GLI IDROCARBURI LA CHIMICA DELLA VITA GSCATULLO

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1 GLI IDROCARBURI LA CHIMICA DELLA VITA GSCATULLO (

2 Gli Idrocarburi Propedeutica Il modello degli orbitali atomici L Atomo L atomo è la parte più piccola della materia, esso è formato da un nucleo di protoni e neutroni cui ruota attorno un certo numero di elettroni. All interno dell atomo il numero dei protoni corrisponde al numero atomico, e ne determina le proprietà, ha carica positiva, i neutroni invece hanno carica neutra ma apportano al nucleo una massa. Generalmente sono in egual numero che i protoni, quando non è così gli atomi che compongono prendono nome di isotopi. Gli elettroni, che in un atomo stabile sono di quantità pari a quella dei protoni, hanno carica positiva. Rispetto al nucleo gli elettroni sono molto più piccoli, 1800 volte per la precisione, e leggeri, per questo riescono ad orbitargli intorno ad una notevole distanza: si pensi che se il nucleo di un atomo fosse grande quanto una mela gli atomi gli ruoterebbero attorno ad un chilometro di distanza! Il concetto di orbitali Inizialmente gli elettroni dell atomo erano ritenuti ruotare attorno al nucleo in orbite bidimensionali disposte su più livelli. Questo rigido sistema è stato superato dall introduzione del concetto di orbitale: una regione di spazio entro il quale è molto probabile trovare un elettrone. Per definire gli orbitali si utilizzano i numeri quantici, ricavati dall equazione della funzione d onda ψ 2 che determina la probabilità che un elettrone si trovi in una data regione di spazio, sono numeri che specificano il valore di una proprietà dell elettrone: n, l e m. Il numero quantico principale, n, definisce l energia dell elettrone e può assumere soltanto valori interi positivi (1, 2, 3 ), più il suo valore è alto più l elettrone sarà distante dal nucleo e dunque avrà più energia. Il valore minimo è n=1. Il numero quantico secondario, l, può assumere tutti i valori compresi tra 0 e n-1, determina le caratteristiche geometriche della funzione di distribuzione della probabilità (dell orbitale) e definisce il sottolivello energetico a cui appartiene quel certo orbitale. I sottolivelli sono indicati con lettere anziché con i numeri, secondo la seguente corrispondenza: Valori di l Lettera s p d f

3 Alla lettera che indica il sottolivello si antepone generalmente il numero di n: il simbolo 2p indica per esempio la coppia di numeri quantici n=2 e l=1. Il numero quantico magnetico, m, determina le proprietà dell atomo quando è sottoposto a un campo magnetico esterno. Può assumere tutti i valori compresi tra l ed +l, incluso lo 0, definisce il numero di orbitali di ciascuno sottolivello energetico. n Numeri quantici Tipo di orbitale Numero massimo di elettroni l da 0 a n-1 m (-l; 0; +l) per tipo di orbitale 4 3-3; -2; -1; 0; 1, 2; 3 4f ; -1; 0; 1, 2 4d ; 0; 1 4p s ; -1; 0; 1, 2 3d ; 0; 1 3p s ; 0; 1 2p s s 2 Un ulteriore numero quantico ricavato sperimentalmente è lo spin, che può assumere esclusivamente due valori: +½ e ½. Indica i due possibili stati energetici di un elettrone. Circa questa proprietà dell elettrone il fisico austriaco Wolfgang Pauli enunciò nel 1925 una legge fondamentale nota come principio di esclusione di Pauli: un orbitale può descrivere lo stato quantico di due soli elettroni; essi devono avere spin opposto, cioè antiparallaelo. La forma dell atomo L orbitale, sappiamo, è un espressione matematica da cui si ricava la probabilità di presenza dell elettrone in un certo punto dello spazio circostante il nucleo. Per delineare una forma dell atomo è sufficiente considerare la superficie di contorno corrispondente all orbitale considerato. La superficie di contorno degli orbitali s è di forma sferica. Quella degli orbitali p è articolata in tre forme dal doppio lobo, di dimensioni equivalenti ma che si espandono in piani dello spazio diversi:

