Alcani

Ibridazione del C

Metano

Formula bruta CH₄

Alcani

Formula strutturale

Formula prospettica

Ibridazione sp³

Tetraedrica

Tutti gli angoli di legame: 109,5°

Tutti i legami C-H sono uguali → Lunghezza 1,1 Å

Forza 104 kcal/mole

Configurazione e^- 1s² 2s² 2p²

Eccitazione del carbonio 96 kcal/mole

Il carbonio è tetravalente e forma 4 legami, perciò...

Etilene o etene

Alcheni

C₂H₄

120°

Eccitazione del C

Ibridazione sp²

Legame C=C → Lunghezza 1,34 Å

Forza 173 kcal/mol

Legame C-H → Lunghezza 1,09 Å

Ibridazione del C

Metano

Alcani

H | H - C - H | H

Tetraedrica

Tutti gli angoli di legame: 109,5°

Tutti i legami C-H sono uguali:

Lunghezza 1,1 Å

Forza 104 kcal/mole

Configurazione E 1s² 2s² 2p²

Il carbonio è tetravalente e forma 4 legami, perciò...

Eccitazione del carbonio 96 kcal/mole

Sp³

Etilene o etene

Alcheni

2¹Η₄ 120° C = C H H \ / C = C / \ H H

Eccitazione del C

Legame C-C: Lunghezza 1,34 Å

Forza 173 kcal/mole

Legame C-H: Lunghezza 1,09 Å

1/3 caratter s 2/3 caratter p

Sp²

Etino o acetilene

Alchini

C₂H₂   H-C≡C-H   H-≡-H sp

1/2 car. s

1/2 car. p

Eccitazione del C   Ibridazione sp

Molecola lineare

Legame C-C - - Lunghezza 1,20 Å

Forza 200 kcal/mole

Legame C-H -- Lunghezza 1,08 Å

Idrocarburi

I vari composti si denominano e classificano in base ai gruppi funzionali presenti in ciascun composto.

Esempio: CH₃ C = O - CH₂ - OH

Idrocarburi: solo H e C

• Aromatici
• Alifatici
• Alcani C_nH_2n+2
• Alcheni C_nH_2n
• Alchini C_nH_2n-2
• Cicloalcani C_nH_2n

1. Grado di insaturazione

C_nH_2n - 1H₂

Alcani

2. Gradi di insaturazione

C_nH_2n-2

Alcheni

Alcani

• N=1 CH₄ metano
• N=2 C₂H₆ etano
• N=3 C₃H₈ propano
• N=4 C₄H₁₀ butano
• N=5 C₅H₁₂ pentano
• N=6 esano
• N=7 eptano
• N=8 ottano

Attenzione

n = 4   C₄H₁₀

CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₃

CH₃   CH₃   | CH₃ - CH - CH₃   iso-butano

n = 5   C₅H₁₂

CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃   n-pentano

CH₃   | CH₃ - CH - CH₂ - CH₃   isopentano

     CH₃      | CH₃ - C - CH₃      |      CH₃   neopentano

Isomeria

Isomeria → Strutturale (o costituzionale o di posizione)

• Stessa formula molecolare bruta
• Diversa struttura
• Cambiano rapporti tra atomi

Stereoisomeria

• Stessa struttura, ma con diversa disposizione spaziale
• Non cambiano rapporti ma cambia la forma

Esempio isomeri di struttura

C₂H₆O

CH₃CH₂OH   etanolo (liquido gruppo OH)

CH₃ - O - CH₃   etere dimetilico (gas)

C₄H₁₀

CH₃-CH₂CH₂CH₃

CH_{3        Primario}   | CH₃ - CH₂CH₃  |   CH_{3      Secondario}, ossia lega 3 carboni

→ Configurazionali → Enantiomeri, Diastereoisomeri

→ Conformazionali → rotameri

Dovuto al fatto che intorno agli angoli legami il carbonio può ruotare

Gruppi alchilici

Gruppi alchilici -R o sostituenti

H-C_H - H metano ➔ metile

CH₃- C_H2 - CH₃

CH₃ C_H2 - propano ➔ propile

CH₃ - C_H - C_H3

Isoprile ➔ CH₃ - CH - CH₃

Butile ➔ CH₃CH₂ - CH₂ - CH₃

Isobutile ➔ sec-butile

Terz-butile

Gruppi alchilici ramificati nella nomenclatura IUPAC

1. Gruppi alchilici ramificati nella nomenclatura IUPAC si denominano:

CH₃|CH -

Isoprile ➔ (1-metiletil)

CH₃|CH₃CH - CH₂ -

Isobutile ➔ (2-metilpropl)

CH₃|CH₃ CH₂ - CH -

Isobutile ➔ (2-metilpropl)

CH₃|Tbutile ➔ (1,1-dimetiletil)

Nomenclatura IUPAC

Esempio:

CH₃ - CH - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃

2-metilesano

Come scrivere correttamente il nome IUPAC del composto?

