ALCHENI

Alcheni

Sono gli idrocarburi di formula generale C_nH_2n caratterizzati dalla presenza del doppio legame C = C il capostipite è l'etilene [39] (nome sistematico et - ene ), i successivi sono i seguenti:

CH₂ = CH - CH₃ PROPENE

CH₂ = CH - CH₂ - CH₃ 1 - BUTENE

Isomeri strutturali

CH₃ - CH = CH - CH₃  2 - BUTENE

Come si vede i buteni sono due, tra loro isomeri strutturali. Questa volta la diversità di struttura ,

fermo restando il tipo di catena lineare a quattro atomi di C , è dovuta alla posizione del doppio legame fra C₁ e C₂

nell' 1 - butene e fra C₂ e C₃ nel 2 - butene. È facile immaginare l'ampia gamma di isomeri di questo tipo formata dagli alcheni con molti atomi di C a catena sia lineare che ramificata.

LA NOMENCLATURA sistematica usa la desinenza - ene e la radice della catena più lunga contenente il doppio legame, numerata in modo da attribuire al medesimo il numero più piccolo possibile

ESEMPI:

CH₂ = CH - CH₂ - CH₃ 1 - butene (per indicare che il doppio legame lega

C₁ con C₂ basta il numero 1 ).

CH₃ - CH = CH -  CH₃ 2 - butene (per indicare che il doppio legame lega

C₂ con C₃ basta il numero 1 ).

| | | | | |

- C⁶ - C⁵ - C⁴ = C³ - C² - C¹ - 2 - metil - 3 esene

| | | la numerazione invertita avrebbe conservato il n°3

- C - al doppio legame, ma attribuito il n°5 al metile, in

| contrasto con la regola dei numeri più piccoli possibili.

C¹ - C² - C³ = C⁴ 8 - metil - 3 nonene ;

| questa volta il doppio legame è prioritario rispetto

C⁵ al metile, nel determinare la determinazione che gli

| consenta il valore più basso.

C⁶ - C⁷ - C⁸ - C⁹

|

C

Si osservi ora più dettagliatamente il 2 - butene.

H    H H CH₃

C = C C = C

CH₃ CH₃ CH₃ H

[38]

CIS TRANS

Le due formule rappresentano i due isomeri geometrici cis e trans ,costituendo un esempio specifico del caso generale già rappresentato dalle conurazioni [14] e [15]. Negli alcheni superiori potrà quindi capitare di far corrispondere, ad una formula bruta ,strutture diverse per il tipo di catena per la posizione del doppio legame e per l'assetto spaziale dei gruppi rispetto ad esso (cis, trans). Mentre le PROPRIETA' FISICHE degli alcheni non si discostano molto da quelle degli alcani e dei cicloalcani, diventa particolarmente interessante esaminare sia i metodi di preparazione che la reattività dei composti contenenti il legame C = C. Per introdurre il doppio legame si ricorre ad una reazione di eliminazione di cui si riportano tre esempi fondamentali:

H H

| | - H₂

H - C - C - H

| |

H H

H OH H H

| | - H₂O

H - C - C - H C = C

| |

H H

H H

H Cl

| | - H₂Cl

H - C - C - H

| |

H H

In 1 si deidrogena un alcano (usando catalizzatori eterogenei come Ni e Pt)

In 2 si disidrata un alcol (usando un acido forte come il solforico)

In 3 si deidroalogena un alogenoalcano (usando una base forte come l'idrossido di potassio).

Dal punto di vista reazionale , il doppio legame costituisce un facile punto di attacco, contrariamente a quanto lascerebbe supporre. Gli elettroni del legame π si respingono reciprocamente in quanto costretti a vivere nell'angusto interspazio tra i nuclei dei due C, per cui reattivi elettrofili trovano un substrato ideale nel quale dare REAZIONI DI ADDIZIONE che si risolvano nella trasformazione del composto insaturo in composto saturo.

