Chimica organica - Alcani

ALCANI

Formula generale: C_nH_2n+2

Tipo di legame: legame singolo

Ibridazione: sp³

Angolo di legame: 109,5°

Geometria: Tetraedrica

CLASSIFICAZIONE degli ATOMI di CARBONIO

• Primario: legato a un solo atomo pesante
• Secondario: legato a 2 atomi pesanti
• Teriario: legato a 3 atomi pesanti
• Quaternario: legato a 4 atomi pesanti

NOMENCLATURA

• Prefisso: quali sono i sostituenti e dove si trovano
• Radice: quanti sono gli atomi di C
• Suffisso -ANO: legame singolo

1. Numerare la catena più lunga, se sono presenti ramificazioni, cominciare dall'estremità che ha più vicino il 1° punto di ramificazione
2. Individuare i sostituenti, preceduti dal numero, scritti in ordine alfabetico
3. Se ripetuti usare i prefissi di-, tri-, tetra-...

Primi 4 termini della serie

• CH₄ metano
• C₂H₆ etano
• C₃H₈ propano
• C₄H₁₀ butano

• Sostituenti alchilici: derivati dalla rimozione di un idrogeno da un alcano, indicati con R
• Desinenza -ILE
• 1C: -CH₃ metile
• 2C: -CH₂CH₃ etile
• 3C: -CH₂CH₂CH₃ propile

Prefissi:

• sec-: atomo di carbonio legato ad altri 2C
• terz-: atomo di carbonio legato ad altri 3C
• iso-: nomenclatura comune

Esempi

metile

etile

5-etil-3-metilottano e non 4-etil-6-metilottanoi sostituenti devono essere inseriti secondo ordine alfabetico

Numerazione errata!

metile

metile

2,5-dimetileptano e non 3,6 dimetileptano

Numerazione errata!

NB: i prefissi di, tri, tetra... non sono considerati nell’ordine alfabetico.

7-etil-4,4-diisopropildecano4-etil-7,7-di(metiletil)decano

NB: i prefissi «iso» (p.es. isopropile) e «neo» (p.es. neopentile) sono considerati nell’ordine alfabetico, mentre i prefissi n-, sec-, ter- non lo sono.

5-isopropil-7-metil-5-neopentilundecano5-metil-7-(metiletil)-7-(2,2-dimetilpropil)undecano

5-sec-butil-7-metil-5-propilundecano5-metil-7-(1-metilpropil)-7-propilundecano

6-(2-metilbutil)dodecano

ANGOLO DIEDRO

= angolo formato da 2 semipiani α e β

L'angolo di rotazione tra un atomo e un altro

che si trova a 4 atomi di distanza

= angolo che coinvolge 4 atomi

Piano α = formato da atomi 1,2,3

Piano β = formato da atomi 2,3,4

• Quando atomo 1 e atomo 4 si trovano in anti
• → angolo diedro = 180° [rotazione tra atomi 2 e 3]
• Quando atomo 1 e atomo 4 si trovano in sin
• → angolo diedro = 0° ] 2 piani si sovrappongono

La probabilità di osservare sperimentalmente un tipo di conformero

dipende dalla sua stabilità

• - dall'energia associata

→ Le molecole tendono ad assumere conformazioni con la minima energia

I diversi conformeri possono interconvertirsi a vicenda

ma l'equilibrio è spostato verso il conformero più stabile

Grafico di variazione dell'energia in funzione dell'angolo diedro

per rotazione intorno all'asse carbonio-carbonio dell'etano

CONFORMAZIONE DELL'ETANO

• 1 conformazioni possibili

La differenza energetica tra le 2 conformazioni

deriva dalla destabilizzazione della conformazione eclissata

dovuta all'eccessiva vicinanza degli atomi di idrogeno

e dei gruppi metilici

Angolo diedro considerato

è quello tra carbonio

e idrogeni rossi e blu

Isomeria cis-trans nei cicloalcani

non è possibile la libera rotazione tra gli stereocentri

• cicloalcani con sostituenti su almeno 2 atomi di carbonio presentano isomeria cis-trans

La struttura ciclica impedisce la rotazione intorno ai legami C-C dell’anello

• cis = sostituenti dalla stessa parte dell’anello
• trans = sostituenti da parti opposte dell’anello

Denominazione cis/trans permette di determinare la configurazione relativa dei 3 sostituenti, e non dello stereocentro (denominazione R/S)

es. 1,2-dimetilciclopentano

• 2 molecole diverse (proprietà diverse)
• 2 stereocentri
• lo scambio di 2 gruppi aesso legati (CH₂H) origina 2 stereoisomeri

cis -1,2-dimetilciclopentano trans- dimetilciclopentano

NB le rappresentazioni planari degli anelli a 5 e 6 atomi non sono corrette dal punto di vista della disposizione spaziale ma sono adatte a mostrare l’isomeria cis-trans

NB non si può usare il termine cis/trans su catene lineari

• i legami semplici C-C ruotano liberamente
• la rotazione implica uno scambio di posizione tra i sostituenti

- Denominazione cis/trans esclusiva per i cicloalcani rotazione tra gli stereocentri è impedita

lo scambio cis/trans implica la rottura del legame

NO CONFORMAZIONE

MA CONFIGURAZIONE → Disposizione degli atomi intorno a uno stereocentro

Denominazione cis/trans oli sistemi policiclici

• può anelli condensati tra loro → 2 atomi di C in comune

La giunzione degli anelli può essere in:

• cis : idrogeni dalla stessa parte del piano
• trans : idrogeni ai lati opposti del piano

comporta differente nella forma tridimensionale dei 2 stereoisomeri

es. ciclopentanperidrofenantrene → struttura a 3 anelli a 6 atomi di C condensati

ognuna delle giunzioni può essere cis o trans

l’unico stereoisomero ad avere forma spaziale piana è quello con tutte le giunzioni in trans

→ colesterolo