8/19/2019 CURS-8oc

1/8

NOŢIUNI FUNDAMENTALE DE CHIMIE ORGANICĂ

Chimia organică – ramură a chimiei care se ocupă cu studiul compuşilor C.

Numărul mare şi variat de compuşi organici este legat de:

-proprietăţile atomilor C şi H de a forma legături covalente σ stabile;

-proprietatea unică a atomilor de C de a se uni în număr nelimitat

pentru a forma catene (lanturi) stabile.

Catenele pot fi:

liniare ramificate ciclice mixte

Compuşii organici se clasifică în compuşi aciclici şi ciclici.Atomii de carbon pot fi legaţi într-o catenă prin legături simple de tip σ (compuşi saturaţi) şi prin legăturiduble sau triple (compuşi nesaturaţi).

În funcţie de poziţia atomilor de carbon în catene:

primari secundari terţiari

C CC   C

C

CCC

CC

C

CC C C

C

C C

C

C

C* C* C C* C C* C*

C C* CC C* C*

cuaternari

C C* C

C

C C* C

Hibridizare sp3

8/19/2019 CURS-8oc

2/8

EFECTE ELECTRONICE ÎN COMPUŞI ORGANICI

Unul sau mai mulţi atomi de H dintr-o hidrocarbură R-H pot fi înlocuiţi cu atomi sau grupe de atomi ai altorelemente rezultând derivaţi funcţionali R-X (X - grupare funcţională ce conferă moleculelor reactivitatespecifică).

Efect inductiv

Proprietăţile compuşilor organici sunt determinate de interacţiunile care se manifestă între R şi X.În compuşii organici care au în moleculă doar legături σ pot avea loc deplasări ale electronilor σ, printr-unmecanism de inducţie electromagnetică, spre unul din atomii prezenţi în moleculă. Acest efect senumeşte efect inductiv (I); se reprezintă  grafic printr-o săgeată  îndreptată  spre atomul atrăgător deelectroni; intensitatea efectului scade odată cu creşterea distanţei faţă de atomul care-l determină. După maximum 4 atomi de C efectul inductiv devine nul.

Efectul inductiv poate fi:permanent-existent în starea fundamentală a unor molecule (efect inductiv static, Is);temporar-existent în starea activă a unor molecule (efect inductiv dinamic, Id).

Is poate fi:negativ (-Is) - determinat de prezenţa în moleculă a unor atomi sau grupe de atomi care atrag electroni;

pozitiv (+Is) - determinat de prezenţa în moleculă a unor atomi sau grupe de atomi care resping electroni.

—NR3 > —NO2 > —SO2R > —CN > —COOH > —F > —Cl > —Br > —I > —OR > —COR > —OH > —C6H5 > —CH=CH2 > —H

C X C Y

-Is +Is

Creste +Is

Creste -Is

C CC…

H H H

H H H

X

8/19/2019 CURS-8oc

3/8

Efectul electromerÎn moleculele compuşilor organici nesaturaţi pot avea loc deplasări ale electronilor π - efect electromer, interacţiune

electronică intramoleculară datorată:atracţiei electronilor π de către un atom din moleculă;interacţiunii electronilor π (conjugării) cu alţi electroni π dintr -un sistem cu duble legături

conjugate sau cu electroni p neparticipanţi ai unui element.

Efectul electromer se reprezintă prin săgeţi curbe care indică sensul de deplasare a electronilor.

Efectul electromer poate fi:● static (Es) - deplasare permanentă a electronilor π, existentă în starea fundamentală a moleculei;● dinamic (Ed) - are loc în cursul desf ăşurării unei reacţii şi este determinat de un reactant.

Es determină polarizarea permanentă a moleculei spre deosebire Ed care dă o polarizare temporară.Efectul electromer static poate fi:

pozitiv - atrăgător de electroni (+Es);negativ - respingător de electroni (-Es).

-Es +Es

Noţiuni de izomerie

Izomeria - fenomen specific unor compuşi organici şi combinaţii complexe care au aceeaşi formulă  brută  darproprietăţi fizice şi chimice diferite.

