Idrocarburi insaturi
Alcheni
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
H2C CH2
HC CH
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 è il costituente principale
della trementina.
• La vita stessa non sarebbe possibile senza alcheni come il
β-carotene,
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.
H
H
H
H
Etilene
H3C
CH3
α-pinene
H3C
β-carotene
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.
tracce Le enormi
quantità di etilene richieste per venire incontro
alle necessità dell'industria chimica vengono
ricavate tramite il cracking termico degli
idrocarburi.
Alcheni
• Gli alcheni contenenti un solo doppio
legame hanno formula bruta CnH2n
• Possono contenere anche più doppi legami
• Se contengono 2 doppi legami vengono
detti dieni.
dieni
• Se contengono più doppi legami vengono
detti polieni.
polieni
Alchene
Diene
Poliene
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
Nomenclatura: Alcheni
• I nomi IUPAC degli alcheni si ottengono
cambiando il suffisso -ano del
corrispondente alcano in -ene.
ene
H2C CH2
Etene o etilene
H2C C C CH3
H H2
H2C C CH3
H
Propene o propilene
Butene
H3C C C CH3
H H
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.
legame
H2C C C CH3
H H2
H3C C C CH3
H H
1-butene
2-butene
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
3-metil-4-ottene
4-etil-3-ottene
4-etil-2-metil-2-esene
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
Nomenclatura: Alcheni
• Alcuni gruppi contenenti doppi legami sono
storicamente noti con un nome comune:
H2C
gruppo metilenico
H2C C
H
gruppo vinilico
H2C C C
H H2
gruppo allilico
COOH
COOH
Acido 3-metilenglutarico
Cl
Cloruro di vinile
Cl
Cloruro di allile
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
Nomenclatura: Polieni
• Gli alcheni che contengono più di un doppio
legame sono denominati dieni,
trieni,
di
tri
tetraeni
e così via.
tetra
• Nel nominarli va specificata la posizione di
tutti i doppi legami
2,3-esadiene
2,4-ottadiene
2,4,6-decatriene
Etilene.mov
Struttura
• Ogni atomo di carbonio che partecipa al doppio
legame di un alchene possiede tre orbitali
ibridi sp2 che giacciono in un piano e
presentano angoli di 120° e che formano i
legami σ
Etilene.mov
Struttura
• L’orbitale p che non partecipa all’ibridazione e
che contiene un elettrone forma il legame π per
sovrapposizione laterale.
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.
piano
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.
Isomeri cis e trans
• Un alchene che ha su ognuno dei due atomi di carbonio sp2
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.
diastereoisomeri
• Se ad uno dei due carboni sp2 del doppio legame sono
legati due sostituenti uguali, esiste una sola struttura
possibile per tale alchene.
H3C
H
H
CH3
H
H3C
H
H
H
H
CH3
CH3
H
CH3
H
H
trans-2-butene cis-2-butene
1-propene
ISOMERI
Diversa sequenza degli atomi
Diversa disposizione tridimensionale degli atomi
STRUTTURALI
GEOMETRICI
(Stereoisomeri)
CH3
CH3
CH2
CH2
CH3
CH3
C CH3
H
n-butano
Interconvertibili per
rotazione intorno a
legami semplici
Interconvertibili soltanto per rottura
e riformazione di legami semplici
iso-butano
CONFIGURAZIONALI
CONFORMAZIONALI
Non immagini speculari
Immagini speculari
Eclissata e sfalsata dell’etano
DIASTEREOISOMERI
ENANTIOMERI
Composti ciclici cis o trans
Composti con un atomo di
carbonio
CH3 chiraleCH3
H
Composti con più di un
atomo di carbonio chirale
Alcheni
Cis e Trans
C C
H
cis-2-butene
CH3
H
C C
H
CH3
trans-2-butene
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
Pf = -139°C, Pe = 4°C
μ = 0.33 D
trans-2-butene
Pf = -106°C,Pe = 1°C
μ=0D
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.
Polieni cis e trans
•
•
•
•
Per un alchene con n doppi legami carbonio-carbonio, ciascuno dei
quali può mostrare isomeria cis-trans, sono possibili 2n 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, 24 = 16 isomeri cis-trans con questa formula
di struttura.
La vitamina A è l'isomero tutto trans.
OH
Vitamina A (poliene tutto trans)
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.
• Hanno densità inferiori a 1.0 g/mL e quindi sono meno
densi dell'acqua.
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.
acqua
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.
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.
4
1
2
3
isoprene o 2-metil-1,3-butadiene
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 C15H26O,
consiste di tre unità isopreniche:
isopreniche derivati del farnesolo e
del geraniolo sono intermedi nella biosintesi del colesterolo.
• La vitamina A, un terpene di formula molecolare C20H30O,
consiste di quattro unità isopreniche legate testa-coda e
legate ulteriormente in un altro punto per formare un anello
a sei termini.
OH
OH
Farnesolo
Vitamina A