Idrocarburi SaturiIdrocarburi SaturiIdrocarburi SaturiCicloalcaniCicloalcani

CicloalcaniCicloalcani

• I cicloalcani sono idrocarburi i cui atomi di carbonio sono uniti per formare un anello

• In natura sono presenti cicloalcani con dimensioni dell’anello che vanno da 3 ad oltre 30 atomi.

• I composti ciclici a 5 e a 6 termini sono però quelli più abbondanti in natura

Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Cicloesano

CicloalcaniCicloalcani

• I cicloalcani contengono due atomi di carbonio in meno rispetto all’idrocarburo aciclico corrispondente e quindi hanno formula bruta CCnnHH2n2n.

CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2CH2

CH2

CH2

CH2

CH2 CH2

CH2

Ciclopentano CicloesanoCiclobutanoCiclopropano

C3H6 C4H8 C5H10 C6H12

NomenclaturaNomenclatura• Per dare il nome ai cicloalcani è necessario

premettere al nome del corrispondente idrocarburo il prefisso ciclo ed indicare i sostituenti sull’anello.

• Se c’è solo un sostituente non è necessario mettere il numero, se i sostituenti sono in numero maggiore bisogna numerarli a partire dal primo in ordine alfabetico dando i numeri più bassi possibile.

CH3

CH3

CH2

CH3

CH3

CH2

CH3

CH3

1-etil-3-metil-cicloesanometilciclopentano 4-etil-1,2-dimetil-cicloesano

NomenclaturaNomenclatura

• Se vi è un catena legata ad un ciclo si considera come struttura base quella contenente il maggior numero di atomi di carbonio o il maggior numero di sostituenti.

CH3

CH3

ciclopentilesano propilcicloesano 2-cicloesil-3-metilbutano

Conformazioni

• Il ciclopropano è piano perché non può essere altrimenti, mentre il ciclobutano e il ciclopentano non sono piani. Il ripiegamento restringe gli angoli di legame aumentando la tensione angolare ma consente agli atomi di idrogeno adiacenti ad essere meno eclissati diminuendo la tensione torsionale.

Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano

Cicloalcani.dir

Conformazioni del cicloesano

• Il cicloesano può adottare diverse conformazioni non planari, la più stabile delle quali è la conformazione a conformazione a sediasedia.

• In questa conformazione, tutti gli angoli di legame C-C-C sono di 109.5° (minimizzando, cosi, la tensione angolare) e gli atomi di idrogeno sugli atomi di carbonio adiacenti sono sfalsati (minimizzando, così, la tensione torsionale).

CC

CCC

CH H

HH

HH

H H

HH

H

H

Posizioni assiali ed equatoriali• In una conformazione a sedia, i legami C-H sono

disposti in due differenti orientazioni.• Sei legami C- H sono denominati legami assialiassiali,

mentre gli altri sei sono denominati legami equatorialiequatoriali.

Posizioni assiali ed equatoriali

• I legami equatorialiequatoriali sono approssimativamente perpendicolari a un asse immaginario passante attraverso il centro della sedia e si alternano leggermente verso l'alto, e verso il basso.

Posizioni assiali ed equatoriali

• l legami assialiassiali sono paralleli all'asse immaginario. Tre legami assiali puntano verso l'alto, gli altri tre verso il basso.

Conformazioni del cicloesano• Ci sono molte altre conformazioni non planari del cicloesano,

una delle quali e la conformazione a barcaconformazione a barca. È’ possibile visualizzare la conversione di una conformazione a sedia in una conformazione a barca torcendo l'anello.

• Una conformazione a barca è notevolmente meno stabile di una conformazione a sedia in quanto si crea tensione torsionale a causa di quattro set di interazioni tra idrogeni eclissati e tensione sterica a causa dell'interazione tra idrogeni ad asta di bandiera.

Conformazioni del cicloesanoCicloesanoBarcaSedia.mov

CicloesanoDiagramma.mov

Conformazioni del cicloesano

Posizioni assiali ed equatoriali• Per il cicloesano, le due conformazioni a sedia

equivalenti possono interconvertirsi trasformando prima una sedia in una barca e quindi la barca nell'altra sedia.

• Gli idrogeni assiali in una sedia diventano equatoriali nell'altra e viceversa.

• L'interconversione di una conformazione a sedia del cicloesano nell’altra avviene rapidamente a temperatura ambiente (99.9%).

Isomeria CIS-TRANS• I cicloalcani con sostituenti su due o più atomi di

carbonio dell'anello mostrano un tipo di isomeria chiamato isomeria cis-trans.

• Essi hanno la stessa formula molecolare, hanno gli atomi legati nello stesso ordine ma disposti in maniera diversa nello spazio (stereoisomeristereoisomeri).

• Gli isomeri cis-trans non possono interconvertirsiper rotazione intorno a legami sigma (isomeri isomeri configurazionaliconfigurazionali).

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

1,2-dimetil-cicloesano trans-1,2-dimetil-cicloesano cis-1,2-dimetil-cicloesano

1,2-dimetilciclopentano

1,4-dimetilcicloesano

Isomeria CIS-TRANS

• Gli isomeri cis-trans sono quindi isomeri configurazionali ed hanno le seguenti caratteristiche:– Hanno la stessa formula molecolare, – Hanno gli atomi legati nello stesso ordine – Hanno gli atomi disposti in maniera diversa nello

spazio e non possono interconvertirsi per rotazione intorno a legami sigma.

• Essi non sono però immagini speculari e quindi vengono classificati come diastereoisomeridiastereoisomeri.

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

Carbocicli in natura

CH3 CH3

CH3

CH3 HH

COOH

H

HHOH

O

HOH

COOH

O

H

H H

OHO

CH2OH

O

Acido Crisantemico Prostaglandina E1

Cortisone

Nomenclatura IUPAC

• Gli isomeri cis-trans hanno sostituenti posti dallo stesso lato o da lati opposti.

• Nel caso in cui siano presenti più sostituenti la nomenclatura cis-trans potrebbe non essere esaustiva.

• Per la nomenclatura IUPAC tali isomeri vengono denominati E (entgegen=opposto) o Z (zusammen=insieme) considerando dalla stessa parte (Z) o da parti opposte (E) i sostituenti con priorità maggiore secondo le regole già viste.

Esempi

CH3

CH2CH3

CH3

CH3

CH3

OH

E-1-etil-1,4-dimetilcicloesano

E-1,2-dimetilcicloesano Z-1,2-dimloetilcicloesanolo

CH3

CH3