Modulo di Chimica Organica Lezione 2: Idrocarburi Alifatici Insaturi

Corso di Laurea Magistrale a Ciclo Unico

Medicina e Chirurgia (Indirizzo Tecnologico)

Università degli Studi di Palermo

Corso Integrato di
Chimica Generale ed Organica
A.A. 2024/2025

Biomedicina Neuroscienze Diagnostica Avanzata

Modulo di Chimica Organica

Lezione 2: Idrocarburi Alifatici Insaturi

Gli Alcheni

Gli alcheni più semplici contengono un doppio legame carbonio-carbonio (C=C) per molecola.
La formula generale per gli alcheni non ciclici è CnH2n. Il più semplice è C2H4, etene, che generalmente
viene chiamato con il suo nome comune etilene

C [He]
2p
ibridazione
sp2
2pz
sp2
C
I due lobi
di un unico
orbitale p
Sp2
C
Sp2
N
Sp 2
120°
2s
(a)
(b)
Ogni C è legato ad altri 3 atomi formando 3 legami sigma (o), i tre orbitali ibridi sp2 si originano dalla
combinazione di un orbitale s e due orbitali p, sono planari con angoli di legame di 120° e formando
così un triangolo equilatero. A ciascun C rimane un orbitale p puro che sovrapponendosi fra loro, sopra
e sotto il piano, formano il legame pi greco (Tt)

sp2
C [He]La rotazione attorno ai doppi
legami
C=C
a
temperatura
ambiente non è significativamente
possibile (se ci fosse, non ci sarebbe
più sovrapposizione degli orbitali p .
Per ottenere libertà di rotazione
intorno
al
doppio legame, è
necessario
romperlo
fornendo
energia.
Le proprietà fisiche degli alcheni
sono simili a quelle degli alcani, ma
le loro proprietà chimiche sono
diverse.

P
P
sp2
Sp2
c
+
sp2
Sp2
c
Sp2
sp2
p
p
sp2
sp2
sp2
--
!
0
o
or
sp2
sp2
Figura 8-5 Rappresentazione
schematica della formazione di un
legame doppio carbonio-carbonio.
Due atomi di carbonio ibridati sp2
formano un legame sigma (o) me-
diante sovrapposizione di due orbi-
tali sp2 (verdi) ed un legame pi
greco (7) mediante sovrapposizione
di orbitali p (gialli) adeguatamente
allineati. Tutti gli orbitali sono più
voluminosi di come vengono mo-
strati qui.

Un legamex
sp2
--- 0
sp2
sp2

Nomenclatura degli Alcheni

La nomenclatura degli alcheni segue le
stesse regole degli alcani tuttavia,
poiché negli alcani non abbiamo gruppi
funzionali, negli alcheni il gruppo
funzionale è rappresentato dal doppio
legame C=C a cui bisogna attribuire il
numero più basso possibile lungo la
catena principale.

1-pentene
4-metil-1-esene
2,3-dimetil-1-pentene

Nome	Formula grezza	Formula spaziale	Formula di struttura	Formula razionale	Formula schematica
etene (etilene)	C2H4	C-C	C-C	CH2=CH2	H H H H C=C H H
propene	C3H6	C=C / H' CH3	H H H H C=C C H H H	CH2=CH-CH3
1-butene	C4Hg	H C H `CH2	H H H H C=C C C H H H H	CH2=CH-CH2-CH3
trans 2-butene	C4Ha	C=C H CH3	H H C=C C H H CH3	CH3-CH=CH-CH3
cis 2-butene	C4Ha	H H C=C H CH3	H H C=C C H H CH3	CH3-CH=CH-CH3

Trans
Cis
Quando in presenza del doppio legame,
un carbonio lega un H e un'altra specie
A, e l'altro carbonio un H e un'altra
specie B, se A e B si trovano da parti
opposte avremo la molecola Trans, se A
e B si trovano dalla stessa parte avremo
la molecola Cis

H
CH3
H3C
H
Trans-2-butene

H
H
H3C
CH3
Cis-2-butene

Isomeria E/Z e Regole di Priorità

D
B
D
B
A
C
Isomero E
Isomero Z

Bassa
Alta
C=C
Alta
Bassa
Doppio legame E
(I gruppi a priorità più alta
si trovano su lati opposti.)

Alta
Alta
C=C
Bassa
Bassa
Doppio legame Z
(I gruppi a priorità più alta
si trovano sullo stesso lato.)