Le reazioni viste, fatte in senso inverso, costituiscono l'esempio di altrettante addizioni del doppio legame: di H( etilene → etano), di H₂O (etilene → alcool etilico), di acido cloridrico (etilene → cloroetano). A queste tre se ne aggiungono altre qui riportate (si usa, nell'esempio, l'etilene, ma le reazioni valgono, fatte salve alcune complicazioni, per gli alcheni in generale) URA

Quando nella reazione [39] inversa si addiziona HCl all'etilene, se ne ricava cloroetano. Se si fa la stessa cosa sul propene [34] ci si trova teoricamente di fronte a due alternative:

Se H si lega al C₁ e Cl al C₂ si ottiene 2 - cloropropano [40] ;

Se H si lega al C₂ e Cl al C₁ si ottiene 1 - cloropropano [41] .

H Cl H

| | |

H - C - C - C - H

| | |

H H H

2 - CLOROPROPANO

Cl H H

| | |

H - C₁ - C₂ - C₃ - H

| | |

H H H

CLOROPROPANO  

Quale dei due isomeri strutturali si ottiene sperimentalmente? La risposta è stata data oltre un secolo fa da Markovnikov nella sua regola : nell'addizione di un acido ad un alchene, l'H si lega a quell'atomo di carbonio del doppio legame che porta il maggior numero di atomi di H .In questo caso si formerà per tanto l'isomero [40] .

CH₂ = CH - CH₃

H si attacca qui perché ci sono più H, se il reattivo è di acido cloridrico avrò questo prodotto

CH₃ - ClCH - CH₃

Br H

| |

Br - Br H - C - C - H 1,2 di bromoetano

bromo | | [42]

H Br

H O - SO₃H

| |

H - O - SO₃H H - C - C -H solfato acido di etile

Acido solforico | | [43]

H H

OH Cl

| |

H - O - Cl H - C - C - H cloridrica etilenica

| | [44]

Acido ipocloridrico H H

H H

C = C

H H

O₃ H - C = O O = C - H formaldeide

ozono | | [45]

H H

OH OH

| |

KMnO₄ H - C - C - H glicole etilenico

| | [46]

permanganato di potassio H H

(reazione di ossidrilazione)

H H

| |

C - C

| | H H

H H n | |

etilene (poliaddizione) C - C polietilene

| | [47]

H H

n + 1

Le reazioni che portano ai composti 1,2 dibromoetano [42], formaldeide [45] e glicole etilenico [46] (vedi ura4) hanno anche valore analitico e consentono di rivelare la presenza del doppio legame :le soluzioni di bromo e permanganato sono colorate in rosso e in viola, e in presenza di doppi legami con cui reagiscono si decolorano; i prodotti della ozonizzazione consentono di risalire alla struttura dell'alchene da cui derivano. In [47] è riportato il caso limite dell'addizione di un alchene su se stesso (etilene + etilene, dimerizzazione), operazione che può essere ripetuta fino alla formazione di un vero e proprio polimero (poliaddizione, polimerizzazione).

In un alchene si verificano le reazioni ora esposte, a livello del doppio legame ma, nella rimanente parte della molecola (dove ci sono C di tipo sp³), si avranno le reazioni più caratteristiche degli alcani.

H

|

CH₂ = CH - C - Br    [48]

|

+ Br - Br H

H

|

CH₂ = CH - C - H

| Br Br H

H | | |

Br - Br H - C - C - C - H [49]

| | |

H H H

Così, ad esempio, trattando il propene con bromo in presenza di luce che consente la formazione di radicali Br. si avrà una sostituzione con formazione di "bromuro di allile" [48] (allile, [51]), mentre, impiegando bromo in condizioni che favoriscano la formazione di ioni, si forma 1,2 di bromo propano [49] , cioè il prodotto di addizione (alcani → sostituzione,

alcheni → addizione). La formula del propene offre lo spunto per citare due alchenili ( alchen-, perché c'è il doppio legame, -ile perché manca un H) molto importanti di cui si è conservato il nome d'uso comune.

H H

C = C FORMULA DI STRUTTURA

VINILE

H

CH₂ = CH - FORMULA BRUTA

H H

C = C FORMULA DI STRUTTURA

H

|

H C -

| ALLILE

H

CH₂ = CH - CH₂ -    FORMULA BRUTA