Idrocarburi insaturi. Alcheni

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1 Idrocarburi insaturi Alcheni

2 Idrocarburi insaturi Un idrocarburo si dice insaturo quando possiede un numero di atomi di idrogeno minore al numero massimo possibile per un dato numero di atomi di carbonio. Gli alcheni contengono almeno un doppio legame Gli alchini contengono almeno un triplo legame Alcheni Alchini 2 C C 2 C C

3 Fonti e usi Composti contenenti doppi legami carbonio-carbonio sono particolarmente diffusi in natura. L etilene ad esempio è un ormone delle piante che induce la maturazione dei frutti, e l α-pinene èil costituente principale della trementina. La vita stessa non sarebbe possibile senza alcheni come il β-carotene, un composto che contiene 11 doppi legami che è il pigmento arancione responsabile del colore delle carote e di molti frutti arancioni. Il β-carotene è un precursore della vitamina A e si ritiene che assicuri una qualche protezione contro alcuni tipi di neoplasia maligna. Etilene 3 C C 3 3 C α-pinene β-carotene

4 Fonti e usi Inoltre, diversi alcheni a basso peso molecolare, come l'etilene e il propene, rivestono un'importanza commerciale fondamentale nella nostra società industrializzata. L'industria chimica mondiale produce quantità di etilene che, su base ponderale, superano qualunque altro prodotto chimico. Un aspetto peculiare dell'etilene è che in natura esso è presente soltanto in tracce. Le enormi quantità di etilene richieste per venire incontro alle necessità dell'industria chimica vengono ricavate tramite il cracking termico degli idrocarburi.

5 Alcheni Gli alcheni contenenti un solo doppio legame hanno formula bruta C n 2n Possono contenere anche più doppi legami Se contengono 2 doppi legami vengono detti dieni. Se contengono più doppi legami vengono detti polieni. Alchene Diene Poliene

6 Alcheni Più doppi legami possono essere: cumulati (uno vicino all altro) coniugati (intervallati da un legame singolo) isolati (intervallati da più legami singoli) Diene cumulato Diene coniugato Diene isolato

7 Nomenclatura: Alcheni I nomi IUPAC degli alcheni si ottengono cambiando il suffisso -ano del corrispondente alcano in -ene. 2 C C 2 2 C C C 3 Etene o etilene Propene o propilene 2 C C C C 3 3 C C C C 2 3 Butene

8 Nomenclatura: Alcheni Per gli alcheni superiori, per i quali esistono isomeri che differiscono per la posizione del doppio legame, è necessario usare un sistema di numerazione. La posizione del doppio legame è indicata dal numero del primo carbonio del doppio legame. 2 C C C C 3 3 C C C C butene 2-butene

9 Nomenclatura: Alcheni Bisogna numerare la catena carboniosa più lunga contenente il doppio legame in modo da assegnare agli atomi di carbonio del doppio legame i numeri più bassi. 6-metil-2-eptene 4-etil-3-ottene 3-metil-4-ottene 4-etil-2-metil-2-esene

10 Nomenclatura: Alcheni Se è presente un doppio legame va scelta la catena più lunga che lo contiene. 2-etil-3-metil-1-pentene Se il doppio legame è in posizione 1 a volte il numero viene omesso 4-metil-nonene

11 Nomenclatura: Alcheni Alcuni gruppi contenenti doppi legami sono storicamente noti con un nome comune: C 2 2 C C 2 C C C 2 gruppo metilenico gruppo vinilico gruppo allilico COO COO Cl Cl Acido 3-metilenglutarico Cloruro di vinile Cloruro di allile

12 Nomenclatura: Cicloalcheni I cicloalcheni sono anelli che contengono uno o più doppi legami. Nell'assegnare il nome ai cicloalcheni, gli atomi di carbonio del doppio legame del ciclo sono numerati 1 e 2 nella direzione che consente di dare il numero più basso al sostituente incontrato per primo. 3-metil-cicloesene 2,3-dimetilciclopentene

13 Nomenclatura: Polieni Gli alcheni che contengono più di un doppio legame sono denominati dieni, trieni, tetraeni e così via. Nel nominarli va specificata la posizione di tutti i doppi legami 2,3-esa esadiene 2,4-otta ottadiene 2,4,6-deca decatriene

14 Etilene.mov Struttura Ogni atomo di carbonio che partecipa al doppio legame di un alchene possiede tre orbitali ibridi sp 2 che giacciono in un piano e presentano angoli di 120 e che formano i legami σ

15 Etilene.mov Struttura L orbitale p che non partecipa all ibridazione e che contiene un elettrone forma il legame π per sovrapposizione laterale.

16 Etilene.mov Struttura Per ottenere il massimo grado di sovrapposizione tra loro, i due orbitali p devono essere paralleli tra loro; di conseguenza, tutti e sei gli atomi che gravitano intorno al doppio legame si trovano sullo stesso piano.

