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Alcheni

Gli alcheni sono idrocarburi con un doppio legame C=C e formula CnH2n. Il doppio legame è un legame σ più un legame π, quindi la molecola è piatta attorno ad esso e non può ruotare. Per questo esistono gli isomeri cis e trans. Gli alcheni si ottengono togliendo piccole molecole (H₂O, HX, X₂) oppure aggiungendo solo in parte H₂ agli alchini. Danno soprattutto reazioni di addizione: H₂, X₂, HX (regola di Markovnikov, o anti-Markovnikov con perossido), acqua, ozono, KMnO₄ e polimerizzazione.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. L'etene ha un doppio legame: un legame σ lungo la linea tra i due atomi, più una nuvola π sopra e sotto. Tutto ciò che sta attorno al C=C è piatto, con angoli di 120°.
  2. Qui i due gruppi CH₃ stanno dallo stesso lato (cis). Prova a girare un'estremità: la nuvola π si torce e si rompe. Quindi cis e trans non si scambiano facilmente. Sono due composti diversi.
  3. Per fare un alchene si tolgono due atomi vicini da due carbonio. Qui OH e H lasciano l'etanolo sotto forma di acqua. Si forma un doppio legame.
  4. L'acqua di bromo è rosso-bruna. Aggiungi etene: un Br si attacca a ciascun carbonio, il doppio legame si apre e il colore scompare.
  5. Propene + HBr: l'H va sul carbonio che ha già più H. Il carbonio centrale prende il Br. Questa è la regola di Markovnikov.
  6. Tocca a te: aggiungi un perossido e riparti. Ora il Br si attacca al carbonio di estremità. Prova anche le altre reazioni dal menu.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Perché l'etene è piatto?

La sovrapposizione laterale p–p del legame π funziona solo se i due orbitali p sono paralleli. Questo blocca tutti e sei gli atomi in un solo piano.

Perché il C=C non può ruotare come un legame semplice?

Girare un'estremità allontana gli orbitali p l'uno dall'altro e rompe il legame π. Servono circa 250 kJ/mol, molto più di quanto diano gli urti a temperatura ambiente.

Perché si usa KOH alcolico e non KOH acquoso?

In acqua l'OH⁻ si scambia soprattutto con X e dà un alcol. In alcol l'etossido/OH⁻ si comporta da base e strappa un H β, quindi si forma un alchene.

Come distingue l'acqua di bromo un alchene da un alcano?

Un alchene addiziona in fretta Br₂ e il colore rosso-bruno sbiadisce. Un alcano al buio non reagisce, quindi il colore resta.

Cosa decide quale carbonio prende l'H?

H⁺ va dove lascia il carbocatione più stabile. Per il propene è l'estremità CH₂, che lascia la + sul carbonio centrale 2°.

Perché il perossido cambia il prodotto?

Il perossido produce radicali Br•. Br• si attacca per primo al carbonio di estremità, così si forma il radicale 2° più stabile. Poi si aggiunge H. L'ordine è invertito, quindi il Br finisce sul carbonio di estremità.

Struttura del doppio legame

Un alchene ha un doppio legame C=C. Formula generale: CₙH₂ₙ (etene C₂H₄, propene C₃H₆). Gli alcheni sono insaturi: possono legare altri atomi. Il vecchio nome era olefine ("che fanno olio"), perché etene + cloro dà un liquido oleoso.

Nomenclatura

Scegli la catena più lunga che contiene il C=C. Numera dall'estremità più vicina al doppio legame. Cambia -ano in -ene e indica la posizione: CH₃–CH=CH–CH₃ è but-2-ene. CH₂=C(CH₃)–CH₃ è 2-metilprop-1-ene.

Isomeria negli alcheni

Isomeria di struttura

Da C₄H₈ in poi gli alcheni hanno isomeri di catena e di posizione: but-1-ene (CH₂=CH–CH₂–CH₃), but-2-ene (CH₃–CH=CH–CH₃) e 2-metilpropene ((CH₃)₂C=CH₂).

Isomeria geometrica (cis–trans)

Il legame π blocca la rotazione attorno al C=C. Se ogni carbonio del doppio legame porta due gruppi diversi, i gruppi possono stare fissi dallo stesso lato o da lati opposti.