4 Quella degli orbitali d invece si articola in cinque forme di cui quattro dai quattro lobi ed una particolare. L orbitale f presenta una costruzione ancora più complessa, in 7 forme! Per scrivere la configurazione elettronica di un atomo qualsiasi nel suo stato fondamentale si segue un particolare procedimento, chiamato principio di Aufbau (dal tedesco, costruzione), immaginando di costruire un atomo aggiungendo ad uno ad uno i suoi Z elettroni negli orbitali di minor energia disponibili. Per applicarlo è sufficiente seguire i seguenti punti: 1. Determinare il numero di elettroni dell atomo neutro, corrispondente al numero atomico Z. 2. Scrivere gli orbitali in ordine di energia crescente seguendo questo schema: 3. Riportare all esponente di ciascun orbitale, o di gruppo di orbitali, il numero di elettroni che esso descrive (massimo 2 per gli s, 6 per i p, 10 per i d e 14 per gli f) in modo tale che la somma degli esponenti dia Z e che prima di aggiungere orbitali a più alta energia è necessario saturare quelli ad energia inferiore. Esempio di applicazione: potassio (19 elettroni) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1.

5 Dall analisi degli spettri atomici è emersa una particolarità dell atomo nota come regola di Hund: nella configurazione elettronica più stabile di un atomo, gli elettroni appartenenti a un medesimo sottolivello tendono ad assumere lo stesso spin. Per far emergere questa caratteristica degli atomi si utilizza una particolare rappresentazione che raffigura gli orbitali come dei quadratini (1 per l s, 3 per il p, 5 per il d e 7 per l f) e gli elettroni come frecce, in ogni quadratino ne può ospitare al massimo due, da porre con spin opposto, ad eccezione dei casi in cui vale la regola di Hund. Rappresentiamo ad esempio la configurazione dell atomo di carbonio: L ibridazione degli orbitali Quando nel 1916 G. Lewis individuò la teoria del legame covalente propose la regola dell ottetto. A quel tempo le conoscenze sulle proprietà degli elettroni erano scarse ed il modello proposto dal chimico statunitense è complessivamente corretto e tutt ora utilizzabile per descrivere un gran numero di molecole. Una descrizione più rigorosa deve tener conto delle moderne acquisizioni sia teoriche che sperimentali. Ad esempio secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg non è possibile conoscere contemporaneamente la posizione di un elettrone e la sua velocità, è dunque possibile stabilire solo quale siano le zone dove la probabilità di rinvenire un elettrone sia alta. Dalla fisica quantistica si originano due modelli: Teoria del legame di valenza (Valence Bond, VB), elaborata nel 1930 da L. Pauling e da J. Slater, in cui si sostiene che gli atomi tendono a legarsi per riempire gli orbitali esterni incompleti sovrapponendoli (e non per raggiungere la configurazione elettronica dei gas nobili come proposto da Lewis). Teoria dell orbitale molecolare (Molecular Orbital, MO), elaborata nel 1932 da R. Mulliken e F. Hund, sostiene che dopo un legame gli elettroni di una molecola ruotano assieme attorno ai nuclei egli atomi che la compongono descrivendo un orbitale molecolare. Le molecole biatomiche secondo la teoria del VB È possibile utilizzando la teoria del legame di valenza rappresentare la molecola di idrogeno, H 2, sovrapponendo gli orbitali di ciascun idrogeno.

