Università degli Studi di Cagliari

Facoltà di Scienze M.F.N.

Corso di Laurea in Biotecnologie Industriali

Insegnamento di

Chimica Organica con Esercitazioni

Titolare: Prof. Guido Alberti

E s e r c i z i

Anno Accademico 2008 - 2009

B_Introduzione

1. Indicare nei seguenti composti gli eventuali legami polari usando siai simboli e che e individuare le molecole che presentano momentodipolare. Riscrivere le formule in maniera adeguata, se necessario

2. Completare le seguenti reazioni riconoscendo le coppie coniugateacido/base

3. Definire l’espressione: energia di legame4. Definire l’espressione: distanza di legame5. Che cosa è l’ibridizzazione sp3

6. Quale è la struttura tridimensionale del metano?7. Quando un legame è polarizzato?8. Perché una molecola con legami polari può essere non polare?9. Che cosa è il legame di idrogeno?10.Definire: acidi e basi secondo Arrhenius11.Definire: acidi e basi secondo Brönsted-Lowry12.Definire: acidi e basi secondo Lewis

C_Alcani_1

1. Scrivere la formula di struttura di tutti gli alcani isomeri con formula bruta C5H12

2. Scrivere la formula di struttura di tutti gli alcani isomeri con formula bruta C6H14

3. Quanti idrogeni ha un alcano con 10 atomi di carbonio?4. Porre in ordine crescente di temperatura di ebollizione i seguenti

alcani: ottano, metano, pentano, butano, eptano5. Quale di questi due alcani isomeri: butano e 2-metilpropano, ha una

temperatura di ebollizione più alta?6. Porre in ordine crescente di temperatura di fusione i seguenti

alcani: ottano, metano, pentano, butano, eptano7. Riconoscere e dare il nome ai gruppi alchilici presenti nel seguente

alcano:

8. Individuare la catena principale e le ramificazioni dell’alcano dell’esercizio precedente.

9. Attribuire il nome agli alcani seguenti e individuare le varie parti che compongono il nome stesso.

10.Attribuire il grado agli atomi di carbonio dei composti dell’esercizio precedente

11.Scrivere la formula di struttura semplificata dei seguenti alcani: etano, pentano, eptano, ottano

12.Scrivere la formula di struttura semplificata dei seguenti alcani: 2-metilbutano, 3-etilpentano, 2,3-dimetilbutano, 2,2-dimetilbutano, 3-etilpentano

13.Attribuire il nome agli alcani seguenti rappresentati con la formula a segmenti:

14.Scrivere la formula a segmenti dei seguenti alcani: esano, 2-metilbutano, 2-etilpentano, 3,4-dimetilesano

D_Alcani_2

1. Quali sono le reazioni principali del metano?2. Che cosa è un radicale libero?3. Quali sono i tre stadi di una reazione radicalica?4. Definire l’espressione: reazione a catena5. Che cosa è il calore di reazione6. Definire: reazione esotermica e reazione endotermica7. Che cosa è l’energia libera di Gibbs?8. Definire: reazione esoergonica e reazione endoergonica9. Che cosa è l’energia di attivazione di una reazione?10.Che cosa è lo stato di transizione di una reazione?11.Che struttura tridimensionale ha il radicale metile?12.Che ibridizzazione ha il carbonio nel radicale metile?13.Scrivere la reazione di combustione del propano14.Scrivere la reazione di combustione del butano15.Completare le seguenti reazioni indicando il prodotto più probabile

E_Alcheni_1

1.Che tipo di ibridizzazione ha il carbonio impegnato in un doppio legame?

2.Quale è la struttura degli orbitali ibridizzati di cui si parla nelladomanda precedente?

