2. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a
catena aperta con legami semplici C–C
1 Una panoramica sugli idrocarburi
In base alla loro struttura gli idrocarburi si possono
suddividere in:
▪ alifatici
saturi (alcani, cicloalcani)
insaturi (alcheni, cicloalcheni, alchini, cicloalchini)
▪ aromatici (monociclici, policiclici concatenati o
condensati)
3. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
4. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
2 Caratteristiche generali degli alcani
Gli alcani sono idrocarburi alifatici saturi a catena aperta
Negli alcani ogni atomo di C ha ibridazione sp3
Questo comporta una struttura tetraedrica con angoli di
legame di 109,5°
5. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
3 Formule e nomenclatura degli alcani
La formula molecolare degli alcani è CnH2n+2
Per disegnare le molecole degli alcani si usano le formule
di struttura:
▪ estese (formule di Lewis)
▪ razionali
▪ scheletriche
6. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Nomenclatura IUPAC degli alcani
La moderna nomenclatura IUPAC è sostitutiva: essa
assegna a ogni molecola il nome che deriva dalla sua
catena carboniosa principale
Per assegnare il nome IUPAC a un alcano è necessario:
▪ individuare la catena principale e assegnarle il nome
aggiungendo un suffisso -ano
▪ numerare la catena principale
▪ assegnare il nome e la posizione a ogni ramificazione
7. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
8. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
9. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Se vi sono più catene con la stessa lunghezza, si considera
come principale quella più ramificata
10. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Le ramificazioni prendono il nome di sostituenti o di
radicali alchilici
▪ Il nome dei radicali alchilici si ottiene a partire da
quello dell’alcano corrispondente sostituendo la
desinenza -ano con -il
▪ I sostituenti ramificati più semplici si indicano facendoli
precedere dal prefisso iso-, sec-, ter-, neo-
11. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
12. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Per ogni sostituente va indicato sia il nome sia la posizione,
ossia l’atomo C della catena principale al quale è legato
I sostituenti uguali vanno raggruppati e preceduti dai numeri
corrispondenti alla loro posizione e da un prefisso che ne
indica la quantità
13. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
4 Principali isomerie degli alcani
Isomeria di catena
Gli isomeri di catena sono isomeri strutturali che hanno
stessa formula molecolare ma diversa forma della catena
carboniosa
14. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Isomeria conformazionale
Gli isomeri conformazionali (o conformeri) sono isomeri
sterici, con stessa formula molecolare e di struttura, in cui
gli atomi, pur mantenendo la stessa sequenza, hanno
diversa disposizione spaziale
15. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
I conformeri (o rotameri) hanno una diversa disposizione
spaziale degli atomi a causa della libera rotazione attorno ai
legami semplici C–C
16. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Le varie conformazioni si possono rappresentare:
▪ con le formule prospettiche (a cunei e tratteggi)
▪ con le formule a cavalletto
▪ con le proiezioni di Newman
Tra le tante, le due conformazioni tra loro opposte sono
quella eclissata e quella sfalsata, che è prevalente a
temperatura ambiente perché è la più stabile per via del
minor ingombro sterico
17. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
18. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
5 Proprietà fisiche degli alcani
Temperatura di ebollizione e di fusione
Gli alcani hanno bassa temperatura di ebollizione perché
i legami intermolecolari sono deboli e quindi necessitano di
poca energia per rompersi e compiere il passaggio di stato
Il punto di ebollizione
▪ aumenta in proporzione con la lunghezza della catena
▪ diminuisce con la ramificazione
19. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
20. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Lo stesso discorso, con qualche eccezione, vale anche per
il punto di fusione e per la densità
Solubilità
L’apolarità della molecola degli alcani li rende insolubili in
acqua, che è un solvente polare
21. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
6 Reattività degli alcani
