, o
dello stesso composto:
a)
CH3 CH C
CH3
CH3 CH CH CH2
CH2
CH CH3
CH3
CH2
CH2
CH3
OH
b)
(CH3)2C
CH2
CH CH2
CH3 CH CH2
OH
c)
c)
O CH3
CH CH
CH3
Cl
CH3
CH3 CH CH2
CH3
CH3
Cl
CH3
Cl
Cl
CH CH2
d)
OH
Cl
Cl
Cl
OH
OH
HO
Cl
CH3
H
Cl
e)
CH2Cl
H
CH2Cl
H
CH2
CH2CH3
H
H
CH
CH3
H
H
f)
H
Cl
g)
CH2
H
H
CH
CH3
CH2
H3C
H
H
CH2CH2CH3
5. Dare le formule strutturali per ciascuno dei seguenti composti, scrivendo entrambi gli
isomeri geometrici (se ci sono); indicare ogni struttura con cis, trans, o nessun isomero
geometrico: a) 1-esene; b) 2-esene; c) 2-metil-1-butene; d) 2-metil-2-butene; e) 1-bromo-1butene.
6. Scrivere le formule strutturali degli alcheni di formula molecolare C6H12 che presentano
isomeria geometrica. Mostrare le due configurazioni.
7. Perché lo smacchiatore tricloroetene non ha isomeri geometrici?
8. Elencare i seguenti gruppi in ordine di priorità crescente: a) -NH2, -H, -CH3, -Cl; b) -CO2H,
-CO2CH3, -CH2OH, -OH, -H; c) - CH2CH2CH2CH3, -CH2CH(CH3)2.
9. Scrivere per ogni formula il nome corrispondente, tenendo conto dell'isomeria geometrica:
CH2CH3
Cl
C C
H
H
a)
b)
H3C
C C
H
CH3 CH2 H
C C
CH2CH3
H
d)
CH2CH2CH2CH3
H3C
c)
H
CH3
H H
C C
C C
CH3
CH2
CH2
CH2
CH3 CH2 H
CH3
C C
CH2CH2CH(CH3)2
H
CH3 CH2 CH(CH3)2
C C
H
H
10. Scrivere per ogni nome la formula corrispondente: a) trans-2-esene; b) cis-3-eptene; c)
trans-1,3-pentadiene; d) E-1-bromo-1-butene; e) trans-cicloottene; f) Z-3-terz-butil-2- esene; g)
E-1-metil-2-bromociclopentanolo; h) E,E-2-cloro-2,4-esadiene.
11. Scrivere le strutture dei seguenti composti ed indicare se si tratta di configurazione E o Z: a)
trans-3-metil-2-ottene; b) cis-3,4-dimetil-3-eptene; c) cis-2,3-dicloro-2-butene; d) trans-3metil-2-esene; e) cis-3-esene; f) cis-3-fluoro-4-metil-3-esene; g) cis-1-cloro-1,2-difeniletene.
12. Dare il nome ai seguenti composti, identificando con la notazione E,Z lo stereoisomero
rappresentato:
Cl
CH3
a)
H
CH2Br
Cl
CH2CH3
H
CH2Br
b)
c)
Cl
CH2CH2CH3
H
CH2Br
d)
Cl
CH2CH2CH2I
H
CH2Br
f)
e)
Br
CH2CH2Cl
Cl
CH3
g)
CH3
Cl
CO2H
H
CH2CH3
H
CH2CH2OH
H3C
CH3
CH2
CH3
CH2
CH
H
j)
CH3
C
H
CH CH2
CH
CD3
CH2Cl
Cl
i)
CH3
D
h)
H
H
k)
13. Scrivere i due isomeri geometrici per ciascuno dei seguenti composti. Designare ciascun
isomero secondo la notazione E,Z e, quando possibile, cis,trans: a) 2-butene; b) 1,2difluoroetene; c) 1-bromo-1-cloropropene; d) 3-metil-2-pentene.
14. Dare il nome ai seguenti composti, identificando lo stereoisomero con la notazione E,Z:
Cl
Cl
a)
C C
CH CH2
b)
C C
c)
I
I
CH2CH3
F
C C
e)
H
m)
CH3
H
j)
C
CH(CH3)2
C
C
C C
CH3
C
CO2H
H3C
C
CH2OH
CH3
C
CHO
H
H
Cl
CH3
Br
C
C C
Cl
CO2H
C
CH3
l)
CH3
H3C
o)
h) H C
3
CH2CH3
C C
H
CH(CH3)2
H
g)
Cl
CH2CH2CH3
F
r)
H
H C
CH2CH2Br
H
k)
C C
CO2H
C
C H
H
D
CH2CH2CH3
CH3
n)
H3C
CH2OH
H
CH2CH3
C
C C
C(CH3)3
Cl
q)
f)
H
CH3
H
CO2H
H
CH2CH3
C C
i)
d)
C C
H
C C
H
Cl
CH3 CH2
H3C
H
D
CH3
NO2
Cl
p)
CH3
C
Br
C
H
O H3C
C O
H3C C
s)
C C
Cl
Cl H2C
15. a) Scrivere gli isomeri geometrici del 2,4-esadiene e dare loro i nomi, secondo le notazioni
E,Z e cis,trans; b) Scrivere le due conformazioni del butadiene e spiegare perché non si
possono chiamare semplicemente cis e trans.