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18 Rotazione del legame π Dal momento che i due orbitali p che formano il legame π devono essere paralleli, la rotazione intorno al doppio legame non può avvenire. Se ci fosse tale rotazione, i due orbitali p non sarebbero più sovrapposti e ciò porterebbe alla rottura del legame π.

19 Isomeri cis e trans Un alchene che ha su ognuno dei due atomi di carbonio sp 2 due sostituenti diversi presenta quindi due diversi isomeri configurazionali (cis e trans ) in maniera analoga a quanto abbiamo visto per i cicloalcani. Gli isomeri cis-trans hanno la stessa formula molecolare ma differiscono nella maniera in cui i loro atomi sono disposti nello spazio e sono quindi isomeri geometrici o diastereoisomeri. Se ad uno dei due carboni sp 2 del doppio legame sono legati due sostituenti uguali, esiste una sola struttura possibile per tale alchene. 3 C C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 trans-2-butene cis-2-butene 1-propene

20 ISOMERI Diversa sequenza degli atomi Diversa disposizione tridimensionale degli atomi STRUTTURALI GEOMETRICI (Stereoisomeri) C 3 C 3 C 2 C 2 C 3 C 3 C C 3 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 con più di un atomo di carbonio chirale Composti ciclici cis o trans Alcheni Cis e Trans Composti con un atomo di carbonio chirale C 3 C 3 C C cis-2-butene C 3 C C C 3 trans-2-butene

21 Isomeri cis e trans Gli isomeri cis e trans non possono interconvertire (se non rompendo il legame π). I due isomeri sono quindi due composti diversi ed hanno diverse proprietà fisiche, come i punti di ebollizione (p.e.) ed i momenti dipolari. Gli alcheni cis sono meno stabili dei loro isomeri trans a causa della tensione sterica tra sostituenti ingombranti dallo stesso lato del doppio legame. cis-2-butene P f = -139 C, P e = 4 C μ = 0.33 D trans-2-butene P f = -106 C,P e = 1 C μ = 0 D

22 Nomenclatura IUPAC (E-Z) Nel caso in cui sul doppio legame siano presenti sostituenti diversi la nomenclatura cis-trans potrebbe non essere esaustiva. Per la nomenclatura IUPAC tali isomeri vengono denominati in maniera analoga ai cicloalcani sostituito come E (da parti opposte) o Z (dalla stessa parte) confrontando i sostituenti con priorità maggiore legati ai due atomi di carbonio che formano il doppio legame.

23 Polieni cis e trans Per un alchene con n doppi legami carbonio-carbonio, ciascuno dei quali può mostrare isomeria cis-trans, sono possibili 2 n isomeri cistrans. La vitamina A è un esempio di composto biologicamente importante per il quale sono possibili numerosi isomeri cis-trans. Nella catena di atomi legata all'anello cicloesenico sostituito vi sono quattro doppi legami carbonio-carbonio e ciascuno di essi può generare isomeria cis-trans. Sono possibili, quindi, 2 4 = 16 isomeri cis-trans con questa formula di struttura. La vitamina A è l'isomero tutto trans. O Vitamina A (poliene tutto trans)

24 Proprietà fisiche Gli alcheni e gli alchini sono composti non polari e le sole forze attrattive tra le molecole sono le forze di dispersione di London. Pertanto, le proprietà fisiche degli alcheni sono simili a quelle degli alcani con lo stesso scheletro carbonioso. Gli alcheni e gli alchini che sono liquidi a temperatura ambiente. anno densità inferiori a 1.0 g/ml e quindi sono meno densi dell'acqua. Come gli alcani, gli alcheni e gli alchini sono apolari e sono solubili l'uno nell'altro. A causa della loro contrastante natura rispetto all'acqua, sono insolubili in acqua.

25 Terpeni Tra i composti presenti negli oli essenziali delle piante, si trova un gruppo di sostanze chiamate terpeni la cui caratteristica comune è quella di avere uno scheletro di atomi di carbonio che può essere scomposto in due o più unità identiche allo scheletro carbonioso dell'isoprene. Il carbonio 1 di un'unità isoprenica è chiamato testa, mentre il carbonio 4 è chiamato coda. Un terpene è un composto in cui la coda di un'unità isoprenica è legata alla testa di un'altra unità isoprene o 2-metil-1,3-butadiene 4

26 Terpeni I terpeni più familiari, almeno per l'odore, sono i componenti dei cosiddetti oli essenziali ottenuti dalle piante. Il farnesolo, un terpene di formula molecolare C O, consiste di tre unità isopreniche: derivati del farnesolo e del geraniolo sono intermedi nella biosintesi del colesterolo. La vitamina A, un terpene di formula molecolare C O, consiste di quattro unità isopreniche legate testa-coda e legate ulteriormente in un altro punto per formare un anello a sei termini. O O Farnesolo Vitamina A