Come differiscono cis e trans

Preparazione degli alcheni

  1. Dagli alchini (riduzione parziale): H₂ con il catalizzatore di Lindlar (Pd su BaSO₄/CaCO₃, avvelenato con chinolina o zolfo) si ferma all'alchene e dà l'alchene cis. Il sodio in ammoniaca liquida dà l'alchene trans.
  2. Dagli alogenuri alchilici (deidroalogenazione): si scaldano con KOH alcolico. L'H del carbonio β e l'X del carbonio α se ne vanno: CH₃CH₂Br + KOH(alc) → CH₂=CH₂ + KBr + H₂O. È una β-eliminazione. Facilità: I > Br > Cl; 3° > 2° > 1°.
  3. Dai dialogenuri vicinali (dealogenazione): due X su carbonio vicini vengono tolti con zinco in polvere: BrCH₂–CH₂Br + Zn → CH₂=CH₂ + ZnBr₂.
  4. Dagli alcoli (disidratazione acida): si scaldano con H₂SO₄ concentrato a 443 K: CH₃CH₂OH → CH₂=CH₂ + H₂O. Anche questa è una β-eliminazione.

Proprietà fisiche

Da C2 a C4 sono gas, da C5 a C17 liquidi, i più grandi solidi. L'etene è incolore con un leggero odore dolce. Gli alcheni non si mescolano con l'acqua ma si sciolgono nei solventi apolari. Il punto di ebollizione sale con la dimensione e scende con le ramificazioni, proprio come negli alcani.

Reazioni di addizione degli alcheni

1. Idrogeno

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃–CH₃ (Ni, Pt o Pd).

2. Alogeni

CH₂=CH₂ + Br₂ → BrCH₂–CH₂Br (1,2-dibromoetano). L'acqua di bromo rosso-bruna (o Br₂ in CCl₄) si decolora. È il saggio di laboratorio per riconoscere un C=C. Reattività: Cl₂ > Br₂ > I₂.

3. Acidi alogenidrici e regola di Markovnikov

Reattività: HI > HBr > HCl. Con un alchene simmetrico si ottiene un solo prodotto. Con uno asimmetrico come il propene sono possibili due prodotti.

Regola di Markovnikov: la parte negativa del reagente (Br) va sul carbonio del doppio legame che ha meno idrogeni. CH₃–CH=CH₂ + HBr → CH₃–CHBr–CH₃ (2-bromopropano, prodotto principale).

Perché: prima si attacca H⁺ e si forma un carbocatione. Se H⁺ si lega all'estremità CH₂, la carica + sta sul carbonio centrale (carbocatione 2°). Se si lega al centro, la + sta all'estremità (1°). Un carbocatione 2° è più stabile (più gruppi alchilici spingono elettroni verso di lui), quindi vince questa strada. Poi Br⁻ si lega al carbonio +.

4. Effetto dei perossidi (anti-Markovnikov, effetto Kharasch)

Con un perossido organico (come il perossido di benzoile), HBr si addiziona al contrario: CH₃–CH=CH₂ + HBr → CH₃–CH₂–CH₂Br (1-bromopropano). Avviene per radicali liberi: il perossido produce Br•, che si lega all'estremità CH₂ lasciando il radicale 2° più stabile. HCl e HI non mostrano questo effetto (il legame H–Cl è troppo forte; il radicale I• torna a formare I₂).

5. Acqua (idratazione acido-catalizzata)

Con poche gocce di H₂SO₄ concentrato, l'acqua si addiziona secondo la regola di Markovnikov: (CH₃)₂C=CH₂ + H₂O → (CH₃)₃C–OH. L'H₂SO₄ concentrato a freddo si addiziona da solo e dà idrogenosolfati alchilici.

6. Ossidazione

7. Ozonolisi

L'ozono si addiziona al C=C e forma un ozonuro. Poi Zn + acqua lo taglia in due composti carbonilici. Regola pratica: taglia il C=C e metti =O su ciascuna estremità. CH₃–CH=CH₂ → CH₃CHO + HCHO. Guardando i pezzi si capisce dove stava il doppio legame.