6 Lo stesso può avvenire tra due atomi di fluoro, F 2, che possiedono orbitali p: E anche nell acido fluoridrico, HF: In tutte le rappresentazioni delle molecole si può notare come l addensamento elettronico si sviluppa lungo l asse di legame e in modo simmetrico rispetto ad esso: è un legame σ. Gli orbitali p, sono tuttavia di creare non solo il legame σ, ma anche un legame in cui la distribuzione elettronica è concentrata in due zone situate da parti opposte rispetto l asse di legame: il legame π. L ibridazione del carbonio Allo stato naturale il carbonio, secondo la regola di Hund (che sancisce che finché c è un orbitale libero gli elettroni non si appaiano), dovrebbe essere in grado di fare solamente due legami: per fare un legame è necessario un elettrone libero, ovvero che abbia il suo slot vuoto. Eppure tramite le osservazioni sperimentali sappiamo che nell etene H 2C=CH 2 il carbonio ha tre legami, e nel metano CH 4 quattro! È necessaria una teoria che spieghi questa anomalia. I Ipotesi. Uno degli elettroni del 2S del Carbonio viene promosso nell orbitale 2P vuoto, si avrebbero così 4 elettroni spaiati e dunque la possibilità di fare fino a 4 legami. L osservazione sperimentale dei quattro legami del metano sono tutti lunghi e forti uguali, ma questo non è compatibile con l ipotesi della promozione, perché significherebbe che tutti gli elettroni coinvolti nel legame dovrebbero essere dello stesso orbitale, e non 1 in 2s e 3 in 2p!

7 II Ipotesi, la teoria dell ibridazione degli orbitali atomici, che sostiene che alcuni orbitali si fondono tra di loro per originare degli orbitali nuovi con caratteristiche intermedie a quelli di partenza. La seconda ipotesi prevede tre tipi di ibridazione, a seconda di quanti orbitali p vengono coinvolti: L ibridazione porta ad una modifica della struttura tridimensionale della molecola: infatti essa tenderà ad allontanare tra loro gli elementi del legame. Nell ibridazione SP 3, la forma che rende possibile questo allontanamento massimo è un tetraedro dagli angoli ciascuno di 109,5 ; nell ibridazione SP 2 viene utilizzata una forma triangolare piana, distanziando i vertici-elementi di circa 120 l uno dall altro; infine nell ibridazione SP la geometria della molecola è lineare, e l angolo di legame 180. Gli idrocarburi Proteine, carboidrati, grassi, DNA, enzimi, sono solo alcuni dei termini che utilizziamo per descrivere la struttura e le funzioni degli apparati che caratterizzano gli organismi viventi, e nonostante il grado variabile di complessità hanno tutti in comune il fatto di essere composti organici. L aggettivo organico, utilizzato per descrivere i composti presenti nella materia vivente, ha origine dalla convinzione degli scienziati che questi composti fossero caratterizzati da una forza vitale intrinseca, e per questo non riproducibile in laboratorio. Tutti i composti contenenti carbonio sono, con poche eccezioni, da considerarsi organici. Questi composti compongono, indipendentemente dalla loro funzione, pochi altri elementi oltre il carbonio: idrogeno, ossigeno e azoto, o anche zolfo, fosforo e pochi altri ancora. Attualmente sono noti alcuni milioni di composti organici, naturali o di sintesi, ed il loro numero aumenta a decine ogni anno, questo per la particolare natura del carbonio: Ha quattro elettroni nello strato di valenza e può formare lunghissime catene di atomi di carbonio tramite la condivisione di una, due o tre coppie di elettroni. Il suo valore di elettronegatività (2,5) è tale per cui può legarsi covalentemente con tutti i non-metalli e con quasi tutti i metalli. Lo studio delle biomolecole inizia dalle molecole più semplici: gli idrocarburi: composti binari formati soltanto da carbonio e idrogeno. Gli idrocarburi possono essere classificati in alifatici e aromatici: i primi molecole costituite da catene di atomi di carbonio lineari o ramificate; il secondo gruppo presenta invece una struttura ciclica con specifiche proprietà.