16. Scrivere le strutture dei seguenti composti, mettendone in evidenza la stereochimica: a) (E)2-cloro-2-butene; b) (2Z,4Z)-2,4-nonadiene; c) (E)-2-bromo-1-nitro-2-butene.
17. Scrivere gli isomeri geometrici dei seguenti composti, assegnando a ciascuna
configurazione la notazione E,Z, e, quando possibile, cis,trans: a) 1,3-esadiene; b) 2,4esadiene; c) 2,4-eptadiene; d) 2,4,6-ottatriene; e) 3-metil-2,4-esadiene; f) 2,4-dicloro- 2,4eptadiene.
18. Individuare gli isomeri geometrici (se ce ne sono) dei seguenti composti e scriverne le
formule:
CH3
CH3
H3C
CH2OH
O
CH3
CH2CH3
H3C
OH
OH
Br
CH2OH
Br
Br
Br
19. Dire se i seguenti composti sono cis, trans, o nessuno dei due.
H
HO
H
H
O
H
H
H
H
Cl
OH
O
CH3
Cl
Cl
CH3
H
H
CO2H
CO2H
Cl
20. Dire, per ciascuno dei seguenti cicloesani disostituiti, se si tratta di cis o trans, indicando
anche la conformazione ("a,a", "e,e" o "a,e", a seconda dei casi):
Cl
Cl
Cl
CH3
Cl
Cl
Cl
CH3
CH3
Br
OH
Br
H3C
Cl
NH2
CH3
21. Per ciascuno dei seguenti cicloesani disostituiti, dire se si tratta dell'isomero cis o trans e se
è nella conformazione più stabile. Nel caso non lo fosse, scriverla:
CH3
CH3
I
OCH3
NH2
C
O
H3C
OH
HO
CH3
C(CH3)3
OCH3
H2N
Cl
CH(CH3)2
I
I
NH2
CO2H
CH3
CH3
F
CH2
Br
F
Br
F
Br
22. Scrivere le due conformazioni a sedia per ciascuno dei seguenti composti, specificando
quale è più stabile e perché: a) cis-1-metil-3-terz-butilcicloesano; b) trans-1-isopropil-3metilcicloesano.
23. Spiegare quale stereoisomero è più stabile per ciascuna delle seguenti coppie (scrivere le
conformazioni a sedia corrispondenti): a) cis- e trans-1,2-dimetilcicloesano; b) cis- e trans-1,4dimetilcicloesano; c) cis- e trans-1,3-dimetilcicloesano.
24. Il trans-1-etil-4-metilcicloesano esiste in due conformazioni a sedia, mentre il trans-1metil-4-terz-butilcicloesano esiste in una sola. Spiegare, scrivendo gli equilibri conformazionali
in gioco.
25. a) Perché un cicloesano 1,3-disostituito cis è più stabile del corrispondente stereoisomero
trans? b) L'isomero 1,2-disostituito cis del cicloesano è meno stabile del trans?
26. Disegnare il composto qui a fianco nella forma a sedia,
CH2OH
O
HO
con tutti gli atomi di H dell'anello in posizione assiale.
OH
HO
OH
27. a) Scrivere la struttura della conformazione più stabile dell'1-metil-1-propilcicloesano. b)
Scrivere la struttura del conformero più stabile dell'isomero più stabile dell'1,3diisopropilcicloesano.
28. Scrivere le due conformazioni a sedia del cis-1,2-diclorocicloesano e le due per il trans-1,2diclorocicloesano. Quale conformazione in ciascuna coppia vi aspettate sia la più stabile?
Quale in assoluto?
29. Scrivere le configurazioni cis e trans del biciclo[4.4.0]decano, servendosi delle formule sia
proiettive che conformazionali (a sedia).
30. Scrivere le formule che corrispondono alle seguenti definizioni: a) la conformazione a sedia
meno stabile del trans-1,4-diclorocicloesano; b) l'isomero geometrico più stabile dell'1,3-diterz-butilciclobutano; c) un composto con un anello a sei termini che esista solo in
conformazione a barca.
31. Disegnare la conformazione a sedia per ciascuna dei seguenti composti:
a) idrossimetilcicloesano, b) cis-5-idrossi-2-idrossimetilossacicloesano, c) 2-trans,3-cis-1,2,3triclorocicloesano, d) 3-cis,5-cis-1,3,5-trimetilcicloesano.
32. I composti riportati qui sotto sono isolati dalle piante ed appartengono ad un gruppo
importante di composti naturali, chiamati terpeni.
CH3
H3C
H3C
H3C
HO
H3C
C
CH3
mentolo
OH
C
H
borneolo
a) Dare la formula molecolare. b) Questi composti sono isomeri? c) Quale è la dimensione del
loro anello? d) Quale è il gruppo funzionale? e) Quali sono i sostituenti? f) Che relazione di
stereoisomeria c'è tra gruppo funzionale e sostituenti? g) Dare il nome IUPAC. h) Scrivere un
isomero geometrico del mentolo. i) Scrivere le conformazioni di mentolo e borneolo.
33. a) Scrivere la struttura del conformero più stabile del "cloruro di mentile" (formula sotto).
b) Scrivere la conformazione a sedia in cui il cloro è in anti ad un H su uno dei due C adiacenti.
Vi aspettate che una percentuale sostanziale di molecole di cloruro di mentile si trovi in questa
conformazione? c) Dare il nome IUPAC.
CH3
Cl
CH
H3C
CH3