Chimica organica Alcheni alchini Una panoramica I pi

Chimica organica Alcheni, alchini

Una panoramica I più semplici composti organici sono gli idrocarburi formati da carbonio e idrogeno Idrocarburi Saturi Alcani X Cicloalcani X Alcheni Alchini Aromatici Di e polieni Insaturi X X Aperti Ciclici X X X 2

Esercizio Cerca di riconoscere e classificare i diversi tipi di idrocarburi Idrocarburo Alcano Idrocarburo Cicloalcadiene Idrocarburo Alchene Non è un idrocarburo Idrocarburo: Alchino Non è un idrocarburo 3

Alcheni La formula generale degli alcheni (con un solo doppio legame) è Cn. H 2 n Ci sono 2 atomi di idrogeno in meno poiché 2 elettroni di altrettanti atomi di carbonio sono impegnati in un legame di tipo H H H C C H H H Questi atomi di carbonio sono ibridati sp 2 4

Struttura Tutti gli altri atomi di carbonio hanno ibridazione sp 3 La geometria di tutti gli atomi di carbonio è trigonale planare (angoli di 120°) La molecola è formata da legami di tipo e da un legame L’alchene più semplice ha 2 atomi di carbonio e 4 atomi di idrogeno (C 2 H 4) Il suo nome è etene 5

Strutture di Lewis C 3 H 6 C 4 H 8 Formula condensata CH 2= CH – CH 3 C H H H C C C 4 H 8 (butene) (propene) H Cn. H 2 n (1 -butene) Formula condensata CH 2 = CH C 4 H 8 (2 -butene) Formula condensata CH 2 CH 3 – CH = CH - CH 2 H H Isomeria della posizione del doppio legame 6

Alchini La formula generale degli alchini (con un solo triplo legame) è Cn. H 2 n-2 Ci sono 4 atomi di idrogeno in meno poiché 4 elettroni di 2 atomi di carbonio sono impegnati in 2 legami di tipo H H H C C H H H Questi atomi di carbonio sono ibridati sp 7

Struttura Tutti gli altri atomi di carbonio hanno ibridazione sp 3 La geometria di tutti gli atomi di carbonio è lineare (angoli di 180°) La molecola è formata da legami di tipo e da 2 legami L’alchene più semplice ha 2 atomi di carbonio e 2 atomi di idrogeno (C 2 H 2) Il suo nome è etino o acetilene 8

Strutture di Lewis C 3 H 4 (propino) Formula condensata Cn. H 2 n-2 C 4 H 6 (butino) C 4 H 8 (1 -butino) Formula condensata C 4 H 8 (2 -butino) Formula condensata Isomeria della posizione del triplo legame 9

L’isomeria di catena è complicata dalla possibilità di trovare i legami multipli in posizioni diverse Due isomeri possono differire solamente per la posizione del legame multiplo 1 -propene non sono isomeri diversi 1 -butene non sono isomeri diversi 2 -butene 2 -metil-propene 1 -butene sono isomeri diversi 10

Esercizi Disegna i … isomeri del pentene ed assegna loro il nome 1 -pentene 2 -metil-2 -butene 2 -pentene 2 -metil-1 -butene 3 -metil-1 -butene non esiste 11

Isomeria cis-trans Il doppio legame costituisce una porzione rigida della molecola La rotazione attorno al doppio legame è impedita (verifica con i modellini) Alcuni composti con almeno un doppio legame possono presentarsi in due forme isomere Le due forme possono avere differente polarità, punto di fusione e di ebollizione Possono essere separate con metodi classici di separazione Gli isomeri cis-trans sono formate dallo stesso tipo di legami e dagli stessi gruppi ma disposti diversamente nello spazio (verifica con i modellini) 12

Un esempio C 2 Cl 2 H 2 Per avere questo tipo di isomeria i due atomi di carbonio ibridati sp 2 devono Essere legati con due atomi o gruppi diversi Il baricentro delle due polarizzazioni coincide = la molecola non è polare pf = -50 °C pe = +48 °C Il baricentro delle due polarizzazioni non coincide = la molecola è polare - - + trans + 1, 2 -dicloroetilene cis pf = -80 °C pe = +60 °C 13

Esercizio Individua i composti per cui esiste l’isomeria cis-trans non ha isomeri non ha isomeri 14

Nomenclatura 15

Gruppi alchenilici Le ramificazioni che presentano il doppio legame sono denominati alchen-ilici I 2 più importanti gruppi hanno anche nomi d’uso caratteristici eten-ile (vinile) 2 -propen-ile (allile) vinile allile 16

Alcheni e alchini semplici Il nome degli alcheni prende la desinenza –ene Etene, propene, butene, pentene, esene, ecc. Il nome degli alchini prende la desinenza –ino Etino, propino, butino, pentino, esino, ecc. Le regole di nomenclatura sono identiche a quelle per gli alcani ma con alcune regola aggiuntive 17

1 Regola aggiuntive Dal butene in poi si deve precisare la posizione del doppio o del triplo legame 1 -pentene 2 -esene Si deve dare la priorità al doppio o al triplo legame e numerare di conseguenza 5 3 -etil-2 -metil-4 -eptino 5 5 -etil-6 -metil-3 -eptino 5 5 -metil-2 -esene 5 2 -metil-4 -esene 18

Regole aggiuntive 2 Se ci sono più doppi o tripli legami ci si comporta come con i sostituenti multipli (2, 3 dimetil oppure 5, 5, 3 -trietil) 1, 3 -esandiino 2, 4 -esandiene 2 -metil-1, 3 -butandiene La catena da scegliere deve essere sempre quella più lunga ma che contiene il maggior numero di legami multipli, privilegiando quelli doppi per la numerazione 5 4, 5 -divinil-4 -ottene 5 3, 4 -dipropil-1, 3, 5 -esantriene 19