8 Saturi: Alcani e Cicloalcani Gli idrocarburi saturi sono alifatici, e costituiti da catene di atomi di carbonio uniti soltanto da legami semplici. L aggettivo saturo si riferisce al fatto che ogni atomo di carbonio lega il numero massimo possibile di atomi, cioè quattro. Gli idrocarburi saturi si dividono in alcani e cicloalcani. Il più semplice degli alcani è il metano, CH 4, che presenta una struttura tetraedrica con angoli di legame di 109,5. I quattro atomi di idrogeno sono legati a quello di carbonio mediante legami. La struttura presenta quattro orbitali ibridi sp 3. Rispetto al metano, l alcano più semplice, l etano lega tra loro due carboni, che possono a loro volta legarsi con un massimo di tre atomi di idrogeno. Nel caso del propano il carbonio centrale della catena può legarsi con soli due atomi di idrogeni, ecc. Per passare dal propano al butano, dal butano al pentano, dal pentano all esano e così via, è sufficiente aggiungere un gruppo CH 2- all interno della catena. Per questo motivo si dice che gli alcani costituiscono una serie omologa: una serie di composti in cui ciascun termine differisce dal precedente di un unità costante. La serie omologa si può esprimere con la formula generale: C n H 2n+2 con n intero. Per rappresentare in modo semplice gli idrocarburi si ricorre alle strutture in due dimensioni anziché a quelle tetraedriche, per motivi di praticità. Un ulteriore semplificazione può aversi con la formula condensata, che sott intende i legami del carbonio con altri atomi. Di seguito altri alcani con i rispettivi nomi.

9 Una molecola di alcani può assumere diverse forme ruotando attorno al legame semplice C-C, queste forme prendono nome di conformazioni. A partire dal propano è possibile chiudere la catena carboniosa, unendo assieme i CH 3 estremi, che nella creazione del legame di congiuntura perdono entrambi due atomi di idrogeno ( CH 2) dovendo i due carboni unirsi tra di loro. In questo modo si forma il cicloalcano corrispondente all alcano di cui si va a chiudere la catena. La struttura più interessante dei cicloalcani per lo studio delle molecole biologiche è quella del cicloesano che, per via della sua struttura, può assumere diverse conformazioni, le più importanti sono quelle a sedia e a barca. La prima risulta più stabile, essendo gli atomi di idrogeno meno ravvicinati nello spazio e dunque meno soggette alle forze elettriche tra loro. Nomenclatura Sino a quando i composti organici conosciuti erano relativamente pochi i nomi venivano assegnati senza regole precise: per esempio il limonene è chiamato così perché ottenuto dai limoni o il barbiturico per la santa festeggiata nel giorno in cui il chimico Adolf Baeyer lo sintetizzò e per il nome della sua donna. Nel 1892 la IUPAC elaborò delle regole precise per l attribuzione dei nomi. Ad eccezione dei primi quattro termini (metano, etano, propano, butano), il nome degli alcani è costituito dal prefisso numerico greco, corrispondente al numero di atomi di carbonio, seguito dal suffisso ano. CH 4 C 2H 6 C 3H 8 C 4H 10 C 5H 12 C 6H 14 C 7H 16 C 8H 18 C 9H 20 C 10H 22 metano etano propano butano pentano esano eptano ottano nonano decano Se la catena è lineare si antepone al nome la lettera n separata da un trattino, e sta per normale ed informa che la catena è lineare. Es. n-pentano si legge normalpentano. Per assegnare il nome ad un alcano ramificato bisogna seguire le seguenti tappe: 1. Trovare l idrocarburo principale, individuando la più lunga catena di atomi di carbonio e riconoscerne le ramificazioni. Nel caso in esame siamo davanti ad un esano, una catena di sei atomi di carbonio. Alla catena è legato un CH 3, un sostituente, termine che sarà approfondito più avanti.

