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Reazioni degli Alcheni - PianetaChimica

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Prof. Mauro Tonellato – Itis Natta – Padova<br />

www.pianetachimica.it<br />

<strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong><br />

Indice delle reazioni<br />

1) Addizione di acidi alogenidrici<br />

2) Addizione di acqua<br />

3) Alogenazione<br />

4) Formazione di aloidrine<br />

5) Idrogenazione catalitica<br />

6) Epossidazione e idrossilazione anti<br />

7) Idrossilazione sin con KMnO 4<br />

8) Addizione radicalica di HBr<br />

9) Idroborazione – ossidazione<br />

10) Ozonolisi<br />

11) Alogenazione allilica con NBS<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 1


(1) ADDIZIONE DI ACIDI ALOGENIDRICI<br />

www.pianetachimica.it<br />

Gli acidi alogenidrici, HCl, HBr, HI, si sommano regolarmente agli alcheni per formare gli alogeno-alcani. La<br />

reazione è una addizione elettrofila che segue la regola di Markovnikov.<br />

L'H + si lega quindi sul carbonio meno sostituito del doppio legame, mentre l’alogenuro si lega sul carbonio più<br />

sostituito, quello che forma il carbocatione più stabile.<br />

Se però vicino al doppio legame c’è un carbonio terziario, come nel 3-metil-1-butene mostrato qui sotto, il<br />

carbocatione 2° che si forma può subire una trasposizione 1, 2 di idruro per trasformarsi in un carbocatione<br />

3° (più stabile del 2°). In questo caso si ottengono due prodotti in quantità circa uguali.<br />

Cl<br />

CH 3 CH<br />

CH 3<br />

CH CH CH CH 3 2 + HCl<br />

CH CH 3 3<br />

CH CH 2<br />

propene 2-cloropropano<br />

+ HCl CH CH CH CH 3 3 +<br />

Meccanismo:<br />

La reazione procede attraverso il carbocatione 2° e produce 2-cloro-3-metilbutano:<br />

Il carbocatione 2° oltre che reagire con Cl − , può anche formare un carbocatione 3° più stabile attraverso una<br />

trasposizione 1,2 di idruro. La reazione del carbocatione 3° con Cl − dà un prodotto inaspettato: 2-cloro-2metilbutano.<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 2<br />

CH 3<br />

3-metil-1-butene 2-cloro-3-metilbutano<br />

(40%)<br />

CH 3 CH<br />

CH 3<br />

CH 3 CH<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

Cl<br />

+<br />

H<br />

CH CH CH CH<br />

2 3<br />

lento<br />

H<br />

CH CH2 +<br />

carbocatione 2°<br />

_<br />

: Cl<br />

veloce<br />

CH 3<br />

H<br />

+<br />

CH CH2 carbocatione 2°<br />

CH 3 CH<br />

CH 3<br />

H H trasposizione<br />

CH3 C<br />

+<br />

CH CH2 1,2 di idruro<br />

CH3 +<br />

C<br />

Cl H<br />

CH CH 2<br />

2-cloro-3-metilbutano<br />

CH 3<br />

H H<br />

CH CH 2<br />

CH 3<br />

carbocatione 2° carbocatione 3° più stabile<br />

H<br />

_<br />

+ : Cl<br />

CH C 3 CH CH 2 2<br />

veloce<br />

CH 3<br />

carbocatione 3°<br />

CH 3 C<br />

Cl H<br />

CH 3<br />

CH 2 CH 2<br />

2-cloro-2-metilbutano<br />

Cl<br />

C<br />

CH 3<br />

CH 2 CH 3<br />

2-cloro-2-metilbutano<br />

(60%)


(2) ADDIZIONE DI ACQUA<br />

www.pianetachimica.it<br />

Gli alcheni reagiscono con acqua in ambiente acido per dare gli alcoli.<br />

La reazione è una addizione elettrofila ed obbedisce alla regola di Markovnikov.<br />

