Corso di Chimica organica 1
Elettrofili e nucleofili
prof. Angela Zampella
Acidi e basi di Lewis
Un acido di Lewis è un accettore di una coppia di elettroni.
Una base di Lewis è un donatore di una coppia di elettroni.
Una base di Lewis deve possedere un orbitale pieno, l’acido di Lewis un orbitale vuoto a bassa energia. Il risultato è la formazione di un legame covalente.
Acido e base di Lewis
Basi di Lewis
Le basi di Lewis sono strutturalmente identiche alle basi di Bronsted-Lowry. Hanno densità elettronica disponibile come coppia elettronica solitaria di non legame oppure coppia elettronica di un legame π.
Esempi: basi di Lewis
Esempi: basi di Lewis
Acidi di Lewis
Tutti gli acidi di Bronsted-Lowry sono anche acidi di Lewis, ma il contrario non è sempre vero.
Ci sono acidi di Lewis come i composti di elementi del gruppo 3A della tavola periodica, che non sono acidi di Bronsted-Lowry. Sono composti che possono accettare una coppia di elettroni perché non hanno un livello di valenza otteziale.
Acidi di Lewis
Simbolismo delle frecce
Le specie elettron-ricche, basi di Lewis, reagiscono con le specie elettron-povere, gli acidi di Lewis. Una freccia ricurva mostra il movimento di elettroni. La freccia deve partire sempre dalla coppia elettronica della base e puntare verso la specie che accetta la coppia elettronica, l’acido di Lewis.
Reazione acido-base di Lewis: le frecce
Reazione acido-base di Lewis: le frecce
Elettrofilo e nucleofilo
Un acido di Lewis chiamato anche elettrofilo (attratto dall’elettrone), una base di Lewis, quando reagisce con un elettrofilo diverso dal protone, è definita anche nucleofilo (attratto dal nucleo).
Il carbocatione è un acido di Lewis.
Elettrofili
Nucleofili
Confronto tra nucleofilicità e basicità
La basicità è una misura di quanto prontamente un atomo dona la sua coppia di elettroni al protone ed è una proprietà termodinamica.
La nucleofilicità è invece la misura di quanto prontamente un atomo dona la coppia di elettroni ad atomi diversi da H+. E’ una proprietà cinetica
Basi e nucleofili a confronto
Uno sguardo alle reazioni di chimica organica
Principali tipi di reazioni in chimica organica
Meccanismi di reazioni
- I meccanismi di reazione rappresentano la descrizione dei possibili eventi che avvengono a livello molecolare quando i reagenti si trasformano in prodotti.
- Ogni meccanismo è proposto sulla base di studi cinetici, di analisi spettroscopiche e di identificazione degli intermedi di reazione.
- Ogni meccanismo proposto deve essere consistente con tutti i dati sperimentali.
Scissione del legame covalente
Esistono solo due modi per rompere un legame covalente.
Equa divisione degli elettroni di legame: scissione omolitica
Non equa divisione degli elettroni di legame: scissione eterolitica.
L’omolisi genera intermedi privi di carica con elettroni spaiati: i radicali.
L’eterolisi genera intermedi carichi: anioni e cationi.
Omolisi
L'eterolisi coinvolge legami polarizzati
Carbocationi
La scissione eterolitica di un legame C-Z (dove Z è un elemento diverso dal carbonio) può generare carbocationi o carbanioni.
Se Z è più elettronegativo del carbonio la scissione eterolitica del legame fornisce un intermedio instabile e ad alta energia: il carbocatione.
Nel carbocatione il carbonio non è otteziale.
Formazione di un carbocatione
Struttura di un carbocatione
Carbocationi
I carbocationi sono elettrofili perché contengono un atomo di carbonio elettron-povero.
I carbocationi reagiscono con i nucleofili e ne risulta la formazione di un legame covalente.
Carbocationi come elettrofili
Carbocationi come elettrofili
Carbanioni
Quando Z è un elemento meno elettronegativo del carbonio, la scissione eterolitica del legame C-Z genera un carbanione.
Carbocationi e carbanioni sono specie intermedie di molte reazioni organiche.
Formazione di un carbanione
Struttura del carbanione
Carbanioni
I carbanioni sono nucleofili perché contengono un atomo di carbonio con un doppietto elettronico non condiviso.
Carbanioni come nucleofili
Le lezioni del Corso
1. Introduzione ai composti organici. Gruppi Funzionali e ibridazione del carbonio
3. I composti organici più semplici: gli alcani Nomenclatura IUPAC
4. Analisi conformazionale degli alcani
5. I cicloalcani: la tensione di anello
6. Uno sguardo alle energie coinvolte nelle trasformazioni organiche: cinetica e termodinamica
7. Gli alcheni: struttura e reattività. Rappresentazione di un meccanismo di reazione
9. Gli alchini: le reazioni - Gli ioni acetiluro in sintesi organica
10. L'affascinante mondo della stereochimica I
11. L'affascinante mondo della stereochimica II
12. Gli alogenuri alchilici: la reazione di sostituzione
13. Gli alogenuri alchilici: la reazione di eliminazione
14. La reazione di sostituzione e eliminazione nella sintesi organica
16. Composti organici contenenti ossigeno: gli alcoli, gli eteri e gli epossidi
17. Il benzene e l'aromaticità
I materiali di supporto della lezione
Il Podcast della lezione
Le altre lezioni del corso con podcast
1. Introduzione ai composti organici. Gruppi Funzionali e ibridazione del carbonio
3. I composti organici più semplici: gli alcani Nomenclatura IUPAC
4. Analisi conformazionale degli alcani
5. I cicloalcani: la tensione di anello
6. Uno sguardo alle energie coinvolte nelle trasformazioni organiche: cinetica e termodinamica
7. Gli alcheni: struttura e reattività. Rappresentazione di un meccanismo di reazione
I podcast del corso sono disponibili anche su iTunesU e tramite Feed RSS.
