Idrocarburi. Flashcards
CLASSIFICAZIONE IDROCARBURI
Sono COMPOSTI BINARI, costituiti cioè da soli atomi di H e di C.
Sono classificati in idrocarburi:
- alifatici: catena lineare aperta o chiusa (idrocarburi ciclici)
- aromatici: caratterizzati da una struttura elettronica particolare (delocalizzazione) che conferisce loro caratteristiche chimiche e strutturali tali da farli considerare una classe a parte.
Gli idrocarburi possono essere:
- Saturi
- Alcani: SOLO legami C - C singoli (Es. etano) - Insaturi
- Alcheni: 1 o più DOPPI legami C = C (Es. etene)
- Alchini: 1 o più TRIPLI legami C ≡ C (Es. acetilene)
- Areni: uno o più ANELLI AROMATICI (Es. benzene)
GENERALITÀ ALCANI
Formula generale: C(n)H(2n+2)
Sono anche detti idrocarburi alifatici.
Tutti gli atomi di C sono ibridati sp3 (quindi hanno struttura tetraedrica).
Molto comune avere a che fare con alcani aventi:
- stessa formula molecolare,
- ma diversa connettività;
=> questi sono casi di ISOMERIA COSTITUZIONALE (detti anche isomeri strutturali).
N.B. gli isomeri strutturali hanno proprietà fisiche e chimiche DIVERSE!
Atomi di carbonio di un alcano possono essere distinti in:
- primari (legati ad 1 solo atomo di C)
- secondari (legati a 2 atomi di C)
- terziari (legati a 3 atomi di C)
- quaternari (legati a 4 atomi di C)
Analogamente, idrogeni legati a carboni primari, secondari o terziari sono detti rispettivamente idrogeni primari, secondari o terziari.
Nomi utilizzati per i raggruppamenti CH3, CH2, CH presenti nelle formule condensate:
- CH3 gruppo metilico;
- CH2 gruppo metilenico;
- CH gruppo metinico.
Alcano ramificato - sequenza degli atomi C non è continua come negli alcanne lineari.
GRUPPO ALCHILICO
- Gruppo sostituente
- corrispondente ad un alcano
- privato di 1 atomo di H
- genericamente detto e simboleggiato con R-
Il nome di un gruppo alchilico è ottenuto dal nome del corrispondente alcano sostituendo il suffisso –ano con –ile.
Es. CH4 metano => CH3 metile
CICLOALCANI
Formula generale: C(n)H(2n)
- immaginarli come derivati dagli alcani lineari per deidrogenazione. La deidrogenazione (= ossidazione) si verifica tra due idrogeni che si trovano alle estremità opposte della catena.
- idrocarburi con catena carboniosa chiusa ad anello (cicloalcani), con C ≥ 3
- ALCANI OMOCICLICI = perché l’anello è costituito SOLO da atomi di C e non da altri tipi di atomi (eteroatomi -> composti eterociclici).
- tutti gli atomi di carbonio dei cicloalcani sono ibridati sp3.
BICICLOALCANI
Sono alcani contenenti 2 CICLI che condividono 2 ATOMI DI C (detti TESTA DI PONTE) e una catena alchilica.
La catena alchilica che unisce i due atomi testa di ponte è detta PONTE.
REAZIONI ALCANI
Combustione:
Alcano + O2 -> CO2 + H2O
Alogenazione:
CH3 CH3 + Br2 -> CH3 CH2 Br + HBr
CONFORMAZIONE
[o configurazione]
È chiamata in questo modo ogni particolare disposizione tridimensionale (geometria) degli atomi di una molecola che deriva da rotazioni intorno a legami semplici. Tali geometrie sono anche dette “ROTAMERI”.
Geometrie associate a conformazioni diverse di una stessa molecola sono definite: isomeri conformazionali (o semplicemente conformeri) e rappresentano casi particolari di stereoisomeria.
Configurazione:
- sfalsata (alternata): più STABILE; simmetria centrale + gli atomi di H sono posti il più lontano possibile nello spazio.
- eclissata: simmetria speculare, il piano di simmetria passa per il punto medio del legame tra i due atomi di carbonio ed è perpendicolare alla direzione da esso generata.
Passaggio da una conformazione a sedia -> all’altra, richiede formazione di una GEOMETRIA DI MAX ENERGIA, detta “a barca” a causa della sua forma.
Nella conformazione a sedia, che è praticamente l’unica ad essere popolata, sono distinguibili due tipi di atomi di idrogeno:
- equatoriali (parallelo al piano della molecola);
- assiali (perpendicolare al piano della molecola).
CONFIGURAZIONE ASSOLUTA - reale disposizione nello spazio dei 4 gr di un centro stereogenico.
ISOMERIA DI CONFORMAZIONE DEL CICLOESANO
Nell’ambito del cicloesano si possono avere le tipologie a barca, a sedia e twist.
Le diverse conformazioni dipendono dagli angoli di legame tra gli atomi della catena.
Nella TIPOLOGIA A BARCA:
- 4 atomi di carbonio giacciono sullo stesso piano
- gli altri 2 si trovano dalla stessa parte rispetto a questo piano e alla distanza AB
La molecola è simmetrica per specularità: ci sono due piani di simmetria, perpendicolare a quello precedentemente considerato.
Questa tipologia non ha il massimo grado di simmetria possibile perché i 2 atomi di C che stanno dalla stessa parte tendono a respingersi (non sono però consentite rotazioni di legame).
Nella TIPOLOGIA A SEDIA:
- 4 atomi di carbonio giacciono sullo stesso piano
- gli altri 2 si trovano uno da una parte e l’altro dall’altra rispetto a questo piano: sono anche disposti il più lontano possibile nello spazio, alla distanza A’B’.