L'H + si lega quindi sul carbonio meno sostituito del doppio legame, mentre l’H2O si lega sul carbonio più<br />

sostituito, quello che forma il carbocatione più stabile.<br />

Se vicino al doppio legame c’è un carbonio terziario, come nel 3-metil-1-butene, il carbocatione 2° che si<br />

forma può subire una trasposizione 1, 2 di idruro per trasformarsi in un carbocatione 3° (più stabile del 2°).<br />

In questo caso si ottengono due prodotti in quantità circa uguali.<br />

OH<br />

H2SO4 CH3 CH CH2 + H CH3 CH CH<br />

2O 3<br />

CH 3 CH<br />

CH 3<br />

CH CH 2<br />

propene 2-propanolo<br />

+ H 2 O<br />

H 2 SO 4<br />

CH 3 CH<br />

Meccanismo:<br />

La reazione procede attraverso il carbocatione 2° e produce 3-metil-2-butanolo:<br />

+<br />

H<br />

H<br />

+<br />

CH3 CH CH CH2 CH3 CH CH CH2 lento<br />

Il carbocatione 2° oltre che reagire con H2O, può anche formare un carbocatione 3° più stabile attraverso una<br />

trasposizione 1,2 di idruro. La reazione di questo con H2O dà un prodotto inaspettato: 2-metil-2-butanolo.<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 3<br />

CH 3<br />

OH<br />

CH CH 3<br />

+<br />

OH<br />

CH 3 C<br />

CH 3<br />

CH 2 CH 3<br />

3-metil-1-butene 3-metil-2-butanolo 2-metil-2-butanolo<br />

CH 3 CH<br />

CH 3<br />

H<br />

+<br />

CH CH2 carbocatione 2°<br />

+<br />

CH3 C<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

..<br />

H2O veloce<br />

CH 3 CH<br />

CH 3<br />

+<br />

OH H 2<br />

CH CH 2<br />

H H trasposizione<br />

+ 1,2 di idruro<br />

+<br />

CH C CH CH CH C<br />

3 2<br />

3<br />

CH 3<br />

carbocatione 2°<br />

_ +<br />

H<br />

CH 3<br />

H H<br />

CH CH 2<br />

CH 3 CH<br />

carbocatione 2° carbocatione 3° (più stabile)<br />

H<br />

CH 2 CH 2<br />

carbocatione 3°<br />

H 2 O ..<br />

+<br />

CH 3 C<br />

OH 2<br />

CH 3<br />

H<br />

CH 2 CH 2<br />

_ +<br />

H<br />

CH 3<br />

OH H<br />

CH CH 2<br />

3-metil-2-butanolo<br />

CH 3 C<br />

OH H<br />

CH 3<br />

CH 2 CH 2<br />

2-metil-2-butanolo


(3) ALOGENAZIONE<br />

www.pianetachimica.it<br />

Gli alogeni reagiscono facilmente con gli alcheni per formare i dialogenoalcani. La reazione è una addizione<br />

elettrofila ed è anti-coplanare, cioè i due atomi di alogeno si legano da parti opposte rispetto al piano<br />

dell'alchene.<br />

L'addizione anti-coplanare viene spiegata ammettendo la formazione di un intermedio a ponte alonio nel<br />

quale l’alogeno che ha attaccato l’alchene forma un anello a tre atomi donando una coppia di elettroni al<br />

carbocatione che così ottiene l’ottetto elettronico. L’intermedio risulta stabilizzato, nonostante la tensione<br />

angolare dell’anello a tre atomi. Il ponte alonio impedisce al carbocatione di ruotare e inoltre, dato che occupa<br />

una faccia, costringe l’alogenuro che deve attaccare il catione intermedio ad entrare dalla parte opposta (anti).<br />