3.Definire: legame sigma e legame pi greco4.Quali sono le simmetrie dei legami sigma e pi greco?5.Che cosa significa “composto insaturo”?6.Fare un esempio di composto saturo e uno di composto insaturo7.Che cosa significa “isomeria geometrica”?8.Che cosa sono gli isomeri cis e trans?9.Attribuire il nome IUPAC e, dove possibile, la configurazione cis/trans

ai seguenti composti:

10.Attribuire il nome IUPAC e, dove possibile, la configurazione cis/trans ai seguenti composti:

11.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti:

12.Riconoscere carboni e idrogeni vinilici e allilici nei seguenti composti:

F_Alcheni_2

1.Definire il termine “catalizzatore”2.Quali sono gli effetti del catalizzatore sulla termodinamica della

reazione3.In che cosa consiste la reazione di idrogenazione di un alchene4.Che cosa è il calore di idrogenazione di un doppio legame5.Da che cosa dipende il calore di idrogenazione di un doppio legame?6.Che cosa significa stabilità di un alchene?7.Che cosa significa facilità di formazione di un alchene?8.Da che cosa dipendono la stabilità e la facilità di formazione degli

alcheni?9.Che cosa è un carbocatione?

10.Quale è la struttura del carbonio portatore di carica in un carbocatione?

11.Quale è l’ibridizzazione del carbonio portatore di carica in un carbocatione?

12.Definire: carbocatione primario, secondario e terziario13.Che cosa significa stabilità e facilità di formazione di un

carbocatione?14.Da che cosa dipendono la stabilità e la facilità di formazione dei

carbocationi?15.Che cosa è un elettrofilo?16.Definire: addizione elettrofila al doppio legame C=C17.Quante sono le fasi dell’addizione elettrofila al doppio legame C=C?18.Quale è la fase più lenta? E perché?19.Che cosa significa reazione regioselettiva?20.Quale è la direzionalità dell’addizione elettrofila al doppio legame

negli alcheni non simmetrici?21.Quale è la causa di tale direzionalità?22.Enunciare la regola di Markovnikov23.Markovnikov stabilì la sua regola solamente sulla base di dati

statistici ma non poté rendersi del perché, noi oggi lo sappiamo. Ditelo.

24.Quali sono i fattori termodinamici alla base della direzionalità dell’addizione elettrofila al doppio legame?

25.Completare le seguenti reazioni, riconoscerne il tipo e attribuire loro il nome specifico

G_Stereochimica

1.Definire il termine: stereochimica2.Definire i termini: chirale e chiralità3.Citare alcuni oggetti chirali comuni4.Quali sono i più comuni oggetti chirali in chimica organica5.Quale è il criterio per stabilire se un oggetto è chirale?6.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti, stabilire quali sono

chirali

7.Definire: enantiomeri ed enantiomeria8.Che cosa sono le sostanze otticamente attive?9.Che cosa è una sostanza destrogira o destrorotatoria?10. Che cosa è una sostanza levogira o levorotatoria?

11.Che cosa è il potere rotatorio specifico di una sostanza?12.Da quali variabili dipende il potere rotatorio specifico di una

sostanza?13.Quali sostanze hanno un potere rotatotio?14.Dal punto di vista delle proprietà fisiche che differenze ci sono fra

due enantiomeri?15.Che cosa è un “centro chirale” o stereocentro?16.Individuare lo stereocentro nei composti dell’Esercizio 6

17.Che cosa è un racemo? Quali sono le sue proprietà ottiche?18.Definire l’espressione: configurazione di uno stereoisomero19.Che cosa è la proiezione di Fischer?20.Che cosa rappresentano i legami a cuneo pieno e a cuneo tratteggiato?21.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti e rappresentarli con la

corretta proiezione di Fischer

22.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti e rappresentarli con i legami a cuneo pieno e tratteggiato

23.Rappresentare le coppie di enantiomeri dei seguenti composti chirali mediante la proiezione di Fischer

H_Alogenuri_1

1.Che cosa è un alogenuro alchilico?2.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti e, dove possibile,

anche la configurazione cis-trans

3. Scrivere la formula di struttura dei seguenti composti sia con il metodo normale che con i segmenti:2,3-diclorobutano; 1,2-dimetil-5-bromopentano; 1,1,4-tricloro-2-metilbutano; 3,4-dibromoesano; 2-fluoro-2-iodopentano; 1,1,2-tribromoetano; trans-1-cloropropano; trans-1,5-difluoro-2-pentene; 1-bromo-2-etil-1-pentene; cis-1-bromo-3-fluoropropene; cis-1-bromo-4-cloro-2-butene; 4-bromo-4-etil-4-ottene

