Gli idrocarburi insaturi 1 1

Gli alcheni Gli idrocarburi insaturi, cioè quelli con atomi di carbonio che non legano il numero massimo di atomi, si dividono in alcheni e alchini. Gli alcheni sono idrocarburi che presentano almeno un doppio legame nella molecola, ibridazione sp2, geometria planare e angoli di legame di 120°. 2

Gli alchini Gli alchini sono idrocarburi con almeno un triplo legame nella molecola, ibridazione sp, geometria lineare e angoli di legame di 180°. 3 3

Legami  e  Il legame doppio degli alcheni è l’insieme di un legame σ e di uno π, mentre quello triplo degli alchini comprende un legame σ e due legami π. La presenza dei legami π comporta l’impossibilita della rotazione attorno al legame carbonio — carbonio. etene etino 4 4

Nomenclatura La formula generale degli alcheni è CnH2n e la loro nomenclatura è simile a quella degli alcani, con il suffisso -ene. Un cicloalcano e il corrispondente alchene sono isomeri (a partire dal butene C4H8). La formula generale degli alchini è CnH2n-2 e la nomenclatura segue quella degli alcani, con il suffisso -ino. Per attribuire il nome ad alcheni ed alchini, gli atomi di carbonio della catena vanno numerati in modo da indicare la posizione dei doppi legami o dei tripli legami e degli eventuali radicali presenti. 5 5

Alcani CnH2n+2 Alcheni CnH2n Alchini CnH2n-2 CH4 metano C2H6 etano C2H4 etene C2H2 etino C3H8 propano C3H6 propene C3H4 propino C4H10 butano C4H8 butene C4H6 butino C5H12 pentano C5H10 pentene C5H8 pentino

Alcheni Alchini

Si parla di legami cumulati, quando sono in successione, coniugati, quando sono alternati a legami semplici, e isolati, quando due legami multipli sono separati da più di un legame semplice. Quando nella catena ci sono due o più legami multipli, al suffisso –ene e –ino si antepone il prefisso di-, tri-, ecc.

Alcuni radicali insaturi hanno però nomi comuni.... Se l’idrocarburo è ramificato, è necessario individuare la catena più lunga che contiene l’insaturazione. Il nome di una ramificazione in cui compare un’insaturazione termina in –enil (per gli alcheni) o –inil (per gli alchini) a seconda che si tratti di un doppio o triplo legame. Alcuni radicali insaturi hanno però nomi comuni.... Radicale alcani Radicale alcheni Radicale alchini CH3- metil C2H5- etil C2H3- etenil C2H- etinil C3H7- propil C3H5- propenil C3H3- propinil C4H9- butil C4H7- butenil C4H5- butinil C5H11- pentil C5H9- pentenil C5H7- pentinil

Radicali degli alcheni Radicali degli alchini CH2 = CH – etenil CH3 – CH = CH – 1-propenil CH3 – CH2 – CH = CH – 1-butenil CH3 – (CH2)2 – CH = CH – 1-pentenil Radicali degli alchini CH ≡ C – etinil CH3 – C ≡ C – 1-propinil CH3 – CH2 – C ≡ C – 1-butinil ........

usato tra l’altro nella fabbricazione di resine di polimerizzazione usato per resine, per prodotti farmaceutici (barbiturati allilici, usati come sedativi), per profumi (caproato allilico, dall’odore di ananas) ecc

Regole per assegnare il nome ad un idrocarburo insaturo: Individuare la catena di atomi di carbonio più lunga; Numerarla in modo da attribuire il numero più basso possibile ai doppi e tripli legami (i doppi risultano prioritari); Nominare la catena principale indicando il numero di atomi di carbonio e sostituendo –ano con -ene o -ino; Se sono presenti delle ramificazioni, si procede come per gli alcani.

Isomeria Il doppio legame ha come conseguenza la presenza di più tipi di isomeria: isomeria di catena (come gli alcani); isomeria di posizione, diversa posizione dei doppi legami; stereoisomeria geometrica. 17

L’isomeria geometrica Un tipo particolare di stereoisomeria è l’isomeria geometrica, che è connessa alla presenza di doppi legami nella molecola. Se i due gruppi si trovano dalla stessa parte del piano rispetto al doppio legame, l’isomero si definisce cis; se, invece, i due gruppi sono situati da parti opposti, l’isomero si definisce trans. I due isomeri hanno differenti proprietà (punto di fusione, di ebollizione e diversa polarità). Isomeri di 1,2 - dicloroetene 18 18

Proprietà fisiche Lo stato di aggregazione a temperatura ambiente degli alcheni dipende dal peso molecolare: i primi termini sono gas, dal C5 al C16 liquidi e i termini superiori sono solidi; come gli alcani sono apolari e quindi insolubili in acqua. 19 19

Reazioni degli alcheni e degli alchini La presenza dei doppi legami conferisce a questi composti una maggiore reattività rispetto agli alcani. Sono denominati nucleofili (anioni o molecole neutre con doppietti elettronici disponibili) e reagiscono con sostanze che sono alla ricerca di elettroni, ovvero gli elettrofili (molecole o ioni che possono accettare un doppietto elettronico). Le reazioni caratteristiche degli alcheni e degli alchini sono quelle di addizione elettrofila. etene dicloroetano 20 20

Il meccanismo dell’addizione elettrofila Quando, per esempio, si fa reagire l’etene con HCl, i due elettroni π vanno a formare il legame σ fra il protone H+ (elettrofilo) dell’acido e uno dei atomi di carbonio; l’altro perde uno dei suoi elettroni e diventa positivo. La specie che si origina è detta carbocatione e si forma in seguito alla rottura di un legame quando il doppietto elettronico inizialmente condiviso è acquisito da uno solo dei due atomi. 21 21

I carbocationi sono molto reattivi e si combinano facilmente con le specie in grado di fornire una coppia di elettroni: i nucleofili, cioè anioni o molecole neutre con doppietti elettronici disponibili. La reazione di addizione elettrofila si sviluppa in due stadi: nel primo stadio si ha la formazione del carbocatione mentre nel secondo esso è attaccato dal nucleofilo. Cloroetano o cloruro di etile 22 22

propene

Regola di Markovnikov Afferma che in una reazione di addizione elettrofila lo ione idrogeno si lega all’atomo di carbonio già unito al maggior numero di atomi di idrogeno, mentre l’altro atomo, o gruppo, si lega all’atomo di carbonio più sostituito, cioè unito al maggior numero di sostituenti.

Idrogenazione Alcheni e alchini possono anche dare reazioni di idrogenazione, ovvero sommano idrogeno al doppio o al triplo legame trasformandosi nei corrispondenti idrocarburi saturi. Queste reazioni avvengono però solo in presenza di opportuni catalizzatori, come platino e palladio. 25 25