Idrocarburi Saturi. Cicloalcani

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1 Idrocarburi Saturi Cicloalcani

2 Cicloalcani I cicloalcani sono idrocarburi i cui atomi di carbonio sono uniti per formare un anello In natura sono presenti cicloalcani con dimensioni dell anello che vanno da 3 ad oltre 30 atomi. I composti ciclici a 5 e a 6 termini sono però quelli più abbondanti in natura Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Cicloesano

3 Cicloalcani I cicloalcani contengono due atomi di carbonio in meno rispetto all idrocarburo aciclico corrispondente e quindi hanno formula bruta C n 2n. 2 C 2 C C 2 Ciclopropano 2 2 C C C C 2 2 Ciclobutano 2 C 2 C C 2 C C 2 2 Ciclopentano 2 C 2 C C 2 2 C C C 2 2 Cicloesano C 3 6 C 4 8 C 5 10 C 6 12

4 Nomenclatura Per dare il nome ai cicloalcani è necessario premettere al nome del corrispondente idrocarburo il prefisso ciclo ed indicare i sostituenti sull anello. Se c è solo un sostituente non è necessario mettere il numero, se i sostituenti sono in numero maggiore bisogna numerarli a partire dal primo in ordine alfabetico dando i numeri più bassi possibile. 3 C metilciclopentano C 2 1-etil-3-metil-cicloesano C 2 4-etil-1,2-dimetil-cicloesano

5 Nomenclatura Se vi è un catena legata ad un ciclo si considera come struttura base quella contenente il maggior numero di atomi di carbonio o il maggior numero di sostituenti. ciclopentilesano propilcicloesano 2-cicloesil-3-metilbutano

6 Cicloalcani.dir Conformazioni Il ciclopropano è piano perché non può essere altrimenti, mentre il ciclobutano e il ciclopentano non sono piani. Il ripiegamento restringe gli angoli di legame aumentando la tensione angolare ma consente agli atomi di idrogeno adiacenti ad essere meno eclissati diminuendo la tensione torsionale. Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano

7 Conformazioni del cicloesano Il cicloesano può adottare diverse conformazioni non planari, la più stabile delle quali è la conformazione a sedia. In questa conformazione, tutti gli angoli di legame C-C-C sono di (minimizzando, cosi, la tensione angolare) e gli atomi di idrogeno sugli atomi di carbonio adiacenti sono sfalsati (minimizzando, così, la tensione torsionale). C C C C C C

8 Posizioni assiali ed equatoriali In una conformazione a sedia, i legami C- sono disposti in due differenti orientazioni. Sei legami C- sono denominati legami assiali, mentre gli altri sei sono denominati legami equatoriali.

9 Posizioni assiali ed equatoriali I legami equatoriali sono approssimativamente perpendicolari a un asse immaginario passante attraverso il centro della sedia e si alternano leggermente verso l'alto, e verso il basso.

10 Posizioni assiali ed equatoriali l legami assiali sono paralleli all'asse immaginario. Tre legami assiali puntano verso l'alto, gli altri tre verso il basso.

11 Conformazioni del cicloesano Ci sono molte altre conformazioni non planari del cicloesano, una delle quali e la conformazione a barca. È possibile visualizzare la conversione di una conformazione a sedia in una conformazione a barca torcendo l'anello. Una conformazione a barca è notevolmente meno stabile di una conformazione a sedia in quanto si crea tensione torsionale a causa di quattro set di interazioni tra idrogeni eclissati e tensione sterica a causa dell'interazione tra idrogeni ad asta di bandiera.

12 CicloesanoBarcaSedia.mov Conformazioni del cicloesano CicloesanoDiagramma.mov

13 Conformazioni del cicloesano

14 Posizioni assiali ed equatoriali Per il cicloesano, le due conformazioni a sedia equivalenti possono interconvertirsi trasformando prima una sedia in una barca e quindi la barca nell'altra sedia. Gli idrogeni assiali in una sedia diventano equatoriali nell'altra e viceversa. L'interconversione di una conformazione a sedia del cicloesano nell altra avviene rapidamente a temperatura ambiente (99.9%).

15 Isomeria CIS-TRANS I cicloalcani con sostituenti su due o più atomi di carbonio dell'anello mostrano un tipo di isomeria chiamato isomeria cis-trans. Essi hanno la stessa formula molecolare, hanno gli atomi legati nello stesso ordine ma disposti in maniera diversa nello spazio (stereoisomeri). Gli isomeri cis-trans non possono interconvertirsi per rotazione intorno a legami sigma (isomeri configurazionali). 1,2-dimetil-cicloesano trans-1,2-dimetil-cicloesano cis-1,2-dimetil-cicloesano

16 1,2-dimetilciclopentano

17 1,4-dimetilcicloesano

18 Isomeria CIS-TRANS Gli isomeri cis-trans sono quindi isomeri configurazionali ed hanno le seguenti caratteristiche: anno la stessa formula molecolare, anno gli atomi legati nello stesso ordine anno gli atomi disposti in maniera diversa nello spazio e non possono interconvertirsi per rotazione intorno a legami sigma. Essi non sono però immagini speculari e quindi vengono classificati come diastereoisomeri.

19 ISOMERI Diversa sequenza degli atomi Diversa disposizione tridimensionale degli atomi STRUTTURALI GEOMETRICI (Stereoisomeri) C 2 C 2 C n-butano iso-butano Interconvertibili soltanto per rottura e riformazione di legami semplici CONFIGURAZIONALI Interconvertibili per rotazione intorno a legami semplici CONFORMAZIONALI Non immagini speculari DIASTEREOISOMERI Immagini speculari ENANTIOMERI Eclissata e sfalsata dell etano Composti ciclici cis o trans Composti con un atomo di carbonio chirale Composti con più di un atomo di carbonio chirale

20 Carbocicli in natura 3 C O COO C 3 COO O O Acido Crisantemico Prostaglandina E1 O C 2 O O O O Cortisone

21 Nomenclatura IUPAC Gli isomeri cis-trans hanno sostituenti posti dallo stesso lato o da lati opposti. Nel caso in cui siano presenti più sostituenti la nomenclatura cis-trans potrebbe non essere esaustiva. Per la nomenclatura IUPAC tali isomeri vengono denominati E (entgegen=opposto) o Z (zusammen=insieme) considerando dalla stessa parte (Z) o da parti opposte (E) i sostituenti con priorità maggiore secondo le regole già viste.

22 Esempi 3 C C 2C3 E-1-etil-1,4-dimetilcicloesano O E-1,2-dimetilcicloesano Z-1,2-dimloetilcicloesanolo