10 2. Numerare gli atomi della catena principale, in modo da attribuire il numero più basso possibile agli atomi che legano i sostituenti. 3. Identificare e numerare i sostituenti. I sostituenti sono indicati preceduti dal numero del carbonio cui si vanno a legare e devono essere elencati in ordine alfabetico (butil-, etil-, metil-, propil- ecc.), se sono presenti due o più sostituenti identici si adoperano i prefissi di-, tri-, tetra- ecc. (non considerati per l ordine alfabetico) ed il numero che indica la posizione va ripetuto. 4. Scrivere il nome seguendo le regole della punteggiatura, senza interruzioni, in una sola parola, il trattino per separare il numero del carbonio dal nome del radicale cui è legato e la virgola per separare i vari numeri nel caso in cui lo stesso sostituente sia presente più volte. Nel caso in esame il composto è un 3-metilesano. I sostituenti sono quei gruppi legati alla catena principale, si chiamano radicali alchilici quei sostituenti saturi che presentano solo atomi di carbonio ed idrogeno e sono indicati generalmente con il simbolo R-. I radicali alchilici si ricavano, formalmente, per allontanamento di un atomo di idrogeno dall alcano corrispondente e il loro nome si ottiene sostituendo il suffisso ano con ile. Si possono identificare dunque il metile, l etile, l n-propile, l n-butile, ecc. La nomenclatura dei cicloalcani segue quella degli alcani, con alcune eccezioni: se presente un solo sostituente non c è bisogno di numerazione, se sono presenti due o più sostituenti gli atomi di carbonio devono essere numerati in modo da utilizzare i numeri più piccoli possibili. A parità di numerazione si segue l ordine alfabetico.

11 Proprietà chimiche e fisiche I composti che appartengono ad una stessa serie omologa hanno proprietà chimiche ma differenti proprietà fisiche dipendenti dal variare della massa molecolare e dalla forma della molecola. Il punto di ebollizione degli alcani a catena lineare cresce regolarmente all aumentare della massa. A temperatura ambiente i primi quattro termini (sino al butano) sono gassosi, quelli successivi sino al pentadecano (15 atomi di carbonio) sono liquidi e gli altri solidi. Fra i cicloalcani i primi due sono gas a temperatura ambiente, i successivi cinque liquidi e dal ciclodecano in poi solidi. Alcani e cicloalcani reagiscono in condizioni opportune anche con gli alogeni, si parla allora di reazioni di alogenzazione. Gli alogeni in grado di combinarsi con gli alcani sono fluoro, cloro e bromo. Il risultato della reazione è la sostituzione di uno o più atomi di idrogeno dell alcano con atomi di alogeno. Nel caso in cui un atomo ne sostituisce un altro sono classificate come reazioni di sostituzione. Nel caso della clorurazione del metano che ha tra i suoi prodotti il cloroformio si ha: Insaturi: Alcheni e Alchini Gli alcheni sono idrocarburi che presentano nella loro molecola il doppio legame C=C. Gli alchini sono invece caratterizzati dal triplo legame C C. Ciascuno dei due atomi di carbonio coinvolto nel legame multiplo non è legato a quattro atomi, come negli alcani, ma soltanto a tre negli alcheni e a due negli alchini. I carboni infatti hanno rispettivamente doppio e triplo legame tra loro. Per questo non aver saturato la capacità dei loro carboni di legarsi con altri atomi questi idrocarburi si chiamano insaturi. La geometria che caratterizza gli alcheni è planare, gli angoli di legame che si formano sono circa di 120. Quella degli alchini è invece lineare, gli angoli di legame sono di 180. Nomenclatura La nomenclatura di questi idrocarburi riprende quella degli idrocarburi saturi sostituendo al suffisso ano del corrispondente alcano il suffisso ene per gli alcheni, ed ino per gli alchini. Nel caso in cui nella catena siano presenti due o più legami multipli, al suffisso ene o ino si antepone il prefisso di-, tri-, ecc. In questo caso i legami multipli possono essere classificati in base alla posizione: sono doppi legami cumulati quando sono in successione, coniugati, quando sono alternati a legami semplici e isolati quando due legami multipli sono separati da più di un legame semplice. Qualora un legame multiplo non facesse parte di una catena di atomi di carbonio principale ma di una ramificazione, essa terminerebbe il proprio nome in enil o in inil a seconda che si tratti di un doppio o di un triplo legame. Possiamo riassumere nelle seguenti regole il procedimento per assegnare il nome ad un idrocarburo insaturo: 1. Individuare la catena di atomi di carbonio più lunga che, possibilmente, contenga già tutti i legami multipli presenti.

