Chimica Organica: Alcheni e Alchini

Carbonio in C=C

Numero atomico: 6

IV gruppo

II periodo

Configurazione elettronica: 1s² 2s² 2p²

4 elettroni di valenza (elettroni del guscio più esterno)

Legami C=C

Ogni atomo di C è legato a 3 gruppi.

Alcheni: ibridazione sp² del carbonio in C=C

Orbitali ibridi (Pauling)

3 dei quattro orbitali atomici del guscio di valenza (un orbitale s, due orbitali p) combinati per dare tre orbitali ibridi.

3 orbitali ibridi identici tra loro sp².

Orbitale sp²: due lobi di dimensione diversa.

Ciascun orbitale sp² contiene un elettrone di valenza.

Energia 2s < energia sp² < energia 2p.

I tre orbitali ibridi si trovano su un piano.

Angolo formato da orbitali sp²: 120°.

Orbitali diretti verso i vertici di triangolo equilatero; C al centro (il lobo di dimensioni inferiori di ciascun orbitale ibrido sp² non è visibile in questa figura ma è ovviamente presente).

Repulsione elettronica minimizzata.

L’altro elettrone di valenza si trova in orbitale non ibridato p, perpendicolare al piano in cui si trovano orbitali ibridi sp².

Dopo ibridazione: p, 2p, 2sp², p, 2p, E, 2sp², E, 2s, 2s. Ibridazione sp².

Doppio legame tra due C ibridati sp²

Doppio legame tra due C ibridati sp²: allineamento di due atomi C ibridati sp² con orbitali p non ibridati paralleli.

Legame C=C σ: formazione di legame mediante sovrapposizione coassiale di due orbitali ibridi sp² (uno per ogni atomo di carbonio).

π: formazione di un legame mediante sovrapposizione laterale dei due orbitali atomici non ibridi p (uno per ogni atomo di carbonio).

Rotazione attorno a legame doppio è impedita: porterebbe a rottura di legame (elimino sovrapposizione laterale tra i due orbitali p non ibridati).

Carbonio in C=C: ibridazione sp²

Etilene

Doppio legame tra due C ibridati sp²: geometria trigonale planare.

Allineamento di due atomi C ibridati sp² con orbitali p non ibridati paralleli.

Legame C=C σ: formazione di legame mediante sovrapposizione coassiale di due orbitali ibridi sp² (uno per ogni atomo di carbonio).

π: formazione di un legame mediante sovrapposizione laterale dei due orbitali atomici p non ibridati (uno per ogni atomo di carbonio).

σ: quattro legami C-H.

Ciascuno dato da sovrapposizione tra orbitale ibrido sp² di carbonio (due per ciascun carbonio) ed orbitale 1s di idrogeno.

6 atomi sono tutti sullo stesso piano.

Carbonio in C≡C: ibridazione sp

Numero atomico: 6

IV gruppo

II periodo

Configurazione elettronica: 1s² 2s² 2p²

4 elettroni di valenza (elettroni del guscio più esterno)

Legami C≡C

Ogni atomo di C è legato a 2 gruppi.

Orbitali ibridi (Pauling)

2 dei quattro orbitali atomici del guscio di valenza (un orbitale s, un orbitale p) combinati per dare 2 orbitali ibridi.

2 orbitali ibridi identici tra loro sp.

Orbitali sp: due lobi di dimensione diversa.

Ciascun orbitale sp contiene un elettrone di valenza.

Energia 2s < energia sp < energia 2p.

Angolo formato da orbitali sp: 180°.

Arrangiamento lineare.

Repulsione elettronica minimizzata.

Gli altri 2 elettroni di valenza si trovano in 2 distinti orbitali atomici p non ibridati, perpendicolari tra di loro e perpendicolari agli orbitali ibridi sp.

Dopo ibridazione: p, 2p, p, 2p, sp, sp, E, E, 2s, 2s.

Triplo legame tra due C ibridati sp

Triplo legame tra due C ibridati sp: geometria lineare. Allineamento di due atomi C ibridati sp con orbitali p non ibridati paralleli a due a due.

Legame C≡C σ: formazione di un legame mediante sovrapposizione coassiale di due orbitali ibridi sp (uno per ogni atomo di carbonio).

π: formazione di 2 legami perpendicolari tra di loro mediante sovrapposizione laterale di 4 orbitali atomici p non ibridi a due a due paralleli tra di loro (due per ogni atomo di carbonio).

Carbonio in C≡C: ibridazione sp

Acetilene

Triplo legame tra due C ibridati sp: geometria lineare.

Allineamento di due atomi C ibridati sp.

Legame C≡C: σ legame mediante sovrapposizione coassiale di due orbitali ibridi sp (uno per ogni atomo di carbonio).

π: 2 legami mediante sovrapposizione laterale di quattro orbitali non ibridi p (due per ogni atomo di carbonio).

σ: legami C-H.