4.Quali sono le due principali reazioni degli alogenuri alchilici?5.Definire i termini: substrato, nucleofilo, gruppo uscente6.Definire il termine: cinetica chimica7.Definire i termini: cinetica del primo ordine e cinetica del secondo

ordine8.Che cosa significano le sigle: SN1 e SN2?9.Definire il termine: sostituzione nucleofila del primo ordine

10.Definire il termine: sostituzione nucleofila del secondo ordine11.Dalla concentrazione di quali reagenti dipende la cinetica delle

reazioni SN1?12.Dalla concentrazione di quali reagenti dipende la cinetica delle

reazioni SN2? 13.Descrivere il meccanismo della SN214.Descrivere il diagramma energetico della SN215.Descrivere la stereochimica della SN216.Descrivere l’inversione dei legami nella SN217.In quali substrati si può evidenziare l’inversione dei legami nella

SN2?18.Quale è il principale fattore che influenza le reazioni SN2 e per

quale motivo?19.Citare altri fattori che influenzano la SN220.Descrivere il meccanismo della SN121.Descrivere il diagramma energetico della SN122.Descrivere la stereochimica della SN123.Perché nella SN1 si può avere la racemizzazione del prodotti?24.In quali substrati si può evidenziare la racemizzazione?25.Perché la racemizzazione nella SN1 sovente è solo parziale?26.Quale è il principale fattore che influenza le reazioni SN1 e per

quale motivo?27.Citare altri fattori che influenzano la SN128.Quali dei seguenti composti, sottoposti a una reazione di

sostituzione nucleofila, seguiranno con maggiore probabilità la SN1? Quali la SN2? E quali entrambe?

29.Completare le seguenti reazioni di sostituzione nucleofila al carbonio saturo e stabilire quale meccanismo è più probabile

30.Porre i seguenti composti in ordine di reattività rispetto alla sostituzione nucleofila alifatica e spiegare le cause di tale ordine:

I_Alogenuri_2

1.Definire: reazione di eliminazione in ambiente basico degli alogenurialchilici

2.Quali sono i due meccanismi della eliminazione in ambiente basico degli alogenuri alchilici?

3.Descrivere con un esempio il meccanismo E24.Descrivere con un esempio il meccanismo E15.Quale è il ruolo del solvente nella E2 e nella E1?6.Che cosa è l’eliminazione anti?7.Descrivere la regioselettività nelle eliminazioni E2 ed E18.Che rapporto c’è tra regioselettività nelle eliminazioni E2 ed

E1Enunciare la regola di Saytzeff9.Quali sono le differenze nei diagrammi energetici tra E2 ed E1?

10.Porre i seguenti composti in ordine di reattività rispetto alla eliminazione in ambiente basico degli alogenuri alchilici e spiegare le cause di tale ordine:

11.Completare le seguenti reazioni di eliminazione e stabilire se è più probabile la E1 o la E2

J_Alcooli

1.Che cosa è un alcool?2.Definire: alcool primario, alcool secondario, alcool terziario3.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti

4.Scrivere la formula dei seguenti composti sia con il metodo tradizionale che a segmenti:3,4-dimetil-1-butanolo; 4-bromo-3-esanolo; 3-metil-3-pentanolo; 1,2-etandiolo; 2,3-butandiolo;1,2,3-propantriolo; 3-buten-2-olo; cis-5-cloro-3-penten-2-olo; trans-3-bromo-2-propen-1-olo

5.Descrivere come il legame di idrogeno influenza le proprietà fisiche degli alcooli

6.Definire: alcool denaturato; etanolo assoluto7.Descrivere l’acidità e basicità degli alcooli e confrontarle con le

analoghe proprietà dell’acqua8.Descrivere il meccanismo di eliminazione in ambiente acido degli

alcooli9. Il meccanismo di eliminazione in ambiente acido degli alcooli è più

simile alla E1 o alla E2 degli alogenuri alchilici?10.Porre gli alcooli primari, secondari e terziari in ordine di

reattività rispetto alla eliminazione in ambiente acido e dare una spiegazione di tale ordine

11.Descrivere il meccanismo della reazione degli alcooli con acidi alogenidrici

12.Che tipo di reazione è quella degli alcooli con acidi alogenidrici? Dove l’abbiamo già vista?