Bassa
priorità
H
C1
Alta
priorità
Bassa
priorità
H
CH3
C=C
-
Alta
priorità
CH3
CH3
Bassa
priorità
Alta
priorità
CH3
CI
Alta
priorità
(a) (E)-2-Cloro-2-butene
(b) (Z)-2-Cloro-2-butene
Bassa
priorità

La priorità dipende dal numero
atomico
dell'atomo legato
al
carbonio del doppio legame; più
alto è il numero atomico più alta è
la priorità.

A
CCI
Br
CI
CH3
C= C
C = C
H
CH3
H
Br
E
1-cloro,2-bromo propene
stereoisomeri Z ed E

H, H, C
CI
H, C, C
Z-2-cloro3-isopropil-2-esene

H
H
C=CH2
C=C
H3C
CH3
(E)-3-Metil-1,3-pentadiene

0
H3C
C-OH
C=C
H
CH2OH
Acido (Z) 2-idrossimetil-
2-butenoico
Isomero E
OH
H, H, O
H, C, C
Z

Stabilità degli Alcheni

La stabilità degli alcheni aumenta con la sostituzione
Tetrasostituito > Trisostituito >
Disostituito
> Monosostituito

R
R
R
H
R
H
R
H
R
H
C=C
>
C=C
>
C=C
C=C
>
C=C
R
R
R
R
H
R R
HI
H
H

Polieni e Cicloalcheni

Alcuni alcheni chiamati polieni
hanno due o più doppi legami
carbonio-carbonio per molecola.
I suffissi -adiene e -atriene sono
utilizzati per indicare il numero di
doppi legami C=C in una molecola.

I cicloalcheni sono rappresentati
dalla formula generale CnH2n-2

CH,=CH-CH=CH2
1,3-butadiene

CH3-CH=C=CH2
1,2-butadiene

H3C
1-metilcicloesene

CH3
H3C
1,5-dimetilciclopentene

Radicali più Comuni degli Alcheni

• CH2= metilene
• CH2=CH- vinile
• CH2=CH-CH2- allile

Proprietà degli Alcheni

Proprietà Generali

• Formula molecolare: CnH2n
• Numero di C possibili: da 2 a 100 circa
• Formula di struttura: lineare, ramificata
• Stato fisico a condizioni normali (20° e 1atm) come i corrispondenti alcani: gas con meno di 5 C, liquidi
  con più di 5 C, solidi con più di 15 C
• Sono più reattivi dei corrispondenti alcani per via del doppio legame (più debole)
• Sono apolari

Fonti

• Naturali: Etilene, isoprene (2-metil-1,3-butadiene) i suoi derivati caroteni, terpeni (olii essenziali) e altri
  che si ritrovano nelle piante
• Fossili: fino a 5 C si ottengono puri dall'industria petrolifera (cracking termico degli idrocarburi)
• Sintesi: i più diffusi sono due la deidroalogenazione degli alogenuri alchilici e la disidratazione degli alcoli

Usi

Possono essere gli stessi degli alcani, produzione di plastiche (PE, PET, PVC), della gomma, come basi per la
produzione di composti profumati e coloranti. Possono essere usati per produrre alcani (deidrogenazione)

Proprietà dei Cicloalcheni

Proprietà Generali

• Formula molecolare: CnH2n-2
• Numero di C possibili: da 3 a 100
• Formula di struttura: ciclica
• Stato fisico a condizioni normali (20° e 1atm): come i corrispondenti alcheni a catena aperta.
• Sono più reattivi dei corrispondenti a catena aperta per via delle tensioni anulari
• Sono apolari

Fonti e Usi

vedi alcheni
Il più importante è il benzene (1,3,5,cicloesatriene), è usato come solvente, come antidetonante e
come base per diversi prodotti: medicine, materie plastiche, coloranti, napalm.
I suoi derivati vengono classificati come «composti aromatici» e la sua presenza è riscontrata in molte
sostanze organiche naturali

Gli Alchini

Gli alchini contengono uno o più tripli legami C-C formato da un legame o e due legami nt, infatti un
alchino rappresenta un'ottima fonte di elettroni (nucleofilo). Gli atomi di carbonio del triplo legame
sono ibridizzati sp. Gli atomi coinvolti nel triplo legame e i loro atomi adiacenti giacciono su una linea
retta. Gli alchini vengono chiamati come gli alcheni ad eccezione del suffisso che in questo caso è -ino
e viene aggiunto alla radice caratteristica. Sono rappresentati dalla formula generale C H2n-2