1. Trovare la catena più lunga di C per determinare la catena principale del composto

Etano

CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃

2. Individuare e denominare i gruppi alchilici innestati nella catena principale

Metil - esano

3. Numerare la catena principale in modo che il sostituente abbia il numero più basso possibile

2-metilesano

Esempi

CH₃ - CH - CH₃

2,3-dimetilpentano

CH₃ - CH₂ - CH - CH - CH₂ - CH₂ - CH₃

3,4-dimetil-6-ettilottano

4-etil-3,6-dimetilottano

I prefissi non contano per la disposizione alfabetica

CH₃ - CH₂ - CH - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃

3-etil-5-metileptano

In caso di equivalenza si inizia dal gruppo alchilico che viene prima

CH₃ - CH₂ - CH - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃

3-etil-2-metilesano

Si sceglie la catena col maggior numero di sostituenti

Fonti degli alcani

Fonti degli alcani: Petrolio Gas Naturali Etere di Petrolio Ligroina Benzina Chersene Gasolio

• C1: C4
• C5: C6
• C6: C7
• C6: C12
• C12: C16
• C>18

Intervallo PE

• 20°-60°C
• 60°-100°C
• 50°-200°C
• 175°-275°C
• > 275°C

Il calore serve a rompere i legami secondari (interazioni intermolecolari)

1. 3 propano
2. Aldeide acetica
3. Etanolo

Forze di London

Dipoli istantanei: PE: -42°C

Interazioni Dipolo-Dipolo

PE: 21°C

Legami a idrogeno

PE: 78°C

Le forze di London si instaurano nella superficie di contatto, perciò più un composto è ramificato, più il PE si abbassa

Neopentano

PE: 10°C

Isopentano

PE: 30°C

n-Pentano

PE: 36°C

Quindi: PE aumenta più è lunga la catena e diminuisce più è ramificata

Analisi conformazionale dell'etano

Eclissato

Atomi di idrogeno sovrapposti

ω = 0°

Sfalsa

Atomi di idrogeno sfalsati

ω = 60°

Proiezioni di Newman

Carbonio vicino all'osservatore

Carbonio lontano dall'osservatore

Analisi conformazionale del butano

Eclissato E₁

CH₃CH₃

ω = 0°

Sfalsata gauche

CH₃ | CH₃

ω = 60°

Eclissata E₂

CH₃H

ω = 120°

Sfalsata anti

H | CH₃

ω = 180°

Anche in questo caso tocchiamo tutte le forme perché ΔE molto piccola (6 kcal/mol)

Reattività

Hanno bassissima reattività gli alcani, quindi danno luogo a reazioni solo in certe condizioni. Le reazioni sono:

Combustione

a) Combustione

a alcano + b O₂ → n CO₂ + m H₂O

• - ΔH = -192 Kcal/mole
• - ΔH = -361 Kcal/mole
• - ΔH = -534 Kcal/mole
• - ΔH = -687 Kcal/mole
• - ΔH = -686 Kcal/mole

Esotermica

Attraverso la combustione posso determinare quali isomeri sono più stabili e quali meno. Non posso confrontare composti diversi.

Se difetto di ossigeno si forma CO o C.

Alogenazione

b) Alogenazione

Alcano + alogeno (F₂, Cl₂, Br₂, I₂)

Sostituzione

1 -C-A → 1 -C-B

Addizione

=C=C- + A-B → -C-C-

Eliminazione

=C- + A B → =C= + AB

Es: CH₄ CH₂ Cl₂ CH₃ Cl₂ CCl₃ CH₂ Cl CH₂ CH ₃ CHCl₃ CCl₄

Cloro metano Diclorometano Tricloro metano Tetrachlo metano

Cloro etilene Cloro alchiro Cloroformo Tetrachloruro

E il nome comune degli aloderiv alchilici (prodotti della alogenazione) si forma usando il nome italiano dell' etero che sostituisce + il nome del gruppo alchilico.

Osservazioni sperimentali

1. L'alogenazione avviene senza problemi con cloro e bromo, mentre con il fluoro risulta esplosiva e con lo iodio è troppo lenta.
2. Appena iniziato invece la reazione procede con un annerimento del clapet. [...] molte diadi, Cl² Bond Transfer.
3. Si osservano tra i prodotti piccole percentuali di alcoli superiori.
4. Se si segue la reazione in presenza di ossigeno, questo causa un'ibizione.
5. La reazione avviene al buio con alte temperature oppure a T ambiente in presenza di luce UV. L'energia di iniziazione deve essere alta (endotermica).

Meccanismo di clorazione del metano

Meccanismo di clorazione del metano

Reazione radicalica

1. Iniziazione

Cl₂ → 2Cl^.

2. Propagazione

Addizione

H₃C ••• Cl₂ → H₃C^. + HCl

Transfer

H – Cl + Cl₂ → Cl^. + Cl₃C • H

3. Terminazione

• Appaiamento di tutti i radicali.

Cl₂ + Cl → Cl₂

Cl₂ + H^. → HCl

H – Cl + • H → Cl₂ + HCl

H₂ + H → H₃C • Cl

H – Cl – Cl^. → Cl^. + Cl+ C

Etano

H₃C ••• Cl₃C → H₃C-Cl

• Propagazione e terminazione sono in diretta competizione tra loro perciò devo far avvenire la reazione (per lo meno all'inizio) con una percentuale di metano molto maggiore rispetto al cloro, in modo che si scontrino più facilmente.