12 2. Numerarla in modo da attribuire il numero più basso possibile ai legami multipli (i doppi sono prioritari). 3. Nominare la catena principale indicando il numero di atomi di carbonio con il prefisso numerico greco corrispondente e aggiungendo il suffisso ene o ino al posto di ano. Il nome deve essere preceduto dal numero più basso del carbonio tra i due coinvolti nel legame multiplo. 4. Se sono presenti ramificazioni si procede come per gli alcani. Per esempio per nominare il seguente composto Si individua la catena carboniosa più lunga contenente il doppio legame (CH 2 CH 3), numerandola da 1- CH 2 a 6 CH 3, chiamandola 1-esene secondo la regola 3 e nominando le ramificazioni. Otteniamo il nome: 4-etil-5-metil-2-propil-1-esene. Reazione di addizione elettrofila C è molta differenza fra la reattività degli idrocarburi saturi e quella degli insaturi: ciò è causato dalla presenza nei secondi del legame π, in cui gli elettroni sono meno vincolati al nucleo rispetto a quelli del legame σ, e dunque in opportune condizioni di reazioni possono essere utilizzati per formare nuovi legami con altri atomi. Per questo la reazione tipica degli alcheni e degli alchini è l addizione. Durante questa reazione il legame multiplo si rompe ed i carboni si saturano, legandosi con tutti gli atomi con cui riescono. Poiché la reazione di addizione è dovuta alla presenza di elettroni π, i reagenti che vanno ad addizionarsi sono detti elettrofili e la reazione addizione elettrofila. Aromatici Un particolare gruppo di composti insaturi sono gli aromatici, così chiamati per il forte odore caratteristico dei primi scoperti. Il principale esponente degli aromatici è il benzene (C 6H 6). Queste molecole a differenza degli altri idrocarburi insaturi non danno normalmente reazioni di addizione elettrofila. La struttura di questi composti è stata ipotizzata per la prima volta nel 1865 da F. A. Kekulé, che sostenne che i sei atomi di carbonio fossero disposti ai vertici di un esagono regolare con un atomo di idrogeno legato a ciascuno di essi. Per salvaguardare la tetravalenza del carbonio ipotizzò anche un alternanza tra legami semplici e doppi lungo l anello.

13 La differenza di reattività rispetto agli altri idrocarburi insaturi la spiegò anche con la rapidità con cui i legami si scambiano di posto. Le ipotesi di Kekulé sono state confermate in gran parte dalle misure sperimentali, ma le proprietà del benzene si è cercato di spiegarle in maniera più convincente con due teorie: la teoria della risonanza e quella degli orbitali molecolari. La prima sostiene che la molecola può assumere due differenti disposizioni tramite la sovrapposizione degli orbitali ibridi sp 2, che possono essere definite forme limite equiprobabili, la struttura vera del benzene è una forma intermedia fra esse. La teoria degli orbitali molecolari ipotizza invece che gli elettroni della molecola sono liberi di circolare all interno di tutto l anello. Questa delocalizzazione elettronica viene rappresentata iscrivendo all interno dell esagono un cerchio, omettendo per brevità gli atomi di idrogeno. I nomi dei composti aromatici sono fondamentalmente legati alla nomenclatura tradizionale.

14 Quando due degli atomi di idrogeno dell anello aromatico sono sostituiti da altri atomi o gruppi atomici si formano isomeri diversi a seconda della posizione in cui i sostituenti vanno ad inserirsi. Per distinguerli si ricorre alla numerazione degli atomi del Carbonio (partendo da uno dei due C che lega il sostituente) o alla denominazione orto-, metae para-. Sostituzione elettrofila aromatica La reazione tipica dei composti aromatici è la sostituzione elettrofila aromatica: che comporta la sostituzione di uno dei sei atomi di idrogeno dell anello da parte di un elettrofilo. In questo modo il numero degli elettroni π da cui dipende la stabilità della molecola rimane inalterato. La reazione avviene grazie ad un elettrofilo che è uno ione positivo o un dipolo. La trasformazione di un reagente in un elettrofilo può avvenire grazie ad opportuni catalizzatori, i più usati sono gli acidi di Lewis (AlCl 3, FeCl 3, FeBr 3). I Gruppi Funzionali Un gruppo funzionale è un atomo o un gruppo di atomi che determina le proprietà chimiche di un composto organico, permettendone la classificazione. Gli alcoli, i fenoli e gli eteri. Gli alcoli derivano dagli idrocarburi per sostituzione di un idrogeno con un gruppo ossidrile OH che ne diventa il gruppo funzionale. La formula generale è R-OH, dove R- sono i sostituenti saturi composti da idrogeno e carbonio (gli alcani, gli alcheni e gli alchini). Si classificano in primari, secondari e terziari a seconda che l atomo di carbonio a cui è legato l ossidrile sia unito rispettivamente a uno, due o tre atomi di carbonio.