Regole aggiuntive 3 Con la presenza contemporanea di doppi e tripli legami per la numerazione si privilegiano i doppi legami ma il nome finale spetta al triplo legame 5 4 -etil-3 -propil-1, 3 -esadien-5 -ino 5 3 -etil-4 -propil-3, 5 -esadien-1 -ino 5 4 -vinil-1 -otten-5 -ino 5 3 -etinil-1, 4 -pentadiene 5 3 -vinil-1 -penten-4 -ino 20

Esercizi Disegna la formula dei seguenti composti insaturi 2, 2 -dimetil-3 -eptene ciclopentino 1 -ciclobutil-2, 3 -dimetil-3 -eptene 1, 2 -dimetilcicloesene 21

Esercizi Scrivi il nome delle seguenti strutture 4 -etil-2 -metil-3 -esene 3 -etil-4 -propil-3 -eptene 3, 8 -dimetil-4, 6 -decandiino 22

Comportamento chimico 23

Reattività chimica Gli alcheni e gli alchini hanno una reattività molto diversa dagli alcani E Sono molto più reattivi e reagiscono con modalità diverse Perché? È il legame responsabile della maggiore reattività Più debole del legame Più lontano dallo scheletro della molecola Rappresenta una concentrazione elettronica che attira certi tipi di reagenti 24

Gli elettrofili Gli alcheni sono facilmente aggredibili da alcune specie chimiche hanno affinità con le cariche elettriche Queste specie chimiche, cariche e no, sono chiamate elettrofile • H+, Cl+, I+, NO 2+, BF 3 Sono specie povere di elettroni che cercano di colmare la loro carenza di elettroni + H 25

Addizione elettrofila Alcheni ed alchini hanno la capacità di incamerare, catturare diverse sostanze e addizionarle alla propria struttura Acqua Alogeni Acidi alogenidrici ed altri acidi Sono denominate elettrofile poiché la fase iniziale è sempre caratterizzata dall’attacco di un reagente con tale tendenza 26

Addizione di acidi Gli acidi alogenidrici (H-X) attaccano gli alcheni fornendo un alogeno alcano (alogenuro alchilico) Le reazioni di addizione elettrofila avvengono in posizione trans 27

I carbocationi 2 -cloropropano L’addizione di acido cloridrico porta alla formazione quasi esclusiva del 2 cloropropano e non dell’ 1 cloropropano; perché? Si deve cercare la spiegazione nella formazione della seguente specie: Questa specie chimica è denominata carbocatione 28

Stabilità dei carbocationi Il protone (H+) attacca l’atomo di carbonio formando il carbocatione che ha l’atomo di carbonio più sostituito carbonio terziario carbonio secondario (non si forma) I carbocationi sono stabilizzati (aiutati) dalla presenza di altri atomi di carbonio legati direttamente ad esso 29

Stabilità relativa Questo è l’ordine di stabilità dei carbocationi R indica un qualsiasi gruppo alchilico uguale o diverso terziario secondario primario metilico Queste sono le motivazioni che hanno portato a formulare la regola di Markovnikov 30

Regola di Markovnikov Nell’addizione di elettrofili asimmetrici agli alcheni: Si forma sempre l’isomero che deriva dal catione intermedio più stabile, cioè quello più sostituito In pratica l’anione si lega al carbonio più sostituito Anche l’alchene deve essere asimmetrico 31

Altre reazioni degli alcheni Addizione elettrofila di Acqua in presenza di un catalizzatore acido che fornisce la specie elettrofila (H+) Segue la regola di Markovnikov meccanismo Alogeni (Cl 2, I 2, Br 2) Non segue la regola di Markovnikov 32

Esercizi Completa le seguenti reazioni elettrofile 2 -butene con acqua in acido solforico meccanismo propene con bromo in CCl 4 33

Esercizi Completa le seguenti reazioni elettrofile 3 -metil-2 -esene con HCl 34

Riduzione Alcheni e alchini possono essere ridotti ad alcani con idrogeno in presenza di un catalizzatore La reazione avviene in posizione cis (stesso lato) Alcuni catalizzatori più importanti sono Palladio finemente suddiviso e disperso su carbone Platino in forma di ossido Nichel in polvere 35

Fine Alcheni e alchini

Addizione di acqua (meccanismo) L’acqua non è un elettrofilo sufficientemente forte da attaccare il doppio legame in tempi brevi (anzi è un nucleofilo) È necessario utilizzare un catalizzatore acido (H+) H+ 2 a fase: formazione del carbocatione 1 a fase: attacco del più stabile protone al doppietto (terziario) 3 a fase: entra il nucleofilo 37

Addizione di acqua (meccanismo) L’acqua non è un elettrofilo sufficientemente forte da attaccare il doppio legame in tempi brevi (anzi è un nucleofilo) È necessario utilizzare un catalizzatore acido (H+) 4 a fase: si forma una specie molto instabile con l’ossigeno carico positivamente 5 a fase: l’ossigeno carico positivamente espelle il protone 6 a fase: l’ossigeno ripristina i due doppietti e libera il protone (catalizzatore)38

I carbocationi Un carbocatione è una specie chimica organica in cui una carica positiva si trova su un atomo di carbonio La struttura del carbocatione è questa: Atomo di carbonio ibridato sp 2 Orbitale p vuoto 39