Ciascuno dato da sovrapposizione tra orbitale ibrido sp di carbonio ed orbitale 1s di idrogeno.

Idrocarburi insaturi: alcheni e alchini

ALCHENI: idrocarburi insaturi contenenti uno o più doppi legami C=C.

Formula generale valida per alcheni aciclici, lineari o ramificati C_nH_2n contenenti un solo doppio legame C=C.

ALCHINI: idrocarburi insaturi contenenti uno o più tripli legami C≡C.

Formula generale valida per alchini aciclici, lineari o ramificati C_nH_2n-2 contenenti un solo triplo legame C≡C.

Alcheni e alchini: nomenclatura

Doppi legami C=C

Desinenza –ene.

La radice del nome indica il n° di atomi di carbonio.

Es. CH₂=CH₂ etene (nome comune: etilene).

CH₂=CHCH₃ propene (nome comune: propilene).

In presenza di più di un doppio legame: –diene, –triene.

Tripli legami C≡C

Desinenza –ino.

La radice del nome indica il n° di atomi di carbonio.

Es. CH≡CH etino (nome comune: acetilene).

CH≡CCH₃ propino.

In presenza di più di un triplo legame: –diino, –triino.

Presenza contemporanea di doppi e tripli legami

Se sono presenti contemporaneamente un doppio ed un triplo legame, desinenza –enino.

Si sceglie la catena più lunga che contiene entrambi gli atomi del doppio o del triplo legame.

C C C C C C C C C C C C butene “pentene” NON è corretta!

Numerazione della catena inizia dall’estremità più vicina al legame multiplo, per assegnare numero di posizione più basso possibile ad atomi di carbonio di legami multipli.

5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 C C C C C C C C C C NON è corretta!

Numerazione della catena

Se il legame multiplo è equidistante da due estremità: la numerazione inizia dall’estremità più vicina al primo punto di ramificazione.

1 2 3 4 4 3 2 1 C C C C C C C C C C NON è corretta!

Per indicare la posizione del legame multiplo: si fa riferimento all’atomo di carbonio di questo legame che ha il numero più basso.

1 2 3 4 CH₂ CH CH CH₂ 1-butene (NON 2-butene!).

Se ho più legami multipli: la numerazione inizia dall’estremità più vicina al legame multiplo che viene per primo.

5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 C C C C C C C C C C NON è corretta!

Se un doppio legame ed uno triplo sono equidistanti da estremità della catena: si assegna numerazione più bassa al doppio legame.

Idrocarburi ciclici

Idrocarburi ciclici: si numera l’anello a partire da atomo di carbonio che fa parte di legame multiplo, si prosegue passando attraverso l’atomo di carbonio legato al primo tramite il legame multiplo.

Ciclopentene, 3-metilciclopentene.

Ciclopentene, 3-metilciclopentene.

1,4-cicloesadiene, 1,3-cicloesadiene.

1,4-cicloesadiene, 1,3-cicloesadiene.

Alcheni: isomeria cis/trans

Alcheni in cui ad entrambi gli atomi di carbonio del doppio legame sono legati due atomi o gruppi differenti esistono sotto forma di 2 isomeri diversi.

Isomeria cis/trans negli alcheni è conseguenza della rotazione impedita attorno al doppio legame C=C.

Isomeri CIS e TRANS: stessa formula molecolare, stessa sequenza nel legame tra gli atomi, differiscono nella disposizione degli atomi nello spazio.

Stereoisomeri configurazionali.

Sono 2 composti diversi con proprietà chimiche e fisiche diverse.

Stereoisomeri non interconvertibili a T ambiente.

H H H Cl. Es. C C C C. Cl Cl Cl H. cis-1,2-dicloroetene, trans-1,2-dicloroetene.

p.e. 60 °C, p.e. 47 °C.

p.f. -80 °C, p.f. -50 °C.

Isomero cis: i due sostituenti uguali sono dalla stessa parte rispetto al doppio legame.

Isomero trans: i due sostituenti uguali sono da parti opposte rispetto al doppio legame.

Alcheni: isomeria cis/trans

In composti non ciclici, l’isomero trans è più stabile dell’isomero cis (nell’isomero cis ho maggiori tensioni da interazioni di non legame).

Strutture cicliche: necessarie altre considerazioni.

trans-cicloottene.

Isomero trans è in questo caso 9 kcal/mol meno stabile di isomero cis, a causa di tensioni angolari.

H H H H H 3C H H₃C H C C C C C C CH₃C C H H₃C CH₃ H CH₃ H CH₃.

cis-2-butene, trans-2-butene.

cis-2-butene, trans-2-butene.

p.e. 3.7 °C, p.e. 0.3 °C.

p.e. 3.7 °C, p.e. 0.3 °C.

p.f. -139 °C, p.f. -106 °C.

p.f. -139 °C, p.f. -106 °C.

Alcheni: isomeria cis/trans

Stereoisomeri configurazionali.

Sono 2 composti diversi, separabili per es. mediante d