8. Polimerizzazione

Ad alta pressione e temperatura, con un catalizzatore, molte molecole di etene si uniscono in una lunga catena: n CH₂=CH₂ → –(CH₂–CH₂)ₙ– (polietilene). Il propene dà il polipropilene.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Quali di questi mostrano isomeria cis–trans: (a) propene, (b) but-2-ene, (c) 2-metilpropene?

Controlla se ogni C del doppio legame ha due gruppi diversi. (a) CH₂=CH–CH₃: il primo C ha H e H (uguali) → no. (b) CH₃–CH=CH–CH₃: ogni C ha H e CH₃ → sì. (c) (CH₃)₂C=CH₂: entrambe le estremità hanno coppie identiche → no. Solo il but-2-ene.

2. Scrivi il prodotto principale quando il 2-bromobutano viene scaldato con KOH alcolico.

L'H β può essere tolto da C1 o da C3. Togliendolo da C3 si ha but-2-ene (CH₃CH=CHCH₃, più sostituito); da C1 si ha but-1-ene. L'alchene più sostituito è il prodotto principale (regola di Saytzeff): but-2-ene.

3. Dai il prodotto di HBr con il propene (a) senza e (b) con perossido di benzoile.

(a) Markovnikov: H sul CH₂, Br sul C centrale → CH₃CHBrCH₃ (2-bromopropano). (b) Effetto dei perossidi: Br sul C di estremità → CH₃CH₂CH₂Br (1-bromopropano).

4. Un alchene per ozonolisi dà etanale (CH₃CHO) e propanone (CH₃COCH₃). Trova l'alchene.

Togli i due =O e unisci i carbonio con un doppio legame: CH₃CH= e =C(CH₃)₂ → CH₃–CH=C(CH₃)–CH₃. È il 2-metilbut-2-ene.

5. Un alchene C₄H₈ per ozonolisi dà un solo prodotto, l'etanale. Dagli un nome.

Un solo prodotto significa che le due metà sono uguali: CH₃CH= + =CHCH₃ → CH₃CH=CHCH₃. È il but-2-ene.

6. Quante moli di H₂ reagiscono con 5.6 g di etene? Che massa di etano si forma?

Massa molare di C₂H₄ = 28 g/mol, quindi 5.6 g = 0.2 mol. Un C=C lega un H₂, quindi 0.2 mol di H₂. Etano C₂H₆ = 30 g/mol → 0.2 × 30 = 6.0 g.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. Il doppio legame C=C è formato da:
2. Quale mostra isomeria geometrica?
3. Propene + HBr (senza perossido) dà soprattutto:
4. Quale reagente trasforma un alchino in un alchene cis?
5. L'acqua di bromo rosso-bruna diventa incolore con:

Esercizi: rispondi da solo

Scrivi o scegli la risposta, poi premi Controlla. Usa un suggerimento se sei bloccato; la soluzione completa appare dopo la tua risposta.

Domande frequenti

Cos'è la regola di Markovnikov?

Quando HX si addiziona a un alchene asimmetrico, l'H va sul carbonio del doppio legame con più idrogeni e X su quello con meno, perché questa strada forma il carbocatione più stabile.

Cos'è l'effetto dei perossidi?

In presenza di un perossido organico, HBr si addiziona a un alchene asimmetrico contro la regola di Markovnikov, per via radicalica. Si chiama anche effetto Kharasch e funziona solo con HBr.

Perché gli alcheni mostrano isomeria geometrica?

Il legame π blocca la rotazione attorno al C=C. Se ogni carbonio del doppio legame ha due gruppi diversi, i gruppi possono stare fissi dallo stesso lato (cis) o da lati opposti (trans).

Dove si studia

RomaniaClasa a X-aHydrocarbons
Ukraine10 класHydrocarbons
Ukraine10 класHydrocarbons
CBSE (India)Class 11Hydrocarbons
England (GCSE, A level)Year 123.3 Organic chemistry
Russia10 классHydrocarbons
Russia10 классHydrocarbons
China高三Selective 3 Ch.2 Hydrocarbons

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