13.Il metanolo e il 3-etil-3-pentanolo reagiscono con HBr seguendo due meccanismi differenti. Quali sono questi due meccanismi? Quale alcoolsegue il primo e quale il secondo? Per quale motivo?

14.Completare le seguente reazioni, riconoscerne il tipo e attribuire loro il nome specifico

15.Quando un alcool viene trattato con un acido forte concentrato a caldo, oltre alla reazione di eliminazione avviene anche una reazioneche porta alla formazione di eteri. Di che tipo è questa reazione?

16.Descrivere il meccanismo della reazione di cui all’esercizio precedente.

17.Quali composti si formano per ossidazione di un alcool primario, secondario o terziario?

18.Che cosa è un alcossido?19.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti:

20.Scrivere la formula di struttura dei seguenti composti: metossido di potassio; 2-butossido di litio; 2-metil-2-propossido di sodio (terz-butossido di sodio)

21.Spiegare perché un alcossido può essere considerato sia una base che un nucleofilo.

22.Nelle reazioni con gli alogenuri alchilici, gli alcossidi possono agire sia come basi che come nucleofili portando a due composti differenti. Quali sono questi composti?

23.Descrivere i meccanismi delle due reazioni dell’esercizio precedente24.Porre in ordine di basicità crescente i seguenti composti: Metossido

di sodio, acqua, idrossido di sodio, metanolo

K_Altri_Alifatici

1.Definire i termini: diene isolato e diene coniugato2.Quali sono i due tipi di reazione dei dieni coniugati3.Descrivere con un esempio i due tipi di reazione4.Che cosa sono gli alchini?5.Che tipo di ibridizzazione ha il carbonio negli alchini?6.Quale è la struttura degli atomi di carbonio impegnati nel triplo

legame7.Quale è la reazione tipica degli alchini8.Che cosa sono gli aliciclici?9.Quale è la formula generale degli aliciclici saturi?

10.Ci sono altri composti con la stessa formula generale?11.Perché il ciclopropano e il ciclobutano presentano una energia di

tensione elevata?12.Perche l’energia di tensione del cicloesano “a sedia” è uguale a

zero?13.Nel cicloesano “a sedia” quali sono i legami assiali e quelli

equatoriali?14.Che cosa è la conformazione “a barca” del cicloesano?15.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti e stabilire quali

possiedono doppi legami coniugati:

16.Completare le seguenti reazioni:

17.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti

18.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti

19.Scrivere la formula di struttura dei seguenti composti, usare anche la formula a segmenti:2,4-esadiene; 3-metil-1,5-ottadiene; 4-metil-2-eptino; 4-ottino; ciclopentene; 1,3-ciclopenta-diene; trans-1,2-dimetilciclopentano; cis-1,2-diclorociclopropano; 1,1-dibromocicloesano

20.Individuare i legami assiali e quelli equatoriali nel cicloesano a sedia

21.Perché i cicloesani 1,3-sostituiti in posizione assiale hanno un contenuto energetico superiore agli analoghi sostituiti in posizione equatoriale

22.Spiegare perché il cicloesano nella conformazione a sedia non ha tensione di anello mentre ha una certa tensione nella conformazione abarca.

L_Aromatici_1

1.Descrivere la molecola del benzene ponendo in evidenza le distanze e gli angoli di legame e il tipo di ibridizzazione degli atomi di carbonio

2.Quali reazioni ci indicano che il benzene non può essere considerato un 1,3,5-cicloesatriene?

3.Che risultati ci dà la misura dei calori di idrogenazione di cicloesene, 1,3-cicloesadiene e benzene? Quali considerazioni possiamo trarre?

