Appunti teoria Chimica organica

Capitolo 04 - Alcani: conformazione di alcani

Le conformazioni degli alcani sono arrangiamenti diversi di atomi che interconvertono per rotazione attorno a un legame singolo.

Arrangiamenti diversi hanno nomi specifici.

• Nella conformazione eclissata, i legami C - H su un carbonio sono direttamente allineati con i legami C - H sul carbonio adiacente.
• Nella conformazione sfalsata, i legami C - H su un carbonio bisecano l’angolo di legame H - C - H del carbonio adiacente.
• La rotazione di 60° degli atomi che stanno su un atomo di carbonio converte una conformazione eclissata in una conformazione sfalsata, e viceversa.
• L’angolo che intercorre tra il legame su un atomo e il legame su un atomo adiacente è chiamato angolo diedro. Nella conformazione sfalsata dell’etano, l’angolo diedro per i legami C - H è di 60°. Nell’etano eclissato l’angolo è di 0°.

Le rappresentazioni da una estremità per le conformazioni sono comunemente disegnate usando una convenzione detta proiezione di Newman.

• Le conformazioni sfalsata ed eclissata dell’etano interconvertono a temperatura ambiente, ma i due conformeri non hanno la stessa stabilità.
• Le conformazioni sfalsate sono più stabili (hanno minor contenuto energetico) delle conformazioni eclissate.
• Nella conformazione eclissata la repulsione elettrone-elettrone tra i legami ne aumenta l’energia, se confrontata con la conformazione sfalsata, dove gli elettroni di legame sono più distanti.
• La differenza energetica tra i conformeri eclissato e sfalsato è ~3 kcal/mole, per cui ogni legame C - H eclissato produce un aumento di energia di 1 kcal/mole. La differenza di energia tra i conformeri eclissato e sfalsato è chiamata energia torsionale.
• La tensione torsionale è un aumento di energia dovuto ad interazioni eclissate.
• Ogni 60° si alternano un minimo e un massimo di energia al cambio della conformazione da sfalsata ad eclissata. Conformazioni che non sono né sfalsate né eclissate presentano una energia intermedia.
• Il butano e gli alcani a più alto peso molecolare hanno molti legami C - C, tutti in grado di ruotare. Sono necessarie sei rotazioni di 60° per ritornare alla conformazione originale.
• Una conformazione sfalsata con i due raggruppamenti più voluminosi a 180° l’uno dall’altro è detta anti.
• Una conformazione sfalsata con i due raggruppamenti più voluminosi a 60° l’uno dall’altro è detta gauche.
• Le conformazioni sfalsate sono a più bassa energia rispetto alle conformazioni eclissate.
• Le energie relative dei singoli conformeri sfalsati dipendono dalla loro tensione sterica.
• La tensione sterica è un aumento di energia che si verifica quando gli atomi sono obbligati ad essere molto vicini l’uno all’altro.
• Le conformazioni gauche hanno generalmente energia maggiore delle conformazioni anti a causa della tensione sterica.

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• La differenza di energia tra le due conformazioni a più bassa e a più alta energia è chiamata barriera di rotazione.
• Poiché la conformazione a più bassa energia ha tutti i legami sfalsati e tutti i gruppi più voluminosi in posizione anti, per indicare ciò gli alcani sono spesso rappresentati con uno scheletro strutturale a zigzag.

Ciascuna conformazione: disposizione tridimensionale degli atomi, che deriva dalla rotazione intorno a legami singoli.

Nelle conformazioni eclissate

Nelle conformazioni eclissate, l’allineamento tra le coppie di elettroni fa sì che esse si respingano: tensione torsionale.

• Nella conformazione eclissata, i legami C—H su un carbonio sono direttamente allineati con i legami C—H sul carbonio adiacente.
• Nella conformazione sfalsata, i legami C—H su un carbonio bisecano l’angolo di legame H—C—H del carbonio adiacente.

Conformazione del cicloesano

Un modo per visualizzare la differenza esistente tra questi due tipi di legami è quello di immaginare un asse passante attraverso il centro della sedia, perpendicolare al piano.

I legami equatoriali sono perpendicolari a questo asse immaginario; passando da un carbonio a quello successivo nell’anello, il legame equatoriale punta in modo alternato leggermente verso l’alto e leggermente verso il basso.

I legami assiali sono paralleli all’asse immaginario. Tre legami assiali puntano verso l’alto e gli altri tre puntano verso l