ALCANI
formula grezza CnH2n+2
sp3
conformazioni
NOTA BENE.
Per conferire una certa tridimensionalità alle strutture rappresentate sulla carta, i legami covalenti
che giacciono sul piano del foglio sono indicati con spessore normale, quelli rivolti verso
l’osservatore (al di sopra del piano di lettura) sono in grassetto, e quelli rivolti lontano
dall’osservatore (al di sotto del piano di lettura) sono tratteggiati.
Le formule di questo tipo sono definite prospettiche; per il metano ne possiamo disegnare due
diversi tipi, a seconda della posizione nello spazio che si vuole rappresentare:
forma sfalsata = massima distanza
tra gli atomi di H
forma eclissata = minima distanza
tra gli atomi di H
isomeria di conformazione: molecole che, pur avendo la stessa
formula grezza e di struttura, presentano gruppi di atomi che si
dispongono in maniera differente nello spazio.
NOTA BENE.
Con il termine isomeria si intende la possibilità per una molecola di assumere due o più
disposizioni differenti; in pratica sono isomeri due o più composti aventi uguale formula grezza e
differente disposizione degli atomi nello spazio.
E’ importante specificare la differenza tra il termine conformazione, appena incontrato, e quello di
configurazione, che incontreremo più avanti. Con il termine conformazione si intende la
disposizione spaziale di gruppi sostituenti di molecole organiche che sono liberi di assumere
posizioni diverse nello spazio senza rottura di alcun legame, essendo liberi di ruotare intorno a un
legame C-C. Il termine configurazione identifica due o più atteggiamenti nello spazio assunti da
una molecola, che non sono interconvertibili l’uno nell’altro senza rottura di uno o più legami
covalenti. Incontreremo più avanti esempi di isomeria configurazionale.
ottano
(C8H18)
andamento “a denti di sega”
ISOMERIA STRUTTURALE
metano, etano e propano: la formula grezza può identificare
un solo tipo di formula strutturale di alcano
isomeria strutturale:
la formula strutturale è la stessa, cambia la
sequenza di atomi di C e H, e quindi i due
isomeri corrispondono a due strutture di Lewis
differenti.
isomeria strutturale e
isomeria conformazionale
non si escludono a vicenda
Un alcano con 15 atomi di C può avere 4.347 isomeri diversi, mentre con 20
atomi di C possiamo costruire 366.319 isomeri diversi.
NOMENCLATURA ALCANI
Sistema di nomenclatura, elaborato dalla
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).
1
gli alcani presentano tutti la desinenza –ano;
2
il nome degli alcani deriva dal numero greco corrispondente al numero di atomi di C
contenuti (pentano, esano, eptano, ottano, nonano, decano, etc.); fanno eccezione i primi 4
alcani, che hanno mantenuto la nomenclatura tradizionale (metano, etano, propano e butano);
3
una catena si definisce normale quando ogni atomo di C è legato a non più di altri 2 atomi di
C;
4
una catena si definisce ramificata quando uno o più atomi di C sono legati a più di 2 atomi di
C; è possibile trovarla solo a partire dal butano; dei due o più isomeri di un alcano, uno ha la
catena normale, gli altri risultano ramificati.
GRUPPO ALCHILICO
Nomenclatura IUPAC: le catene ramificate si indicano immaginandole
come una catena idrocarburica lineare in cui uno o più atomi di H,
legati ad atomi di C intermedi (cioè diversi da quelli posti alle due estremità),
siano stati sostituiti da gruppi alchilici.
Gruppo alchilico = alcano privo di un atomo di H
Definizioni IUPAC
ESEMPI
2,2-dimetilpentano
3-etil-5-metilottano
Le formule strutturali
possono essere indicate in forme più condensate e semplificate:
Gli atomi di C sono chiamati primari, secondari, terziari e quaternari a
seconda del numero di altri atomi di C cui essi sono legati.
ALOGENURI ALCHILICI
• cloroformio (tossico per il fegato)
• Alotano e fluotano (anestetici)
• DTT (e altri insetticidi)
• freon (buco dell’ozono)
• fluorocarburi (chemioterapia)
PROPRIETA’ FISICHE degli ALCANI
molecole non polari
bassi punti di fusione ed ebollizione
A causa di questi valori, a temperatura ambiente gli alcani si
presentano allo stato:
a) gassoso (dal metano al butano, C 1-4): costituiscono i cosiddetti gas
naturali;
b) liquido (dal pentano all’eptadecano, C 5-17): da C5 a C10
costituiscono le benzine, da C11 a C17 fanno parte di cherosene,
olio diesel e gasolio;
c)
solido (dall’ottadecano in su): olii lubrificanti (C18-C22), cere,
paraffine e asfalto (> C23). I derivati del petrolio contengono alcani
fino a 33 atomi di C.
Molecole più raccolte e di minori
dimensioni formano legami di van der
Waals più deboli
Gli alcani sono insolubili
in acqua e solubili in
solventi apolari (benzene,
etere, cloroformio)
PROPRIETA’ CHIMICHE degli ALCANI
Reattività di una molecola organica:
cariche parziali positive o negative (ciò si realizza quando all'interno della molecola siano
presenti legami covalenti polari);
elettroni liberi, cioè non impegnati in legami (ad esempio, doppietti elettronici non
condivisi);
elettroni π (cioè doppi legami).
Gli alcani sono caratterizzati da una scarsa reattività chimica
ossidazione degli idrocarburi
CURIOSITÀ.
Il cammello ed il topo del deserto, così come l’orso in letargo, non soffrono la sete facilmente,
perchè producono l'acqua che gli serve attraverso la combustione delle catene idrocarburiche dei
grassi, e inoltre ne riducono al minimo l'eliminazione con sudore e urine.
CICLOALCANI
CnH2n
La
nomenclatura
IUPAC dei
cicloalcani è la
stessa degli
alcani, con
l’unica
differenza del
prefisso cicloposto davanti
ad ogni
termine.
ISOMERI CONFORMAZIONALI o
CONFORMERI
BARCA
SEDIA
“a treccia” (“twist”)
ISOMERIA CONFIGURAZIONALE
Configurazione: identifica due o più atteggiamenti nello spazio assunti da una
molecola, non interconvertibili l’uno nell’altro senza rottura di uno o più legami
covalenti.
isomeria
configurazionale o
geometrica o
cis/trans
NOTA BENE.
Abbiamo visto che sono isomeri due o più molecole che hanno lo stesso numero e tipo di atomi (e
quindi lo stesso peso molecolare), ma i loro atomi hanno diversa disposizione nello spazio. Finora
abbiamo osservato due esempi di isomeria:
1) isomeria di struttura: le molecole presentano una differente sequenza degli atomi (esempi: npentano, isopentano, neopentano);
2) stereoisomeria: la sequenza in cui gli atomi sono legati nella molecola è uguale, ma la molecola
può assumere una differente disposizione nello spazio; abbiamo visto finora due tipi di
stereoisomeria:
a) isomeria conformazionale: gli isomeri sono interconvertibili per rotazione intorno ad un legame
(esempi: forme eclissata e sfalsata dell’etano, forme a sedia e a barca del cicloesano);
b) isomeria configurazionale o geometrica o cis/trans: gli isomeri non sono interconvertibili per
rotazione intorno ad un legame, per la presenza di una struttura ciclica (esempio: forme cis e trans
di un cicloalcano sostituito) o per la presenza di un doppio legame (esempio: v. capitolo sugli
alcheni).
CICLOALCANI POLICICLICI