Aldo Galeone » 5.Alcheni e Alchini

Introduzione: alcheni ed alchini

Un idrocarburo si definisce insaturo quando possiede un numero di idrogeni legati al carbonio inferiore rispetto a quello di un alcano. Le tre classi di idrocarburi insaturi sono: alcheni, alchini ed areni. Gli alcheni contengono uno o più doppi legami carbonio-carbonio, mentre gli alchini contengono uno o più tripli legami carbonio-carbonio. L’alchene più semplice è l’etene mentre l’alchino più semplice è l’etino.

Introduzione: areni

Gli areni sono degli idrocarburi insaturi ciclici, con più di due doppi legami che devono soddisfare a determinati requisiti. La loro chimica è diversa dagli altri idrocarburi e deve essere studiata in una sezione a parte. Il più semplice composto di questa classe è il benzene.

Struttura degli alcheni

Secondo il modello VSEPR si può prevedere un angolo di legame di 120° intorno a ciascun carbonio in un doppio legame. Nel caso dell’etene (etilene) l’angolo H-C-C è molto vicino a quello previsto. Tuttavia in altri alcheni vi possono essere deviazioni maggiori a causa di interazioni di non legame tra i gruppi alchilici legati ai carboni del doppio legame.

Struttura degli alcheni: il doppio legame C-C

Come descritto in precedenza, in termini di sovrapposizione di orbitali un doppio legame carbonio-carbonio consiste in un legame (sovrapposizione di due orbitali ibridi sp²) ed in un legame π (sovrapposizione di due orbitali atomici p).

Struttura degli alcheni: il doppio legame C-C (segue)

Per rompere il legame π nell’etilene occorre un’energia di circa 63 kcal/mole. Poiché tale energia è superiore all’energia termica disponibile a temperatura ambiente, la rotazione intorno al doppio legame è impedita in condizioni normali.

Isomeria cis-trans negli alcheni

Poiché la rotazione intorno ad un doppio legame è impedita, un alchene in cui ciascun carbonio del doppio legame lega due gruppi diversi mostra un tipo di isomeria detto “cis-trans”. Per esempio, il 2-butene ha due stereoisomeri: nel cis-2-butene i due gruppi metilici si trovano dallo stesso lato del doppio legame mentre nel trans-2-butene essi si trovano da lati opposti. A temperatura ambiente questi due composti non si interconvertono l’uno nell’altro; sono composti differenti e posseggono differenti proprietà chimico-fisiche.

Struttura degli alchini: il triplo legame C-C

Come descritto in precedenza, in termini di sovrapposizione di orbitali un triplo legame carbonio-carbonio consiste in un legame σ (sovrapposizione di due orbitali ibridi sp) ed in due legami π (sovrapposizione di due orbitali atomici p).

Nomenclatura IUPAC degli alcheni

Le regole di nomenclatura degli alcheni più semplici sono simili a quelle degli alcani per quanto riguarda i sostituenti. Le principali differenze sono:

1. il suffisso -ano (degli alcani) diventa –ene.
2. la catena base non è quella più lunga in assoluto, ma quella più lunga contenente il doppio legame.
3. bisogna specificare la posizione del doppio legame con un numero prima del nome della catena base.
4. nel numerare la catena di atomi di carbonio, al doppio legame bisogna attribuire il numero più basso.

Nomi comuni di alcuni alcheni

Sebbene la nomenclatura IUPAC sia universalmente accettata, molti alcheni ed alchini (soprattutto quelli a basso peso molecolare) sono noti quasi esclusivamente coi loro nomi comuni.

Nomenclatura IUPAC degli alchini

Le regole di nomenclatura degli alchini più semplici sono simili a quelle degli alcheni ma il suffisso -ene (degli alcheni) diventa –ino.

Nomenclatura cis-trans negli alcheni

Nei casi più semplici, l’uso dei prefissi cis e trans per specificare la configurazione degli alcheni fa riferimento alla catena principale. Se gli atomi di carbonio di questa catena sono da lati opposti l’alchene è trans; se sono dallo stesso lato l’alchene è cis. Tuttavia questo sistema è ambiguo e non può essere applicato universalmente (come ad esempio nell’1-bromo-1-cloro-1-propene). Per questo motivo è stata introdotta la nomenclatura E-Z.

Nomenclatura E-Z negli alcheni

Questo sistema si basa su delle regole di priorità tra gruppi che verranno illustrate in seguito. In base a queste regole, a ciascuno dei due sostituenti legati ad un carbonio del doppio legame (cornice blu) viene attribuita una priorità. Se, dopo l’attribuzione, i gruppi a priorità più alta si trovano dallo stesso lato del doppio legame (sopra o sotto la linea rossa tratteggiata) l’alchene sarà Z. Se si trovano da lati opposti l’alchene sarà E.

Regole di priorità

1. La priorità è assegnata in base al numero atomico: più alto è il numero atomico, più alta è la priorità.
2. Se la priorità non può essere assegnata dal numero atomico, si osserva il gruppo di atomi successivo e si continua fino a quando la priorità può essere assegnata. La priorità viene assegnata a livello del primo punto di differenza.
3. Nei gruppi contenenti carboni sp² e sp, questi devono essere trattati in modo da rendere massimo il numero di gruppi ad esso legati. Così gli atomi in un doppio o triplo legame sono considerati come legati ad un equivalente numero di atomi simili con legami semplici.

Nomenclatura dei cicloalcheni

Nell’assegnare i nomi ai cicloalcheni più semplici, agli atomi di carbonio del doppio legame del ciclo si attribuiscono i numeri 1 e 2 in modo da dare in numero più basso al sostituente che si incontra per primo.

Dieni, trieni, polieni

Gli alcheni che contengono più di un doppio legame sono detti alcadieni, alcatrieni, etc. Quelli che contengono diversi doppi legami sono anche noti col nome generico di polieni.

Proprietà fisiche di alcheni ed alchini

Poiché alcheni ed alchini sono composti non polari, le sole forze attrattive tra le loro molecole sono le forze di dispersione, analogamente a quanto accade negli alcani. Pertanto le proprietà fisiche di alcheni ed alchini sono simili a quelle degli alcani con lo stesso scheletro carbonioso. Tuttavia le proprietà chimiche sono abbastanza diverse poichè sia il doppio che il triplo legame sono siti di alta densità elettronica e pertanto sono siti di reattività chimica (colore rossastro nelle molecole modello).