Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 1 Conformazione di Alcani Aciclici Le conformazioni.

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1 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 1 Conformazione di Alcani Aciclici Le conformazioni sono arrangiamenti diversi di atomi che interconvertono per rotazione attorno a un legame singolo. Alcani

2 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 2 Arrangiamenti diversi hanno nomi specifici. Nella conformazione eclissata, i legami C—H su un carbonio sono direttamente allineati con i legami C—H sul carbonio adiacente. Nella conformazione sfalsata, i legami C—H su un carbonio bisecano l’angolo di legame H—C—H del carbonio adiacente. Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

3 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 3. L’angolo che intercorre tra il legame su un atomo e il legame su un atomo adiacente è chiamato angolo diedro. Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

4 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 4 Proiezioni di Newman. Sono ottenute osservando direttamente lungo il legame C—C (da una estremità) Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

5 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 5 Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

6 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 6 Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

7 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 7 Alcani Conformazione di Alcani Aciclici conformazione sfalsata conformazione eclissata Etano

8 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 8 Alcani Conformazione di Alcani Aciclici Propano conformazione sfalsataconformazione eclissata

9 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 9 Le conformazioni sfalsate hanno minor contenuto energetico delle conformazioni eclissate. Nella conformazione eclissata la repulsione elettrone- elettrone tra i legami ne aumenta l’energia, se confrontata con la conformazione sfalsata, dove gli elettroni di legame sono più distanti. Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

10 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 10 La differenza energetica tra i conformeri eclissato e sfalsato è ~3 kcal/mole, per cui ogni legame C—H eclissato produce un aumento di energia di 1 kcal/mole. La differenza di energia tra i conformeri eclissato e sfalsato è chiamata energia torsionale. La tensione torsionale è un aumento di energia dovuto a interazioni eclissate. Alcani Conformazione di Alcani Aciclici Figura 4.6 Diagramma: Energia dell’etano in funzione dell’angolo diedro

11 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 11 Conformazione di Alcani Aciclici Alcani Figure 4.7 Sei diverse conformazioni del butano

12 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 12 Una conformazione sfalsata con i due raggruppamenti più voluminosi a 180° l’uno dall’altro è detta anti. Una conformazione sfalsata con i due raggruppamenti più voluminosi a 60° l’uno dall’altro è detta gauche. Le conformazioni sfalsate sono a più bassa energia rispetto alle conformazioni eclissate. Le energie relative dei singoli conformeri sfalsati dipendono dalla loro tensione sterica. La tensione sterica è un aumento di energia che si verifica quando gli atomi sono obbligati a essere molto vicini l’uno all’altro. Le conformazioni gauche hanno generalmente energia maggiore delle conformazioni anti a causa della tensione sterica. Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

13 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 13 Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

14 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 14 Alcani Conformazione di Alcani Aciclici Figura 4.8 Grafico: Energia in funzione dell’angolo diedro per il butano

15 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 15 La differenza di energia tra le due conformazioni a più bassa e a più alta energia è chiamata barriera di rotazione. Poichè la conformazione a più bassa energia ha tutti i legami sfalsati e tutti i gruppi più voluminosi in posizione anti, per indicare ciò gli alcani sono spesso rappresentati con uno scheletro strutturale a zigzag. Alcani Conformazione di Alcani Aciclici

16 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 16 Introduzione ai Cicloalcani Oltre alla tensione torsionale e alla tensione sterica, le conformazioni dei cicloalcani sono caratterizzate anche dalla tensione angolare. La tensione angolare è un aumento di energia che si osserva quando gli angoli di legame si discostano dal valore tetraedrico ottimale di 109.5°. I cicloalcani con più di tre atomi di C nell’anello non sono molecole planari, ma sono piegati per ridurre la tensione. Alcani

17 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 17 Introduzione ai Cicloalcani Alcani Figura 4.9 Strutture tridimensionali di alcuni cicloalcani

18 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 18 Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Il cicloesano adotta una conformazione piegata chiamata conformazione a “sedia” che è la più stabile perchè elimina la tensione angolare (tutti gli angoli di legame C—C—C sono di 109.5°), e la tensione torsionale (tutti gli idrogeni sugli atomi di carbonio adiacenti sono sfalsati). Alcani

19 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 19 Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Alcani

20 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 20 Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Ogni C nel cicloesano ha due diversi tipi di idrogeno: (1) gli idrogeni assiali, che sono localizzati sopra e sotto l’anello (lungo un asse perpendicolare); (2) gli idrogeni equatoriali, che sono localizzati nel piano dell’anello (intorno all’equatore). Alcani

21 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 21 Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Alcani

22 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 22 Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Alcani

23 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 23 Un importante cambiamento di conformazione nel cicloesano comprende l’inversione dell’anello. Gli H assiali ed equatoriali interconvertono durante l’inversione dell’anello. Gli H assiali diventano H equatoriali e gli H equatoriali diventano H assiali. Alcani Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano

24 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 24 Alcani Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Figura 4.11 L’inversione dell’anello interconverte gli idrogeni assiali ed equatoriali nel cicloesano

25 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 25 Il conformero a barca è destabilizzato dalla tensione torsionale perchè gli idrogeni che stanno sui quattro atomi di carbonio nel piano sono eclissati. Inoltre, c’è una tensione sterica perchè i due atomi di idrogeno che stanno su entrambe le estremità della barca, gli idrogeni ad “asta di bandiera”, sono obbligati a stare ravvicinati. Alcani Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Figura 4.1 Due visualizzazioni del conformero a barca del cicloesano

26 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 26 Ci sono due possibili conformazioni a sedia in un cicloesano monosostituito, come per esempio il metil cicloesano. La posizione equatoriale del sostituente è favorita. Alcani CICLOESANI SOSTITUITI – ESEMPIO: METILCICLOESANO

27 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 27 Alcani Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano

28 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 28 Come disegnare i due conformeri di un cicloesano sostituito : Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Alcani

29 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 29 Considerare che i due conformeri del metilcicloesano sono diversi, quindi non sono ugualmente stabili. Sostituenti più voluminosi in posizione assiale creano interazioni destabilizzanti (e quindi sfavorevoli) chiamate interazioni 1,3-diassiali. Nel metilcicloesano, ogni interazione sfavorevole H,CH 3 destabilizza il conformero di 0.9 kcal/mole, pertanto il conformero 2 è 1.8 kcal/mole meno stabile de conformero 1. Alcani Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano

30 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 30 Alcani Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano Figura 4.13 Rappresentazioni tridimensionali per i due conformeri del metilcicloesano

31 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 31 Introduzione ai Cicloalcani—Cicloesano sostituito Più voluminoso è il sostituente sull’anello a sei termini, più elevata, all’equilibrio, è la percentuale di conformero contenente il sostituente in posizione equatoriale. Alcani Figura 4.14 I due conformeri del t-butilcicloesano

32 Fondamenti di chimica organica Janice Gorzynski Smith Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl 32 Introduzione ai Cicloalcani—Cicloalcani disostituiti Ci sono due diversi 1,2-dimetilciclopentani—uno avente due gruppi CH 3 dalla stessa parte dell’anello e un altro in cui i due gruppi sono su parti opposte dell’anello. A e B sono isomeri. Più precisamente, sono stereoisomeri. Alcani