Unità didattica 2. Gli alcani sono idrocarburi contenenti solo legami singoli (per cui sono completamente saturi ) formula generale: C n H 2n+2

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1 Unità didattica 2 Gli alcani sono idrocarburi contenenti solo legami singoli (per cui sono completamente saturi ) fmula generale: C n 2n+2 Gli alcani (o idrocarburi saturi o idrocarburi alifatici o paraffine) Nomenclatura, Proprietà fisiche e strutturali Capitolo 3 di Brown e Poon Gli alcani sono anche detti idrocarburi alifatici Gli isomeri costituzionali o isomeri di struttura hanno la stessa fmula molecolare bruta ma hanno diverse connessioni tra gli atomi

2 Il petrolio è prevalentemente una miscela di idrocarburi (ed altre molecole) Gli idrocarburi alifatici, o paraffine, subiscono poche reazioni, ma possono fare combustione (ossidarsi a CO 2 e 2 O) liberando energia. Nomenclatura dei sostituenti alchilici

3 Diversi tipi di carboni ed idrogeni 3 C C 2,2-dimetilpropano o, comunemente, neopentano Carbonio quaternario Un composto può avere più di un nome, ma un nome deve identificare solo un composto C 7 16 può essere ciascuno dei seguenti: Nella pratica i nomi comuni spesso sopravvivono e prevalgono

4 Nomenclatura degli alcani 1. Determina il numero dei carboni nell idrocarburo principale (la catena più lunga) C 2 C 2 C 2 CC 2 C C 2 C 2 C 2 CC 2 C 2 C C 2 C 2 CC 2 C 2 C 2 C 2 C Attribuisci una numerazione progressiva nella catena in modo che I sostituenti abbiano il numero più basso possibile 3. Numera i sostituenti in modo che si ottenga il più basso numero possibile per il sostituente del composto C 2 CC 2 CC 2 C 2 C 2 5-ehtyl-3-methyloctane 4-ethyl-6-methyloctane because 3<4 (I sostituenti sono elencati in dine alfabetico tert-butile e sec-butile iniziano entrambi con la b, isobutile con la i. 4. Assegna i numeri più bassi possibili per tutti i sostituenti CC 2 C C 2 C 2 CC 2 C 2 C 2 C 2 CC 2 C C 2 C 2 C CC 2 C 2 C 2 CC 2 C 2 CCC 2 C 2 2-methylpentane C 4-isopropyloctane CC 2 C 2 common name: isohexane systematic name: 2-methylpentane 2,4-dimethylhexane 3,3,4,4-tetramethylheptane C 2 C 2 3,3,6-triethyl-7-methyldecane 5. Quando entrambe le direzioni ptano allo stesso numero inferie per uno dei sostituenti, scegli la direzione che dia il numero più basso possibile per uno dei sostituenti rimanenti CC 2 C 2,2,4-trimethylpentane 2,4,4-trimethylpentane because 2<4 C 2 CCC 2 CC 2 C 2 6-ethyl-3,4-dimethyloctane 3-ethyl-5,6-dimethyloctane because 4<5 6. Se ottieni lo stesso numero in entrambi le direzioni, il primo gruppo (in dine alfabetico) riceve il numero più basso Cl C 2 7. Nel caso di due catene idrocarburiche possibili con lo stesso numero di carboni, scegli quella con il più alto numero di sostituenti C 2 CC 2 C 2 2 C 1 3-ethyl-2-methylhexane (two substituents) C 2 CC 2 C 2 C 3-isopropylhexane (one substituent) 8. Si utilizzano alcune nomenclature comuni anche nel sistema IUPAC C 2 C 2 C 2 CC 2 C 2 C 2 C 2 C 2 CC 2 C 2 C 2 C 2 C C 2 C C 2 C C 2 CC 2 CC 2 Br 2-bromo-3-chlobutane 3-bromo-2-chlobutane 3-ethyl-5-methylheptane 5-ethyl-3-methylheptane 4-isopropyloctane 4-(1-methylethyl)octane 5-isobutyldecane 5-(2-methylpropyl)decane

5 I cicloalcani (o idrocarburi aliciclici) Sono idrocarburi fmati da soli legami singoli, ma contenenti un tipo di insaturazione, la chiusura ad anello. La fmula generale è C n 2n (come per gli alcheni, insaturi a causa di un doppio legame) Denominazione dei cicloalcani 1. Non serve attribuire un numero se c è un solo sostituente sull anello C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 methylcyclopentane ethylcyclohexane 1-cyclobutylpentane 2. Due sostituenti sono elencati in dine alfabetico Sono presenti anche nei prodotti naturali 3 C C 2 C 2 1-methyl-2-propylcyclopentane 3 C 2 C 1-ethyl-3-methylcyclopentane 1,3-dimethylcyclohexane 3. Se ci sono più di due sostituenti, C 2 C 2 Indicazioni generali per il riconoscimento e la nomenclatura di alcuni comuni gruppi funzionali 3 C C 2 4-ethyl-2-methyl-1-propylcyclohexane 1-ethyl-3-methyl-4-propylcyclohexane because2<3 5-ethyl-1-methyl-2-propylcyclohexane because 4<5 1,1,2-trimethylcyclopentane 1,2,2-trimethylcyclopentane because1<2 1,1,5-trimethylcyclopentane because 2<5