Substanţele cu aceeaşi formulă brută dar cu proprietăţi diferite se numesc izomeri.

Izomeria poate fi plană şi spaţială.

Ẍ C C R   Y C C C R

8/19/2019 CURS-8oc

4/8

Izomeria plană poate fi determinată de:a) izomeria de catenă – atomul de C ce poate fi primar, secundar, terţiar şi cuaternar.

b) izomeria de pozi ţ ie – poziţia unei particularităţi structurale (leg. multiplă, rad. organic, gr. funcţională, heteroatometc.).

c) izomeria de func ţ iune sau epimeria – substanţe cu funcţiuni organice diferite au aceeaşi formulă brută (C3H6O)

d) izomeria dinamică sau tautomerie – determinată de deplasarea simultană a unui proton şi a unei legături duble într-o moleculă organică nesaturată:

e) izomeria de compensare sau metamerie – determinată de modificarea reciprocă şi simultană a poziţiei unorradicali dintr-o moleculă organică (aminele primare, secundare şi terţiare sunt izomere:

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH2 CH3

CH3

CH3 C CH3

CH3

CH3

CH2 CH CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH CH2 CH3

CH3 CH2 CH2 OH CH3 CH CH2

OH

CH2 CH CH2 OH CH3 CH2 CHO CH3 O CH CH2 CH2 CH CH3

O

CH C OH CH2 C O

enol compus carbonilic

CH3 CH2 CH2 NH2 CH3 CH2 NH CH3 CH3 N CH3

CH3

  alcool alilic aldehidă propionică metil vinil eter oxid de propilenă  acetonă

8/19/2019 CURS-8oc

5/8

Izomeria spaţială sau stereoizomeria poate fi:

a) izomeria geometric ă –  datorată prezenţei în molecula organică a unei particularităţi structurale careblochează rotirea liberă a doi atomi de C în jurul legăturii care îi uneşte (legătură dublă, structură 

ciclică):

b) izomeria optic ă – este consecinţă a asimetriei structurale a moleculelor şi poate fi:

b1) izometrie optic ă cu C asimetric 

b2) izomerie optic ă f ăr ă C asimetric .Substanţele care prezintă izomerie optic ă cu C asimetric rotesc planul de vibraţie al luminii polarizate.

Pentru o substanţă  optic activă  există  două  structuri numite enantiomeri. Una roteşte planulluminii polarizate spre dreapta şi este denumită dextrogiră (+ sau d) şi cealaltă spre stânga şi estedenumită levogiră (- sau l).

Ex: acidul α-Br propionic:

C CH

Cl

H

ClC C

Cl

H

H

Clcis trans

Br C*

COOH

CH3

H H C*

COOH

CH3

Br

Izomeria optic ă  f ăr ă  C asimetric  - determinată  de particularităţi structurale alemoleculelor organice.

Izomeria de rota ţ ie  –  determinată de rotirea liberă a doi C în jurul unei legături σ,conducând la conformaţii eclipsate sau intercalate în care unghiurile de valenţă se conservă la valori normale.

Trecerea de la o formă la alta se realizează prin rotaţie, învingând anumite barierede energie. Conformaţia intercalată  este mai săracă  în energie (mai stabilă) iarconformaţia eclipsată  este mai bogată  în energie (mai instabilă). Conţinutul maimare de energie în conformaţia eclipsată este datorat distanţei mici dintre atomii

de H eclipsaţi; au loc repulsii atât între aceştia cât şi între electronii legăturii C-H.

Numărul de enantiomeri creşte cu creşterea numărului C asimetrici din moleculă.

8/19/2019 CURS-8oc

6/8

COMPUŞI ORGANICIHidrocarburiHidrocarburile se clasifică în: - saturate

- nesaturate- aromatice

 Hidrocarburi saturate

Se clasifică în:hidrocarburi saturate aciclice;hidrocarburi saturate ciclice sau cicloalcani.

