Chimica organca - Alcani, alcheni e alchini

CICLOALCANI

Gli alcani possono presentarsi come molecole cicliche, questo avviene in genere per i composti da cinque

atomi di carbonio in su poichè la tensione angolare sarebbe troppo elevata per composti con un numero

minore di atomi di C.

Il nome di questi composti si ricava dall’alcano corrispondente al quale viene premesso il prefisso ciclo-, per

cui avremo ciclopentano, cicloesano, ecc.

Dato che gli alcani lineari presentano legami singoli questo permette agli atomi di carbonio di ruotare

liberamente attorno al proprio asse, tuttavia dobbiamo considerare che non tutte le combinazioni possibili

sono stabili perché incorrono forze di repulsione tra gli atomi di idrogeno. Ad esempio in una conformazione

sfalsata dove gli H sono tutti visibili la repulsione tra questi sarà meno forte rispetto ad una conformazione

eclissata dove gli idrogeni sono molto vicini tra loro.

CONFORMAZIONE CIS-TRANS

Per i cicloalcani dobbiamo considerare un altro tipo di conformazione detta cis-trans.

In una conformazione cis i sostituenti del cicloalcano sono tutti rivolti nella stessa direzione, entrambi

equatoriali o entrambi assiali, in una conformazione trans sono rivolti in direzioni differenti, uno equatoriale

ed uno assiale.

Conformazione cis con i gruppi Trans-uno verso l’alto ed uno

metilici verso l’altro verso il basso

PROPRIETA’ FISICO-CHIMICHE

La reazione più importante degli alcani è l’ossidazione con la produzione di anidride carbonica e acqua. I

punti di fusione e di ebollizione aumentano all’aumentare del peso molecolare e diminuiscono all’aumentare

delle sostituzioni della molecola. ALCHENI E ALCHINI

Gli alcheni e gli alchini sono idrocarburi insaturi, cioè presentano atomi di carbonio legati tra loro mediante

doppi o tripli legami per questo motivo non rispettano la formula generale C H .

n 2n+2

2

L’ibridazione degli orbitali degli atomi di carbonio è, rispettivamente sp ed sp, ciò significa che i legami a

cui danno origine sono: legami π e legami sigma.

NOMENCLATURA

Gli alcheni seguono le stesse regole degli alcani (regole che varranno in linea di massima per tutti i

composti) cioè si considera la catena idrocarburica più lunga e si aggiunge il suffisso – ene per indicare che il

composto presenta un doppio legame C-C, la posizione del doppio legame viene indicato numerando la

molecola in modo che quest’ultimo abbia numero minore, se il composto presenta dei sostituenti la loro

posizione è indicata sempre da un numero (il doppio legame ha la precedenza, nella numerazione, rispetto ai

sostituenti).

Ad esempio:

5-metil-2-esene

N.B. i sostituenti sono sempre indicati per primi e in ordine alfabetico

Per i composti ciclici si considera il ciclo alcano di riferimento e si indica, prima del nome, la posizione del

doppio legame, se sono presenti dei sostituenti questi vanno indicati come di sopra.

Iniziando la numerazione dal primo atomo di carbonio che partecipa al doppio legame dobbiamo numerare la

molecola in modo che il gruppo metilico abbia numero minore. Verso sinistra, cioè in senso antiorario, il

gruppo avrà numero 4, in senso orario 5, quindi prendiamo la prima come valida ed il nome sarà:

4-metil-cicloesene

Possiamo omettere la posizione del primo carbonio con doppio legame perché la molecola è ciclica.

Dato che gli alcheni hanno atomi di carbonio legati tra loro da un doppio legame la rotazione di questi ne è

impedita, per questo motivo le molecole presentano una conformazione cis-trans che deve essere definita per

riferirsi ad un solo composto.

La conformazione viene assegnata in base alla posizione dei sostituenti rispetto al doppio legame.

Conformazione Trans con i

Conformazione Cis con i sostituenti nella direzione

sostituenti nella stessa opposta rispetto al doppio

direzione rispetto al legame

doppio legame

Se le molecole presentano più sostituenti si usa la configurazione E-Z. In pratica i sostituenti vengono

ordinati in base alla loro priorità. Se i gruppi con priorità più alta sono dallo stesso lato la conformazione è Z

se sono ai lati opposti la conformazione è detta E. La priorità è data dal numero atomico dei sostituenti,

maggiore è il numero atomico e maggiore è la priorità.

Molecole che presentano due, tre o più insaturazioni vengono indicati generalmente come dieni, trieni, ecc,

ad esempio: prende il nome di 1,3-butandiene perché presenta due insaturazioni rispettivamente al 1° e

3° atomo di carbonio.

REAZIONI DEGLI ALCHENI E ALCHINI

Le reazioni caratteristiche degli alcheni sono:

• Reazione di addizione degli acidi alogenidrici: la reazione tra un acido alogenidrico (HCl) ed un

alchene porta ad una addizione elettrofila e nucleofila con l’H che si lega all’atomo di carbonio più

sostituito e l’alogeno, come il cloro, al carbonio meno sostituito, perché meno ingombrato (regola di

Markovnikov).

CH CH CH CH CH CH CH CH

3 2 3 2 2 3

+ ClH

CH Cl

CH 3

• Reazione di idratazione catalizzata da acidi: in presenza di un acido, come l’acido solforico, è

possibile addizionare una molecola di acqua ad un alchene dando origine ad un alcool.

CH CH CH

3 2 CH CH CH CH CH CH

3 2 2 2 3

CH H SO

+ H O 2 4

2 OH

CH 2

CH 3