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Idrocarburi SaturiIdrocarburi SaturiIdrocarburi SaturiCicloalcaniCicloalcani
CicloalcaniCicloalcani
• I cicloalcani sono idrocarburi i cui atomi di carbonio sono uniti per formare un anello
• In natura sono presenti cicloalcani con dimensioni dell’anello che vanno da 3 ad oltre 30 atomi.
• I composti ciclici a 5 e a 6 termini sono però quelli più abbondanti in natura
Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Cicloesano
CicloalcaniCicloalcani
• I cicloalcani contengono due atomi di carbonio in meno rispetto all’idrocarburo aciclico corrispondente e quindi hanno formula bruta CCnnHH2n2n.
CH2
CH2 CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2CH2
CH2
CH2
CH2
CH2 CH2
CH2
Ciclopentano CicloesanoCiclobutanoCiclopropano
C3H6 C4H8 C5H10 C6H12
NomenclaturaNomenclatura• Per dare il nome ai cicloalcani è necessario
premettere al nome del corrispondente idrocarburo il prefisso ciclo ed indicare i sostituenti sull’anello.
• Se c’è solo un sostituente non è necessario mettere il numero, se i sostituenti sono in numero maggiore bisogna numerarli a partire dal primo in ordine alfabetico dando i numeri più bassi possibile.
CH3
CH3
CH2
CH3
CH3
CH2
CH3
CH3
1-etil-3-metil-cicloesanometilciclopentano 4-etil-1,2-dimetil-cicloesano
NomenclaturaNomenclatura
• Se vi è un catena legata ad un ciclo si considera come struttura base quella contenente il maggior numero di atomi di carbonio o il maggior numero di sostituenti.
CH3
CH3
ciclopentilesano propilcicloesano 2-cicloesil-3-metilbutano
Conformazioni
• Il ciclopropano è piano perché non può essere altrimenti, mentre il ciclobutano e il ciclopentano non sono piani. Il ripiegamento restringe gli angoli di legame aumentando la tensione angolare ma consente agli atomi di idrogeno adiacenti ad essere meno eclissati diminuendo la tensione torsionale.
Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano
Cicloalcani.dir
Conformazioni del cicloesano
• Il cicloesano può adottare diverse conformazioni non planari, la più stabile delle quali è la conformazione a conformazione a sediasedia.
• In questa conformazione, tutti gli angoli di legame C-C-C sono di 109.5° (minimizzando, cosi, la tensione angolare) e gli atomi di idrogeno sugli atomi di carbonio adiacenti sono sfalsati (minimizzando, così, la tensione torsionale).
CC
CCC
CH H
HH
HH
H H
HH
H
H
Posizioni assiali ed equatoriali• In una conformazione a sedia, i legami C-H sono
disposti in due differenti orientazioni.• Sei legami C- H sono denominati legami assialiassiali,
mentre gli altri sei sono denominati legami equatorialiequatoriali.
Posizioni assiali ed equatoriali
• I legami equatorialiequatoriali sono approssimativamente perpendicolari a un asse immaginario passante attraverso il centro della sedia e si alternano leggermente verso l'alto, e verso il basso.
Posizioni assiali ed equatoriali
• l legami assialiassiali sono paralleli all'asse immaginario. Tre legami assiali puntano verso l'alto, gli altri tre verso il basso.
Conformazioni del cicloesano• Ci sono molte altre conformazioni non planari del cicloesano,
una delle quali e la conformazione a barcaconformazione a barca. È’ possibile visualizzare la conversione di una conformazione a sedia in una conformazione a barca torcendo l'anello.
• Una conformazione a barca è notevolmente meno stabile di una conformazione a sedia in quanto si crea tensione torsionale a causa di quattro set di interazioni tra idrogeni eclissati e tensione sterica a causa dell'interazione tra idrogeni ad asta di bandiera.
Conformazioni del cicloesanoCicloesanoBarcaSedia.mov
CicloesanoDiagramma.mov
Conformazioni del cicloesano
Posizioni assiali ed equatoriali• Per il cicloesano, le due conformazioni a sedia
equivalenti possono interconvertirsi trasformando prima una sedia in una barca e quindi la barca nell'altra sedia.
• Gli idrogeni assiali in una sedia diventano equatoriali nell'altra e viceversa.
• L'interconversione di una conformazione a sedia del cicloesano nell’altra avviene rapidamente a temperatura ambiente (99.9%).
Isomeria CIS-TRANS• I cicloalcani con sostituenti su due o più atomi di
carbonio dell'anello mostrano un tipo di isomeria chiamato isomeria cis-trans.
• Essi hanno la stessa formula molecolare, hanno gli atomi legati nello stesso ordine ma disposti in maniera diversa nello spazio (stereoisomeristereoisomeri).
• Gli isomeri cis-trans non possono interconvertirsiper rotazione intorno a legami sigma (isomeri isomeri configurazionaliconfigurazionali).
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
1,2-dimetil-cicloesano trans-1,2-dimetil-cicloesano cis-1,2-dimetil-cicloesano
1,2-dimetilciclopentano
1,4-dimetilcicloesano
Isomeria CIS-TRANS
• Gli isomeri cis-trans sono quindi isomeri configurazionali ed hanno le seguenti caratteristiche:– Hanno la stessa formula molecolare, – Hanno gli atomi legati nello stesso ordine – Hanno gli atomi disposti in maniera diversa nello
spazio e non possono interconvertirsi per rotazione intorno a legami sigma.
• Essi non sono però immagini speculari e quindi vengono classificati come diastereoisomeridiastereoisomeri.
ISOMERIISOMERI
Diversa disposizione tridimensionale degli atomi
CONFORMAZIONALICONFORMAZIONALI
Interconvertibili per rotazione intorno a
legami semplici
Eclissata e sfalsata dell’etano
GEOMETRICIGEOMETRICI(Stereoisomeri)
CH3 CH2 CH2 CH3
CH3
CCH3
HCH3
n-butanoiso-butano
STRUTTURALISTRUTTURALI
Diversa sequenza degli atomi
CONFIGURAZIONALICONFIGURAZIONALI
Interconvertibili soltanto per rottura e riformazione di legami semplici
DIASTEREOISOMERIDIASTEREOISOMERI
Non immagini speculari
ENANTIOMERIENANTIOMERI
Composti con un atomo di carbonio chirale
Immagini speculari
Composti con più di un atomo di carbonio chirale
Composti ciclici cis o trans
Carbocicli in natura
CH3 CH3
CH3
CH3 HH
COOH
H
HHOH
O
HOH
COOH
O
H
H H
OHO
CH2OH
O
Acido Crisantemico Prostaglandina E1
Cortisone
Nomenclatura IUPAC
• Gli isomeri cis-trans hanno sostituenti posti dallo stesso lato o da lati opposti.
• Nel caso in cui siano presenti più sostituenti la nomenclatura cis-trans potrebbe non essere esaustiva.
• Per la nomenclatura IUPAC tali isomeri vengono denominati E (entgegen=opposto) o Z (zusammen=insieme) considerando dalla stessa parte (Z) o da parti opposte (E) i sostituenti con priorità maggiore secondo le regole già viste.
Esempi
CH3
CH2CH3
CH3
CH3
CH3
OH
E-1-etil-1,4-dimetilcicloesano
E-1,2-dimetilcicloesano Z-1,2-dimloetilcicloesanolo
CH3
CH3
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