15 Secondo la nomenclatura IUPAC il nome dell alcol deriva da quello dell idrocarburo corrispondente a cui si aggiunge la desinenza olo, i primi elementi saranno allora: metanolo, etanolo, propanolo e butanolo. È importante specificare, prima del nome della catena la posizione del gruppo ossidrile. Se presentano due o tre gruppi ossidrili, gli alcoli prendono il nome di dioli e trioli. Esistono anche degli alcoli aromatici, che prendono nome di fenoli dal fenolo, loro capostipite. Il composto in figura è un alcol terziario, la catena di atomi di carbonio è lineare (da CH 3 a CH 3). Numeriamo i carboni da destra verso sinistra, ed individuiamo la posizione del gruppo metile e del gruppo ossidrile. Nominiamo la molecola: 2-metil-2-butanolo. Gli eteri sono caratterizzati da un atomo di ossigeno che lega due gruppi alchilici (idrocarburi, R), la loro formula generale è R-O-R. La nomenclatura di questi composti si basa sul nome, in ordine alfabetico, delle catene alchiliche presenti nella molecola a cui segue il nome etere. Per quanto riguarda le proprietà fisiche di questi gruppi funzionali considerati a parità di massa molecolare, gli alcoli e i fenoli hanno punti di ebollizione più alti rispetto agli idrocarburi e agli eteri. La solubilità degli alcoli è inversamente proporzionale al numero di atomi di carbonio nella catena: al crescere di questi decresce la solubilità e viceversa. Ciò è dovuto alla presenza del gruppo ossidrile che favorisce la creazione di legami ad idrogeno, difficili da rompere e che rendono quindi meno solubili i composti. Tra gli alcoli e i fenoli di particolare interesse spiccano il metanolo (CH 3OH), altamente tossico, impiegato come carburante ed utilizzato nell industria chimica, e l etanolo (CH 3CH 2OH), costituente di tutte le bevande alcoliche, si ottiene per fermentazione degli zuccheri da parte di microorganismi. È adoperato come combustibile al posto della benzina ed impiegato nell industria dei solventi, dei profumi e dei cosmetici. Gli aldeidi e i chetoni Il gruppo funzionale caratteristico delle aldeidi, R-CHO, e dei chetoni, R-CO-R è molto simile, la struttura comune >C=O è detto anche carbonile, ed i due composti carbossilici.

16 La nomenclatura utilizza il nome dell alcano corrispondente a cui si aggiunge il suffisso ale per le aldeidi, e one per i chetoni. Al nome si premette poi un numero per indicare la posizione dell ossigeno. Il composto seguente per esempio è un 3-pentanone. I punti di ebollizione delle aldeidi e dei chetoni, a parità di massa molecolare, sono più alti di quelli degli idrocarburi ma minori di quelli degli alcoli. Gli acidi carbossilici Gli acidi carbossilici sono caratterizzati dal gruppo funzionale COOH, chiamato gruppo carbossile. La nomenclatura degli acidi carbossilici prevede l aggiunta del suffisso oico al nome dell alcano corrispondente. Gli acidi carbossilici tendono a formare legami a idrogeno intermolecolari, per questo presentano punti di ebollizione abbastanza alti. Sono acidi deboli, ma più forti dei fenoli e degli alcoli, abbassano il valore del PH. Reagiscono con basi forti formando dei sali.

17 Appendici Immagini orbitali Composti nominati di esempio

18 Realizzato il 01/12/2015 da Paolo Franchi, 5BC (A.S. 2015/2016). AMDG