(a) H-C=C-H
(b)
180°
Acetilene
121 pm
H
H
0
Etino

Nome	Formula
Etino	HC=CH
Propino	CH3C=CH
1-Butino	CH3CH2C=CH
2-Butino	CH3C=CCH3
1-Pentino	CH3(CH2)2C=CH
1-Esino	CH3(CH2)3C=CH
1-Ottino	CH3(CH2);C=CH
1-Decino	CH3(CH2),C=CH

CH3CH_CHCH_C=CCH2CH3
CH3
Iniziare la numerazione
dall'estremità più vicina
al triplo legame.
6-Metil-3-ottino

HC=CCH2CH2CH2CH=CH2
1-Epten-6-ino

CH3
CH3-C=C-C-CH2-CH3
CH3
4,4-dimetil-2-esino

CH3
CH3-CH-CH2-C=C-C-CH3
CH3
CH3
2,2,6-trimetil-3-eptino

Proprietà degli Alchini

Proprietà Generali

• Formula molecolare: C_H2n-2
• Numero di C possibili: da 2 a 100 circa
• Formula di struttura: lineare, ramificata
• Stato fisico a condizioni normali (20° e 1atm): come i corrispondenti alcani
• Sono altamente infiammabili con sviluppo di maggior calore rispetto ad alcani e alcheni
• Sono apolari

Fonti

• Fossili: scarsi nel petrolio
• Sintesi: l'alchino di maggiore importanza industriale è l'acetilene

Usi

A parte l'acetilene usato per tagli e saldature, vengono utilizzati come basi per vari prodotti industriali
(stessi come per gli altri idrocarburi)

Tipi di Reazioni

Addizione

H
H
Questi due
reagenti .
C=C
+ H-Br -> H-C-C-H
-
/
H
H
H H
Etilene
(alchene)
Bromoetano
(alogenuro alchilico)
... si addizionano
per dare questo
prodotto.

Sostituzione

H
H
Luce
H-C-H + CI-CI
H
H-C-CI +H-CI
H
... danno questi
due prodotti.
Metano
(alcano)
Clorometano
(alogenuro alchilico)

Eliminazione

H Br
H
H
-
Questo singolo
reagente . . .
H-C-C-H
C=C
+ H-Br
... dà questi due
prodotti
H H
H
H
Bromoetano
(alogenuro alchilico)
Etilene
(alchene)
H Br
-
Questi due
reagenti .. .
Base

Meccanismi di Reazione

Una descrizione complessiva
di come avviene una reazione
è detta
meccanismo di
reazione.
Un meccanismo descrive nel
dettaglio cosa esattamente
avviene a ciascuno stadio di
una trasformazione chimica:
quali legami si rompono ed in
quale ordine, quali legami si
formano e in quale ordine, e
quali sono le velocità relative
dei vari stadi.

A : B
- A · + · B
A : B
-> A+ + :B-
Rottura omolitica del legame (radicale)
(un elettrone di ciascun frammento)
Rottura eterolitica del legame (polare)
(due elettroni restano su uno solo dei frammenti)

An
A· + . B
-> A : B
Formazione omogenica del legame (radicale)
(un elettrone di ciascun frammento)

A+ + : B"
-> A: B
Formazione eterogenica del legame (polare)
(due elettroni forniti da uno solo dei frammenti)

Reazioni Radicaliche

I radicali sono intermedi instabili e molto reattivi. Contengono un atomo con un numero dispari di
elettroni nel guscio di valenza invece di un ottetto stabile. L'elettrone spaiato si forma per omolisi di un
legante covalente in seguito all'aggiunta di energia sotto forma di calore o luce.

Elettrone spaiato
Rad· + A : B
->
Rad : A
+
Elettrone spaiato
·B
Radicale
reagente
Prodotto di
sostituzione
Radicale
prodotto

I radicali danno due principali tipi di
reazioni:
· reagiscono con legami o (C-H)
· si addizionano a legami ™ (C=C)

Elettrone spaiato
Elettrone spaiato
Rad
Rad. + C=C
-
-C-C.
Radicale
reagente
Alchene
Radicale
prodotto di addizione

Alcune reazioni radicaliche avvengono in
presenza di un iniziatore radicalico (ad es
perossidi)
I composti che inibiscono le reazioni
radicaliche
sono
chiamati
inibitori
radicalici o sequestratori radicalici (ad es
O2, vitamina E)