Post on 15-Feb-2019
Idrocarburi insaturiIdrocarburi insaturiIdrocarburi insaturiAlcheniAlcheni
Idrocarburi insaturiIdrocarburi 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 alchenialcheni contengono almeno un doppio legame
– Gli alchinialchini contengono almeno un triplo legame
CH2 CH2 CH CH
Alcheni Alchini
Fonti e usiFonti e usi• Composti contenenti doppi legami carbonio-carbonio sono
particolarmente diffusi in natura. • L’etileneetilene ad esempio è un ormone delle piante che induce la
maturazione dei frutti, e l’αα--pinenepinene è il costituente principale della trementina.
• La vita stessa non sarebbe possibile senza alcheni come ilββ--carotenecarotene, 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.
CH3
CH3 CH3
H
HH
HEtileneEtilene
ββ--carotenecarotene
αα--pinenepinene
Fonti e usiFonti e usi• Inoltre, diversi alcheni a basso peso molecolare,
come l'etilene e il propene, rivestono un'importanza commercialeimportanza commerciale fondamentale nella nostra società industrializzata.
• L'industria chimica mondiale produce quantità di etileneetilene che, su base ponderale, superano qualunque altro prodotto chimico.
• Un aspetto peculiare dell'etilene è che in natura esso è presente soltanto in traccepresente soltanto in tracce. Le enormi quantità di etilene richieste per venire incontro alle necessità dell'industria chimica vengono ricavate tramite il crackingcracking termico degli idrocarburi.
AlcheniAlcheni
• Gli alcheni contenenti un solo doppio legame hanno formula bruta CCnnHH2n2n
• Possono contenere anche più doppi legami• Se contengono 2 doppi legami vengono
detti dienidieni.• Se contengono più doppi legami vengono
detti polienipolieni.
AlcheneAlchene PolienePolieneDieneDiene
AlcheniAlcheni
Più doppi legami possono essere:•• cumulaticumulati (uno vicino all’altro)•• coniugaticoniugati (intervallati da un legame singolo)•• isolatiisolati (intervallati da più legami singoli)
Diene cumulatoDiene cumulato Diene isolatoDiene isolatoDiene coniugatoDiene coniugato
Nomenclatura: AlcheniNomenclatura: Alcheni
• I nomi IUPAC degli alcheni si ottengono cambiando il suffisso --anoano del corrispondente alcano in --eneene.
CH2 CH
CH2
CH3 CH3 CH
CH
CH3
CH2 CH2 CH2 CH
CH3
Etene o etilene Propene o propilene
Butene
Nomenclatura: AlcheniNomenclatura: 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 primo carbonio del doppio legamelegame.
1-butene 2-butene
CH2 CH
CH2
CH3 CH3 CH
CH
CH3
Nomenclatura: AlcheniNomenclatura: Alcheni
• Bisogna numerare la catena carboniosa piùlunga 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
Nomenclatura: AlcheniNomenclatura: Alcheni
• Se è presente un doppio legame va scelta la catena più lunga che lo contiene.
• Se il doppio legame è in posizione 1 a volte il numero viene omesso
2-etil-3-metil-1-pentene
4-metil-nonene
Nomenclatura: AlcheniNomenclatura: Alcheni
• Alcuni gruppi contenenti doppi legami sono storicamente noti con un nome comune:
CH2CH2 C
HCH2 C
HCH2
gruppo metilenico gruppo vinilico gruppo allilico
COOH
COOH
Acido 3-metilenglutarico
ClCl
Cloruro di vinile Cloruro di allile
Nomenclatura: Nomenclatura: CicloalcheniCicloalcheni
• 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 21 e 2 nella direzione che consente di dare il numero più basso al sostituente incontrato per primo.
3-metil-cicloesene 2,3-dimetilciclopentene
Nomenclatura: Nomenclatura: PolieniPolieni
• Gli alcheni che contengono più di un doppio legame sono denominati didieni, tritrieni, tetratetraeni e così via.
• Nel nominarli va specificata la posizione di tutti i doppi legami
2,32,3--esaesadienediene 2,4,62,4,6--decadecatrienetriene2,42,4--ottaottadienediene
StrutturaStruttura
• Ogni atomo di carbonio che partecipa al doppio legame di un alchene possiede tre orbitali orbitali ibridi ibridi spsp22 che giacciono in un piano e presentano angoli di 120° e che formano i legami σ
Etilene.mov
StrutturaStruttura
• L’orbitale p che non partecipa all’ibridazione e che contiene un elettrone forma il legame π per sovrapposizione laterale.