4.Che cosa significa il termine “risonanza” in chimica?5.Che cosa sono le formule limite o strutture limite di risonanza?6.Che cosa è un ibrido di risonanza?7.Che cosa si può dire della struttura del benzene dal punto di vista

degli orbitali molecolari?8.Definire i termini “aromaticità” e “composto aromatico” in chimica

organica9.Assegnare il nome IUPAC ai seguenti composti:

10.Scrivere la formula di struttura dei seguenti composti:Anilina; fluorobenzene; 1-fenilbutano; 2-fenil-1-propene; m-dinitrobenzene; 2-nitrofenolo; p-xilene; 2,3,6-triclorofenolo; 1,4-dietilbenzene; p-etilfenolo; 3,5-dietilanilina

11.Definire: gruppo fenile, gruppo arile, gruppo benzile12.Definire: sostituzione elettrofila aromatica13.Illustrare con un esempio il meccanismo della sostituzione

elettrofila aromatica14.Descrivere la termodinamica della sostituzione elettrofila aromatica

d

15.Perché il primo stadio della sostituzione elettrofila aromatica è piùlento del secondo?

16.Che cosa è lo ione nitronio?17.Quale è l’elettrofilo della solfonazione del benzene18.Quale è la funzione dell’acido di Lewis nella alogenazione del

benzene? E nell’alchilazione?

M_Aromatici_2

1.Che cosa è l’effetto dei sostituenti sull’orientamento e le reattività dell’anello benzenico

2.Definire: sostituente orto/para-orientante, sostituente meta-orientante3.Proporre un esempio di un sostituente orto/para-orientante e di uno

meta-orientante4.Definire: sostituente attivante della sostituzione elettrofila

aromatica5.Definire: sostituente disattivante della sostituzione elettrofila

aromatica6.Quale sono gli abbinamenti tra questi effetti?7.Quale è l’effetto elettronico dei sostituenti attivanti? E di quelli

disattivanti?8.Proporre un esempio di un sostituente fortemente disattivante e di

uno fortemente attivante9.Proporre un esempio di un sostituente debolmente disattivante e di

uno debolmente attivante10.Che cosa sono gli idrocarburi aromatici ad anelli condensati

N_Fenoli_Eteri

1.Definire: “il fenolo” e “un fenolo”2.Perché il fenolo è più acido degli alcooli e dell’acqua?3.Quali sostituenti aumentano l’acidità del fenolo e perché?4.Quali sostituenti diminuiscono l’acidità del fenolo e perché?5.Quale è l’effetto del gruppo –OH su reattività e orientamento?6.Che cosa è lo ione fenossido?7.Completare le seguenti reazioni, riconoscerne il tipo e attribuire

loro il nome specifico

8.Che cosa è un etere?9.Scrivere la formula di struttura dei seguenti composti:

Propil etil etere, difenil etere, 1-metossipropano, 2-etossibutano, fenil i-butil etere

10.Descrivere la molecola degli eteri11.Completare le seguenti reazioni, riconoscerne il tipo e attribuire

loro il nome specifico

12.Che cosa è un epossido?13.Spiegare perché gli epossidi sono enti molto reattivi14.Completare le seguenti reazioni, riconoscerne il tipo e attribuire

loro il nome specifico

15.Definire: tiolo, tioetere, dialchilsolfuro, dialchidisolfuro, acido alchilsolfonico

16.Attribuire il nome ai seguenti composti:

17.Porre in ordine crescente di acidità i seguenti composti:Acqua, acido cloridrico, etantiolo, etanolo, etano, fenolo

O_Aldeidi_Chetoni

1.Definire: aldeide e chetone2.Descrivere il gruppo carbonilico ponendo l’accento su struttura,

ibridizzazione e cariche3.Perché aldeidi e chetoni hanno punti di ebollizione più alti di

alcani ed eteri di pari massa molecolare ma più bassi di alcooli e acidi sempre di pari massa molecolare?

4.Attribuire il nome IUPAC ai seguenti composti:

5.Scrivere la formula di struttura dei seguenti composti:Formaldeide; 3-metilbutanale; 3-pentenale; 4-etil-3-idrossi-5-metilesanale; m-nitrobenzaldeide; 2,6-dimetilbenzaldeide; (p-nitrofenil)acetaldeide; 3-clorociclopentancarbaldeideAcetone; 3-cloro-3-buten-2-one; 3-idrossi-4-oxopentanale; 4-fenil-3-buten-2-one; 1-(p-nitrofenil)-2-pentanone; 3-idrossicicloesanone; 2-cicloesenone

6.7.: