Chimica organica - appunti parziali (fino ai carbocationi)

GAUCHE.

• Più Interazioni GAUCHE: La conformazione meno preferita è quella con più interazioni

GAUCHE.

Riepilogo delle Conformazioni del Butano

• Conformazioni Eclissate: Maggiore energia a causa della tensione torsionale e della repulsione

sterica.

• Conformazioni Sfalsate: Minore energia e generalmente preferite.

• Conformazione ANTI: La più stabile con i gruppi CH3 agli opposti.

• Conformazione SYN: La meno stabile con i gruppi CH3 affacciati.

Cicloalcani e isomeria conformazionale

martedì 2 luglio 2024 11:25

I Cicloalcani

I cicloalcani sono idrocarburi nei quali gli atomi di carbonio, sempre ibridati sp3, si legano tra loro

formando cicli. La formula bruta generale dei cicloalcani è CnH2n.

Nomenclatura dei Cicloalcani Semplici

• Ciclopropano: C3H6

• Ciclobutano: C4H8

• Ciclopentano: C5H10

• Cicloesano: C6H12

• Cicloeptano: C7H14

Per la nomenclatura dei cicloalcani non sostituiti, basta aggiungere il prefisso "ciclo-" al nome dell'alcano

con il corrispondente numero di atomi di carbonio.

Problemi Riscontrati in Anelli Piccoli

1. Tensione Angolare:

○ Il carbonio ibridato sp3 prevede angoli di legame di 109°. Tuttavia, in anelli piccoli, come nel

ciclopropano (che forma un triangolo) e nel ciclobutano (che forma un quadrato), non è

possibile mantenere questi angoli di 109°, causando così tensione angolare.

2. Tensione Torsionale:

○ Negli anelli planari, ci sono molti atomi di idrogeno che risultano eclissati. Questa

eclissazione aumenta l’energia del sistema a causa della repulsione tra gli elettroni nei

legami C-H e aumenta la tensione torsionale.

Ciclopropano

• Tensione Angolare:

• Un triangolo ha angoli di 60°, mentre l'ibridazione sp3 prevede angoli di 109°.

• Tensione Torsionale:

• Tutti gli atomi di idrogeno sono eclissati. L'anello planare (tre punti definiscono un piano)

causa ulteriore tensione.

Per ridurre queste tensioni:

• Tensione Angolare:

• Gli ibridi sp3 non possono adattarsi agli angoli di 60°, quindi i legami sigma vengono piegati

("a banana"), piegando i legami C-C al di fuori degli assi intermolecolari di legame.

• Tensione Torsionale:

• Non può essere ridotta poiché gli idrogeni sono sempre eclissati.

Ciclobutano

• Ciclobutano Planare (teorico):

• Tensione Angolare: Angoli di 90°.

• Tensione Torsionale: Tutti gli atomi di idrogeno sono eclissati.

• Molecola Reale:

• Piegata nel mezzo di almeno 25°, riducendo la tensione torsionale, ma mantenendo una

certa tensione angolare.

Due tipi di legami degli idrogeni:

• H Assiali: Paralleli all'asse verticale.

• H Equatoriali: Allontanati dall'asse verticale.

Inversione di Anello:

• Le due forme sono energeticamente equivalenti e in equilibrio. Con un sostituente, possono

esistere due conformazioni diverse:

• Assiale: Legami assiali paralleli all'asse immaginario.

• Equatoriale: Legami equatoriali perpendicolari all'asse immaginario, leggermente alternati

verso l'alto e verso il basso.

Interazione Sterica:

• 1,3-Diassiale: Tra i sostituenti su C1 e C3, causando repulsione e aumentando l’energia.

• Metilciclobutano Equatoriale: Ha energia minore rispetto a quello assiale.

Ciclopentano

• Tensione Angolare:

• Praticamente assente, dato che il pentagono planare ha angoli di 108°.

• Tensione Torsionale:

• Presente in un ciclopentano planare, con idrogeni eclissati.

La conformazione a "busta" rimuove la tensione torsionale, piegando un vertice per alternare la

posizione dei carboni e ridurre la repulsione.

Posizione dei Sostituenti:

• I sostituenti in posizione equatoriale hanno meno energia rispetto a quelli in posizione assiale,

rendendo la conformazione equatoriale preferita.

Cicloesano

Caratteristiche Generali

• Non Planarità:

• Se il cicloesano fosse planare, tutti gli idrogeni (H) sarebbero eclissati, causando tensione

torsionale. Inoltre, ci sarebbe tensione angolare poiché un esagono ha angoli interni di

120°.

Conformazioni del Cicloesano

Conformazione a Sedia:

• Disegno:

1. Disegnare due linee parallele, inclinate verso il basso e sfalsate.

2. Aggiungere un quinto carbonio in alto a destra e unire i legami.

3. Aggiungere l’ultimo carbonio in basso a sinistra.

• Posizioni dei Sostituenti:

• Ogni atomo dell’anello ha due posizioni per i sostituenti: assiale (verticale) ed equatoriale

(orizzontale).

• Stabilità:

• Molto stabili perché la tensione angolare e torsionale sono nulle.

• Gli angoli di legame dei carboni sono di 109.5° e tutti i legami C-H sono sfalsati.

Conformazione a Barca:

• Descrizione:

• Per disegnare la struttura completa: alternare i legami assiali partendo dal C1 verso l’alto e

verso il basso.

• Dividere la struttura a metà verticalmente con un asse immaginario: i legami a sinistra

dell'asse sono orientati verso sinistra e quelli a destra verso destra.

• Stabilità:

• Meno stabile della conformazione a sedia a causa della tensione sterica (atomi di H ad "asta

di bandiera" si trovano affacciati) e della tensione torsionale (atomi di H eclissati).

Inversione di Anello del Cicloesano

• Processo:

• Il cicloesano passa attraverso varie conformazioni: sedia 1, busta 1, barca, busta 2, e infine

sedia 2.

• Durante l'inversione, i legami assiali diventano equatoriali e viceversa.

• Le due conformazioni a sedia sono energeticamente equivalenti se non ci sono sostituenti.

Con sostituenti, le conformazioni possono avere energie diverse a seconda della posizione

dei gruppi.

• Regola Generale:

• Gruppi grossi tendono ad occupare la posizione equatoriale per evitare le interazioni 1,3-

diassiali.

Stereoisomeri nei Cicloesani di-Sostituiti

• Isomeri CIS e TRANS:

• Cis: Sostituenti dalla stessa parte.

• Trans: Sostituenti da parti opposte.

• Nomenclatura:

• I prefissi "cis" e "trans" vengono scritti prima del nome della molecola.

• Esempi: cis-1,2-diclorociclopropano, trans-1,2-diclorociclopropano.

• Conformazioni Stabili:

• Isomeri Trans: La conformazione preferita è quella con entrambi i sostituenti in posizione

equatoriale (eq-eq).

• Isomeri Cis: Entrambe le conformazioni (ax-eq, eq-ax) sono equivalenti.

Alcheni – Ibridazione sp2 del carbonio e isomeria

venerdì 5 luglio 2024 10:29

Alcheni

Caratteristiche Generali

• Definizione: Gli alcheni sono idrocarburi anche noti come olefine.

• Struttura: Contengono un doppio legame carbonio-carbonio (C=C) e hanno la formula generale

.

2

• Tipologie:

• Alcheni Terminali: Il doppio legame si trova all’estremità della catena carboniosa.

• Alcheni Interni: Almeno un atomo di carbonio è legato a ciascuna estremità del doppio

legame.

• Cicloalcheni: Il doppio legame è presente in un ciclo.

Nomenclatura

• Suffisso: I nomi degli alcheni terminano con il suffisso "-ENE".

• Numerazione: La posizione del doppio legame prevale sui sostituenti nella numerazione.

• Indicazione: È necessario indicare la posizione del doppio legame nella catena principale.

Il Legame Pi Greco (π) di un Alchene

• Ibridazione sp²:

• Per spiegare la struttura del doppio legame, si considera l'ibridazione sp² dell’atomo di

carbonio.

• Nell'ibridazione sp², l’orbitale 2s e due orbitali 2p del carbonio si combinano per formare 3

orbitali ibridati sp². Un elettrone rimane in un orbitale p non ibridato.

• Gli orbitali sp² sono disposti a un angolo di 120° tra loro.

• Formazione del Doppio Legame:

• Quando due atomi di carbonio ibridati sp², con orbitali p paralleli, si avvicinano:

• Due orbitali sp² si sovrappongono formando un legame sigma (σ), che è costituito da

due elettroni negli orbitali sp² sovrapposti.

• Il legame pi greco (π) si forma dalla sovrapposizione laterale di due orbitali p paralleli,

contenenti due elettroni.

• Proprietà del Doppio Legame:

• Il doppio legame è composto da un legame sigma (σ) e un legame pi greco (π).

• La lunghezza del doppio legame è di 1.33 Å.

• Gli angoli di legame sono di 120°.

• Gli atomi direttamente legati agli atomi di carbonio ibridati sp² giacciono sullo stesso piano,

rendendo l’etilene una molecola planare.

Rotazione Attorno al Doppio Legame

• Impedimento della Rotazione:

• La libera rotazione attorno al doppio legame è impedita a causa del legame π.

• Per permettere la rotazione, il legame π dovrebbe essere spezzato.

• La rottura del legame π richiede 62 kcal/mole, un'energia molto superiore a quella

disponibile a temperatura ambiente.

La Rotazione e i Legami Pi Greco (π)

• Rotazione e Legami π:

• A differenza dei legami sigma (σ), i legami pi greco (π) non possono ruotare liberamente.

• Servono circa 50-60 kcal/mole (~240 kJ/mole) per rompere un legame π.

• Questa rottura non avviene a temperatura ambiente, quindi la rotazione attorno a un

doppio legame è impedita.

Isomeri Cis/Trans

• Definizione:

• Poiché la rotazione attorno al doppio legame è impedita, esistono due stereoisomeri

configurazionali chiamati isomeri geometrici.

• Gli isomeri cis e trans si differenziano per la disposizione spaziale dei gruppi R attorno al

doppio legame.

• Cis: I sostituenti sono dalla stessa parte del doppio legame.

• Trans: I sostituenti sono da parti opposte del doppio legame.

• Proprietà Fisiche:

• Gli isomeri cis e trans di un alchene presentano proprietà fisiche differenti, rendendoli

composti distinti.

• Esempio:

• Il cis-2-butene ha un punto di ebollizione di 4°C.

• Il trans-2-butene ha un punto di ebollizione di 1°C.

• Dipoli Molecolari: 3 2

Nell'isomero cis, i dipoli di legame Csp —Csp si rinforzano reciprocamente, generando un

• dipolo molecolare netto.

• Nell'isomero trans, i dipoli di legame si annullano, eliminando il dipolo molecolare netto.

• Stereoisomeri Configurazionali:

• Gli isomeri geometrici sono un tipo di stereoisomeri configurazionali.

• Sono molecole con la stessa formula bruta e struttura, ma con una diversa disposizione degli

atomi nello spazio.

• Non sono interconvertibili