 Alcani - hidrocarburi saturate aciclice formate din catene de Cuniţi între ei prin legături σ. Celelalte valenţe sunt satisf ăcute de H.Formula generală - CnH2n+2.Alcanii se clasifică în:

alcani normali - lanţul atomilor de C este liniar;izoalcani

- lanţul atomilor de C este ramificat Denumire -  adăugarea sufixului -an  la un prefix care desemnează numărul atomilor de C din moleculă  în limbagreacă. Excepţie fac primii patru alcani din seria omologă - metan, etan, propan, butan.

Pentru hidrocarburile cu două  grupe metil la un capăt al catenei liniare se foloseşte prefixul izo-  la numelehidrocarburii. Când catena este ramificată cu trei grupe metil la unul din capetele se foloseşte prefixul neo-.

Izoalcanii se denumesc prin numerotarea catenei celei mai lungi în aşa fel încât substituenţii să aibă  cele mai micinumere. Substituenţii se pot citi în ordine alfabetică sau în ordinea creşterii complexităţii lor.

Radicalii alcanilor se denumesc prin înlocuirea sufixului -an cu:- il - radicali monovalenţi;- iliden - radicali divalenţi cu cele două valenţe libere la acelaşi atom de C (excepţie metilen);- ilen - radicali divalenţi cu cele două valenţe libere la doi atomi de C vecini;- in – radicali trivalenţi.

8/19/2019 CURS-8oc

7/8

 Proprietăţ i chimice

Alcanii - substanţe organice cu reactivitate scăzută  datorită  prezenţei în moleculă  a legăturilor relativputernice C-C şi C-H şi faptului că sunt compuşi saturaţi.

În condiţii speciale alcanii participă  la reacţii de substituţie, descompunere termică, dehidrogenare,izomerizare, oxidare.

Reacţii de substituţie - un atom de H este înlocuit de un alt atom sau grupare de atomi.► reac ţ ia de halogenare poate fi declanşată  termic, fotochimic sau catalitic. De ex. clorurarea metanului

conduce la obţinerea unui amestec de derivaţi cloruraţi:

► reac ţ ia de nitrare  se realizează la temperaturi ridicate (aprox. 425oC), în fază  gazoasă. Grupa nitro sepoate lega la oricare dintre atomii de C din catenă. În condiţiile energice ale reacţiei se pot obţine,datorită scindării catenei alcanului şi nitroderivaţi ai omologilor inferiori ai alcanului supus nitrării.

CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4+Cl2

-HCl

+Cl2

-HCl

+Cl2

-HCl

+Cl2

-HCl

CH3   CH2   CH3 + HNO3

CH3   CH2   CH2

CH3   CH2   NO2

NO2

CH3   CH CH3

NO2

CH3   NO2

1-nitropropan (25%)

nitroetan (10%)

2-nitropropan (40%)

nitrometan (25%)

8/19/2019 CURS-8oc

8/8

Reacţii de descompunere termică  -  se realizează la temperaturi ale căror valori sunt invers proporţionale culungimea catenei. În timpul acestui proces se produc reacţii de dehidrogenare şi cracare rezultând un amesteccomplex de alcani şi alchene inferioare.

Reacţii de dehidrogenare - eliminarea atomilor de hidrogen, în anumite condiţii de temperatură şi în prezenţacatalizatorilor; alcanii inferiori se transformă în hidrocarburi nesaturate iar cei mijlocii în compuşi din alte clasede hidrocarburi:

Reacţii de izomerizare - la temperatură (50 – 100oC) şi în prezenţa catalizatorilor (AlCl3, BrCl3), rezultă izoalcaniicorespunzători:

Reacţii de oxidare se desfăşoară în condiţii diferite, în funcţie de care se pot obţine alcooli, aldehide sau aciziorganici. De ex, în prezenţa aerului la 280oC şi 100 atm etanul conduce la un amestec:

Oxidarea la temperatură ridicată în prezenţă de aer sau oxigen pune în libertate o cantitate mare de energie şi de aceea

alcanii sunt utilizaţi drept combustibili.

H3C CH3+Cr2O3

500oCH2C CH2 + H2

CH3   CH2   CH2   CH2   CH3   CH3   CH CH2   CH3

CH3

AlCl3; AlBr3

50

o

C

H3C CH3 + O2CH3   CHO

CH3   CH2OH

CH3   COOH

CH3   OH