Etilene.mov
StrutturaStruttura
• 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 sullo stesso pianostesso piano.
Etilene.mov
Rotazione del legame Rotazione del legame ππ• 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 pnon sarebbero più sovrapposti e ciò porterebbe alla rottura rottura del legame del legame ππ.
Isomeri Isomeri ciscis e e transtrans• Un alchene che ha su ognuno dei due atomi di carbonio sp2
due sostituenti diversi presenta quindi due diversi isomeri configurazionaliisomeri 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 geometriciisomeri geometrici o diastereoisomeridiastereoisomeri.
• Se ad uno dei due carboni sp2 del doppio legame sono legati due sostituenti uguali, esiste una sola struttura possibile per tale alchene.
H
HCH3
CH3 CH3
HH
CH3
ciscis--22--butenebutenetranstrans--22--butenebutene
H
H CH3
HCH3
H H
H
11--propenepropene
ISOMERIISOMERI
Diversa disposizione tridimensionale degli atomi
CONFORMAZIONALICONFORMAZIONALI
Interconvertibili per rotazione intorno a
legami semplici
Eclissata e sfalsata dell’etano
GEOMETRICIGEOMETRICI(Stereoisomeri)
CH3 CH2 CH2 CH3
CH3
CCH3
HCH3
n-butanoiso-butano
STRUTTURALISTRUTTURALI
Diversa sequenza degli atomi
CONFIGURAZIONALICONFIGURAZIONALI
Interconvertibili soltanto per rottura e riformazione di legami semplici
DIASTEREOISOMERIDIASTEREOISOMERI
Non immagini speculari
ENANTIOMERIENANTIOMERI
Composti con un atomo di carbonio chirale
Immagini speculari
Composti con più di un atomo di carbonio chirale
Composti ciclici cis o trans
AlcheniCis e Trans
C CCH3 CH3
HH
cis-2-butene
C CCH3
CH3HH
trans-2-butene
Isomeri Isomeri ciscis e e transtrans• Gli isomeri cis e trans nonnon 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 transa causa della tensione sterica tra sostituenti ingombranti dallo stesso lato del doppio legame.
ciscis--22--butenebutenePf = -139°C, Pe = 4°C
μ = 0.33 D
transtrans--22--butenebutenePf = -106°C,Pe = 1°C
μ = 0 D
Nomenclatura IUPAC (ENomenclatura IUPAC (E--Z)Z)• Nel caso in cui sul doppio legame siano presenti
sostituenti diversi la nomenclatura cis-transpotrebbe non essere esaustiva.
• Per la nomenclatura IUPAC tali isomeri vengono denominati in maniera analoga ai cicloalcanisostituito 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.
Polieni Polieni ciscis e e transtrans• Per un alchene con n doppi legami carbonio-carbonio, ciascuno dei
quali può mostrare isomeria cis-trans, sono possibili 2n isomeri cis-trans.
• 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, 24 = 16 isomeri cis-trans con questa formula di struttura.
• La vitamina A è l'isomero tutto trans.
OH
Vitamina A (poliene tutto trans)
ProprietProprietàà fisichefisiche• Gli alcheni e gli alchini sono composti non polari 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 simili a quelle degli alcania quelle degli alcani con lo stesso scheletro carbonioso.
• Gli alcheni e gli alchini che sono liquidi a temperatura ambiente.
• Hanno densità inferiori a 1.0 g/mL e quindi sono meno meno densi dell'acquadensi 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 sono insolubili in acquain acqua.
TerpeniTerpeni
• Tra i composti presenti negli oli essenziali delle piante, si trova un gruppo di sostanze chiamate terpeni 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'isopreneisoprene. 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 èlegata alla testa di un'altra unità.
isoprene o 2-metil-1,3-butadiene1 2 3
4
TerpeniTerpeni• I terpeni più familiari, almeno per l'odore, sono i componenti
dei cosiddetti oli essenzialioli essenziali ottenuti dalle piante. • Il farnesolo, un terpene di formula molecolare C15H26O,
consiste di tre unittre unitàà isoprenicheisopreniche: derivati del farnesolo e del geraniolo sono intermedi nella biosintesi del colesterolo.
• La vitamina A, un terpene di formula molecolare C20H30O, consiste di quattro unitquattro unitàà isoprenicheisopreniche legate testa-coda e legate ulteriormente in un altro punto per formare un anello a sei termini.
OH
Farnesolo
OH
Vitamina A