Il solvente della reazione deve essere inerte, si usa quindi etere o CCl4.<br />

CH3 C C<br />

H<br />

Meccanismo:<br />

CH 3<br />

H<br />

Cl<br />

H<br />

+ Cl2 C C +<br />

H<br />

C C<br />

CH3<br />

CH 3<br />

H<br />

cis 2-butene (2S,3S)-2,3-diclorobutano (2R,3R)-2,3-diclorobutano<br />

H<br />

CH 3<br />

Cl<br />

Cl<br />

C C<br />

CH 3<br />

Il Cl 2 può reagire con l'alchene<br />

sopra o sotto il piano molecolare<br />

H<br />

CCl 4<br />

Il Cl − attacca sempre il carbonio più sostituito, cioè quello con una maggior percentuale di carica positiva. In<br />

questo caso i due carboni sono equivalenti e quindi entrambi gli attacchi (a e b) sono possibili.<br />

H<br />

Cl<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

C<br />

H<br />

C<br />

+<br />

Cl<br />

C<br />

attacco anti<br />

Cl<br />

a<br />

C CH3<br />

H<br />

b<br />

H<br />

CH 3<br />

_<br />

: Cl<br />

H<br />

CH 3<br />

Per chiarezza nei disegni si usa la seguente convenzione:<br />

il dicloro derivato deve essere disegnato in modo da permettere<br />

di riconoscere facilmente la struttura dell'alchene di partenza.<br />

Nel disegno qui a lato il vecchio piano dell'alchene è riconoscibile<br />

visto dall'alto, in prospettiva e senza torsioni.<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 4<br />

+<br />

C<br />

CH 3<br />

Cl<br />

: Cl<br />

C<br />

H<br />

CH 3<br />

il Cl chiude subito il ciclo<br />

senza permettere al carbocatione<br />

di ruotare<br />

H<br />

Cl<br />

CH 3<br />

C<br />

C<br />

Cl<br />

H<br />

CH 3<br />

+<br />

CH 3<br />

Cl<br />

CH 3<br />

Cl<br />

CH 3<br />

a b<br />

H<br />

C<br />

H<br />

C<br />

Cl<br />

H<br />

+<br />

Cl<br />

C<br />

H<br />

intermedio a<br />

ponte cloronio<br />

C<br />

CH 3<br />

Cl<br />

H<br />

CH 3


(4) FORMAZIONE DI ALOIDRINE<br />

www.pianetachimica.it<br />

Quando l'addizione di alogeni agli alcheni avviene in ambiente acquoso, si formano le aloidrine.<br />

Si tratta di una addizione elettrofila anti-coplanare, alogeno e acqua entrano da parti opposte rispetto al<br />

piano dell'alchene, inoltre segue la regola di Markovnikov, cioè l’OH si lega al carbonio più sostituito.<br />

In questa reazione, dopo che il doppio legame attacca il Cl + , si forma un intermedio a ponte cloronio<br />

circondato da una sfera di solvatazione di molecole d’acqua. L'acqua attacca l’intermedio dalla parte opposta<br />

rispetto al ponte cloronio sul carbonio più sostituito, quello che regge meglio la carica positiva. Si ottengono<br />

due cloridrine, S e R, che si formano dai due intermedi a ponte cloronio generati dai due attacchi del cloro<br />