6 Nomenclatura degli alogenuri alchilici Cl C 2 F CI C 2 CBr chlomethane fluoethane 2-iodopropane 2-bromobutane Una delle più imptanti ed utili principi guida delle chimica ganica è che le proprietà e la reattività di una molecola possono essere razionalizzate in funzione dei gruppi funzionali in essa presenti Nel sistema IUPAC, gli alogenuri alchilici sono denominati come alcani sostituiti C 2 CC 2 C 2 C 2 Br 2-bromo-5-methylheptane Br C 2 CC 2 C 2 C 2 Cl 1-chlo-5,5-dimethylhexane I C 2 Cl 1-ethyl-2-iodocyclopentane 4-bromo-2-chlo-1-methylcyclohexane Tipi diversi di alogenuri alchilici Nomenclatura degli eteri OC 2 C 2 OC 2 C 2 COC ethyl methyl ether diethyl ether tert-butyl isobutyl ether COCC 2 C 2 C 2 C 2 O sec-butyl isopropyl ether cyclohexyl isopentyl ether Come sostituenti: O methoxy C 2 O ethoxy C 2 O isopropoxy C 2 CO sec-butoxy C 2 O tert-butoxy

7 Nomenclatura degli alcoli In un alcol, l O è un gruppo funzionale Un gruppo funzionale è il centro di reattività di una molecola 1. Determina la catena idrocarburica madre che contenga il gruppo funzionale 2. Il suffisso del gruppo funzionale dovrebbe ricevere il numero più basso OC 2 C 2 C 2 Br 3-bromo-1-propanol ClC 2 C 2 C O 4-chlo-2-butanol CC 2 C O 4,4-dimethyl-2-pentanol 3. Quando c è sia un suffisso di gruppo funzionale che un sostituente, il gruppo funzionale riceve il numero più basso CC 2 O 2-butanol butan-2-ol C 2 C 2 CC 2 O C 2 2-ethyl-1-pentanol 2-ethylpentan-1-ol C 2 C 2 C 2 OC 2 C 2 C 2 O 3-butoxy-1-propanol 3-butoxypropan-1-ol CCC 2 Cl O 2-chlo-3-pentanol 4-chlo-3-pentanol C 2 C 2 CC 2 C O 2-methyl-4-heptanol 6-methyl-4-heptanol O 3-methylcyclohexanol 5-methylcyclohexanol 4. Se c è più di un sostituente, i sostituenti sono elencati in dine alfabetico C 2 CC 2 CC 2 C Br O 6-bromo-4-ethyl-2-heptanol O 3 C 3,4-dimethylcyclopentanol C 2 O 2-ethyl-5-methylcyclohexanol C 2 C 2 C 2 N 2 1-butanamine butan-1-amine Nomenclatura delle Ammine C 2 CCC 2 NC 2 N-ethyl-3-hexamine N-ethylhexan-3-amine C 2 C 2 NC 2 N-ethyl-N-methyl-1-propanamine N-ethyl-N-methylpropan-1-amine I sostituenti sono elencati in dine alfabetico e un numero o N è assegnato a ciascuno CC 2 C 2 N Cl 3-chlo-N-methyl-1-butanamine C C 2 CCC NC 2 N-ethyl-5-methyl-3-hexanamine Br CCC 3 C N 4-bromo-N,N-dimethyl-2-pentanamine NC 2 C 2 2-ethyl-N-propylcyclohexanamine

8 Nomenclatura dei Sali di ammonio quaternario La struttura degli alogenuri alchilici 3 C N + - O C 2 C 2 N + - Cl tetramethylammonium hydroxide ethyldimethylpropylammonium chlide La struttura degli alcoli e degli eteri La struttura delle ammine

9 Le proprietà degli idrocarburi: spesso spiegate da fze attrattive di varia natura: Fze di van der Waals fze di van der Waals interazioni dipolo dipolo legami idrogeno Più alte sono le fze attrattive tra le molecole, più è alto il punto di ebollizione del composto Il punto di ebollizione di un composto aumenta con l aumento delle fze di van der Waals Interazioni Dipolo Dipolo Un legame idrogeno è un tipo particolare di interazione dipolo-dipolo Le interazioni dipolo dipolo sono più fti delle fze di van der Waals, ma più deboli dei legami ionici o covalenti

10 Il simile scioglie il simile Composti polari si sciolgono in solventi polari Alcuni punti di ebollizione di alcani e dei crispondenti alogenuri Composti non polari si sciolgono insolventi non polari Analisi confmazionale degli alcani: La rotazione attno al legame carbonio-carbonio Diverse confmazioni per l etano Un confmero sfalsato è più stabile di uno eclissato la tensione tsionale è una repulsione tra le coppie di elettroni di legame

11 La confmazione dell n-butano Tensione sterica: la repulsione tra le nuvole elettroniche degli atomi o dei gruppi atomici I cicloalcani: struttura e isomeria cis-trans Il ciclopropano è il cicloalcano più piccolo Un imptante distinzione: Tensione di anello nei cicloalcani La tensione di anello risulta quando gli angoli di legame deviano dal vale ideal di Questo è particolarmente imptante per il ciclopropano (angoli di 60!) La confmazione a sedia del cicloesano è priva di tensione

12 L inversione di anello del cicloesano Come disegnare il cicloesano Le confmazioni del cicloesano e le lo rispettive energie

13 Le confmazioni dei cicloesani monosostituiti Tensione sterica delle interazioni 1,3-diassiali nel metilcicloesano Più è grande il sostituente di un anello cicloesanico, maggimente sarà favito il confmero sostituito in posizione equatiale I confmeri a sedia del cis-1,4- dimetilcycloesano ring-flip 3 C cis-1,4-dimethylcyclohexane K eq = [confmero equatiale]/[confmero assiale]

14 I confmeri a sedia del trans-1,4- dimetilcicloesano 1-ter-butil-3-metilcicloesano 3 C ring-flip trans-1,4-dimethylcyclohexane Confmazioni degli anelli fusi il cicloesano fuso in trans è più stabile del cicloesano fuso in cis

15 Esercitazione: scrivere le Esempi per la nomenclatura