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