Si noti che la distanza A’B’ è maggiore della distanza AB della tipologia a barca. La molecola è infatti simmetrica attraverso il centro di simmetria.
I cicloalcani con 2 o più sostituenti mostrano un tipo di stereoisomeria denominata cis-trans: tipo di isomeria configurazionale.
I due isomeri NON interconvertono l’uno nell’altro per rotazione intorno a un legame C-C, a causa della struttura ciclica del composto.
cis: sostituenti dalla stessa parte (rispetto al piano del ciclo)
trans: sostituenti da parti opposte (rispetto al piano del ciclo)
In questi cicloalcani gli atomi di carbonio portatori dei sostituenti sono detti ATOMI (o CENTRI) STEREOGENICI (poiché ogni interscambio di 2 LORO LIGANDI -> formazione di uno STEREOISOMERO).
CLASSIFICAZIONE ISOMERIA
- Costituzionale:
- catena
- posizione
- funzione - Stereoisomeria
a. Enantiomeria:
- conformazionale
- configurazionale
b. Diastereoisomeria (tutti i composti non enantiomeri):
- conformazionale
- configurazionale
ISOMERIA COSTITUZIONALE
Isomeri di:
- catena -> Diversa concatenazione degli atomi di C
- posizione -> Diversa posizione del medesimo gr funzionale
- gr funzionale -> Diverso gruppo funzionale
PROPRIETÀ FISICHE DEGLI ALCANI
- insolubili in acqua, essendo composti apolari
- strutturalmente più semplici:
1 - 4 atomi di C = gassosi a temperatura ambiente;
5+ atomi di C, sono liquidi molto volatili.
ISOMETRIA CIS-TRANS
Particolare tipo di stereoisomeria in cui i due isomeri (l’isomero cis e l’isomero trans) differiscono per il modo in cui gli atomi o i gruppi sono dislocati nello spazio.
Questa differenza, tuttavia, è sufficiente a cambiare le proprietà fisiche e chimiche dei due isomeri.
L’isomeria geometrica (o cis-trans) DIFFERISCE dall’isomeria conformazionale per il fatto che i 2 isomeri NON si interconvertono l’uno nell’altro.
Per l’interconversione dovrebbe infatti essere rotto un legame covalente, che però richiede una quantità relativamente elevata di energia.
Es. acheni: ac. maleico (cis) e ac. fumarico (trans)
ALCHENI
Formula generale: C(n)H(2n) - come i cicloalcani
- idrocarburi insaturi,
- presentano un doppio legame tra due atomi di C.
- possono essere a catena aperta (aciclici) o a catena chiusa (ciclici).
- hanno desinenza –ENE.
Alcuni composti possono contenere due o più doppi legami:
- se ne posseggono due vengono chiamati DIENI,
- se tre TRIENI,
- se presentano molti doppi legami sono chiamati POLIENI.
Negli alcheni i due carboni legati con doppio legame presentano una IBRIDAZIONE sp2 ed hanno quindi STRUTTURA TRIGONALE PLANARE.
CICLOALCHENI (formula alchini) vengono indicati facendo precedere il prefisso ciclo- al nome dell’alchene aciclico che ha lo stesso numero di atomi di carbonio di quelli che formano l’anello.
- i più importanti sono il ciclopentene e il cicloesene
- se ci sono sostituenti, si inizia a numerare l’anello partendo dai carboni impegnati nel doppio legame
PROPRIETÀ FISICHE ALCHENI
- INSOLUBILI in acqua, essendo composti APOLARI;
- se composti da:
1 - 4 atomi di C = gassosi
5+ atomi di C = LIQUIDI molto volatili
REAZIONI ALCHENI
MOLTO PIÙ reattivi degli alcani, a causa del DOPPIO legame (legame pi greco debole rispetto al leg. sigma -> necessita meno E per essere rotto).
REGOLA DI MARKOVNIKOV
Nelle reazioni degli alcheni, se uno tra l’alchene e il reagente ha struttura simmetrica, si ottiene un unico prodotto di reazione.
Se però l’alchene e il reagente sono entrambi asimmetrici, la reazione può dare “potenzialmente” due prodotti di reazione, isomeri tra loro.
Nella realtà, si ottiene sempre un unico prodotto. Ciò significa che la reazione è SELETTIVA.
Es. CH2 = CH - CH3 + H - Cl
opzione 1 -> CH3 - CHCl - CH3 (2-cloropropano; SÌ)
opzione 2 -> CH2Cl - CH2 - CH3 (1-cloropropano; NO)
Regola: Quando un reagente asimmetrico si lega all’alchene asimmetrico, la parte elettroattiva del reagente si lega al carbonio del doppio legame legato a più atomi di idrogeno.
STABILITÀ DEI CARBOCATIONI
- Polarizzazione = separazione della carica elettrica lungo un legame chimico.
Un carbocatione è tanto PIÙ stabile quanto più la carica positiva è DEPOLARIZZATA.
I gruppi R- sono gruppi ELETTRON-REPULSORI; avvicinano gli elettroni di legame al C+
Nel carbocatione terziario c’è la maggiore depolarizzazione: i tre gruppi R- creano un maggiore spostamento della densità elettronica verso il C+, rispetto al carbocatione secondario (dove i gruppi R- legati al C+ sono due), e al carbocatione primario (un solo R-).
ALCHINI
- idrocarburi INSATURI: presentano un TRIPLO legame tra 2 atomi di C
- i 2 C legati presentano una IBRIDAZIONE sp
- suffisso -ino
- una particolare reazione degli alchini è la TAUTOMERIA CHETO-ENOLICA