Gli alcani, detti anche paraffine
▪ risultano complessivamente poco reattivi perché
presentano legami intramolecolari forti (covalenti puri
di tipo sigma)
▪ per la loro inerzia chimica vengono usati spesso come
solventi
▪ sono soggetti prevalentemente a reazioni di
combustione e alogenazione
22. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Combustione
La combustione
▪ è una reazione di ossidazione che avviene in
presenza di ossigeno (comburente) e viene sfruttata
soprattutto per la sua esotermicità
▪ necessita di una scintilla per l’innesco ma poi procede
spontaneamente formando diossido di carbonio e
vapore acqueo
In questo caso gli alcani sono usati come combustibili
23. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Alogenazione
L’alogenazione
▪ è la reazione con un alogeno (X2) che avviene a caldo
o in presenza di luce
▪ porta alla sintesi di un alogenuro alchilico e di un
acido alogenidrico come sottoprodotto inorganico
Il meccanismo di questa reazione è quello di una
sostituzione radicalica
24. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Negli alcani superiori (C > 2), l’alogenazione genera
miscele di alogenuri alchilici in cui prevale quello terziario
25. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 1 Gli alcani sono idrocarburi a catena aperta con legami semplici C–C
Se le quantità di alcano e alogeno che reagiscono sono
equimolari si ha una monoalogenazione
Se si opera in eccesso di alogeno si verifica una
polialogenazione
26. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena
chiusa
7 Caratteristiche generali e nomenclatura dei
cicloalcani
I cicloalcani sono idrocarburi alifatici saturi a catena chiusa
in cui ogni atomo di C ha ibridazione sp3
La formula generale dei cicloalcani è CnH2n
27. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena chiusa
Per rappresentare i cicloalcani si usano le formule di
struttura estesa, razionale e topologica
28. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena chiusa
Nomenclatura
Per assegnare il nome IUPAC a un cicloalcano
▪ bisogna mettere il prefisso ciclo- davanti al nome del
corrispondente alcano, cioè l’alcano con lo stesso
numero di atomi di C
▪ se sul ciclo vi sono due o più sostituenti si deve dare la
posizione 1 a quello che precede in ordine alfabetico,
assegnando agli altri la posizione minore possibile
metilciclobutano
29. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena chiusa
8 Principali isomerie e reattività dei cicloalcani
Isomeria di posizione
I cicloalcani con almeno due sostituenti possono originare
diversi isomeri di posizione perché tali gruppi possono
essere legati a differenti C del ciclo
30. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena chiusa
Isomeria conformazionale
I cicloalcani presentano isomeria conformazionale perché
la ciclizzazione non consente né la struttura tetraedrica né
quella planare e provoca una distorsione della molecola
Quasi tutti i cicloalcani
hanno una struttura
tridimensionale
L’unico che mantiene
una struttura planare
è il ciclopropano
31. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena chiusa
Altri cicloalcani si modificano per ridurre la tensione
angolare dovuta alla ciclizzazione
32. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena chiusa
La molecola del cicloesano esiste in due conformazioni
tridimensionali:
▪ a sedia (più stabile)
▪ a barca (instabile per via del maggior ingombro sterico)
33. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena chiusa
Isomeria configurazionale geometrica
I cicloalcani bisostituiti su due C diversi
del ciclo esistono in due possibili isomeri
configurazionali geometrici, cis- e trans-
L’isomero cis- ha i due sostituenti dalla
stessa parte del piano del ciclo (entrambi
sopra o entrambi sotto il piano
molecolare); il trans- invece reca i
sostituenti da parti opposte (uno sopra e
l’altro sotto il piano)
Questi isomeri non si interconvertono
34. CAPITOLO 2 Alcani e cicloalcani
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LEZIONE 2 I cicloalcani sono alcani a catena chiusa
Reattività
I cicloalcani danno le stesse reazioni degli alcani, ossia
combustione ed alogenazione
Il ciclobutano e il ciclopropano presentano le maggiori
tensioni angolari dovute alla ciclizzazione
▪ risultano perciò più instabili e quindi più reattivi
▪ sono in grado di dare anche reazioni di addizione in
cui si verifica l’apertura del ciclo