sopra e sotto il piano dell'alchene.<br />

CH3 C C<br />

H<br />

Meccanismo:<br />

CH 3<br />

H<br />

H<br />

H<br />

H<br />

HO<br />

Cl<br />

H<br />

CH3 H H<br />

+ Cl2 + H2O C C + C C<br />

H<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 5<br />

CH 3<br />

propene (2S)-1-cloro-2-propanolo (2R)-1-cloro-2-propanolo<br />

H<br />

C<br />

+<br />

Cl<br />

C<br />

attacco anti<br />

sul C 2°<br />

CH 3<br />

C<br />

CH 3<br />

C<br />

Cl<br />

+<br />

H<br />

H<br />

H<br />

Cl<br />

Cl<br />

C C<br />

Il Cl 2 può reagire con l'alchene<br />

sopra o sotto il piano molecolare<br />

H<br />

H2O: H 2 O ..<br />

intermedio a ponte cloronio<br />

ottenuto per attacco del cloro<br />

sotto il piano molecolare dell'alchene<br />

H<br />

H<br />

H<br />

CH 3<br />

C<br />

H O + 2<br />

+<br />

H O 2<br />

CH 3<br />

H<br />

C<br />

H<br />

CH 3<br />

C<br />

C<br />

H<br />

Cl<br />

H<br />

Cl<br />

+<br />

C<br />

H<br />

H<br />

H<br />

:<br />

Cl<br />

C<br />

H<br />

H<br />

Cl<br />

il Cl chiude subito il ciclo<br />

senza permettere al carbocatione<br />

di ruotare<br />

H<br />

HO<br />

CH 3<br />

HO<br />

C<br />

C<br />

Cl<br />

H<br />

H<br />

H<br />

(2R)-1-cloro-2-propanolo<br />

HO<br />

CH 3<br />

H<br />

CH 3<br />

C<br />

H<br />

C<br />

H<br />

C<br />

Cl<br />

+<br />

Cl<br />

H<br />

C<br />

(2S)-1-cloro-2-propanolo<br />

H<br />

H<br />

intermedio a<br />

ponte cloronio


(5) IDROGENAZIONE CATALITICA<br />

www.pianetachimica.it<br />

Questa reazione può avvenire solo in presenza di un catalizzatore metallico come Pt, Pd, Ni.<br />

Il metallo adsorbe sulla sua superficie sia l'idrogeno sia l'alchene. Questi si vengono così a trovare legati alla<br />

superficie del metallo uno di fronte all’altro e possono reagire in modo concertato. Il legame labile che<br />

l'alchene realizza inizialmente col metallo viene chiamato complesso p.<br />

La reazione è una sin-addizione di idrogeno al doppio legame <strong>degli</strong> alcheni, infatti i due atomi di H si legano<br />

sullo stesso lato del piano dell'alchene. Il meccanismo di reazione è radicalico.<br />

Meccanismo:<br />

CH3 C C<br />

Cl<br />

Cl<br />

CH 3<br />

+ H 2<br />

Pt<br />

CH 3<br />

Cl<br />

trans 2,3-dicloro-2-butene (2R,3R)-2,3-diclorobutano (2S,3S)-2,3-diclorobutano<br />

Cl<br />

H H<br />

.<br />

.<br />

CH 3<br />

.<br />

.<br />

C C<br />

.<br />

.<br />

.<br />

.<br />

Pt<br />

CH 3<br />

Cl Cl<br />

H<br />

C<br />

H.<br />

.<br />

C.<br />

.<br />

Pt<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

Cl<br />

In questi disegni sono rappresentati il piano dell’alchene e il piano della superficie del catalizzatore.<br />

I due atomi di idrogeno adsorbiti sulla superficie del catalizzatore sono ancora parzialmente legati tra loro<br />

anche se qui per semplicità è mostrato solo il loro legame col metallo. La stessa osservazione vale anche per i<br />

due atomi di carbonio del doppio legame.<br />

Questo meccanismo produce la molecola (S,S). La molecola (R,R) si forma quando l'alchene si avvicina alla<br />

superficie del Pt porgendo l'altra faccia.<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 6<br />

H<br />

C<br />

C<br />

H<br />

Cl<br />

Cl<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

+<br />

.<br />

.<br />

H. H.<br />

. .<br />

Cl<br />

.<br />

C C<br />

Cl<br />

.<br />

H 3<br />

Pt<br />

CH 3<br />

H<br />

C<br />

C<br />

H<br />

C<br />

CH 3<br />

C<br />

C<br />

Cl<br />

Cl<br />

H<br />

CH 3<br />

complesso π<br />

Cl<br />

H<br />

Pt<br />

CH 3


(6) EPOSSIDAZIONE E IDROSSILAZIONE ANTI<br />

www.pianetachimica.it<br />

Gli alcheni reagiscono con acido perossiacetico per dare gli epossidi. Questa reazione è una addizione<br />

elettrofila al doppio legame nella quale la specie elettrofila che attacca l'alchene è il secondo ossigeno del<br />

perossiacido che infatti è parzialmente positivo.<br />

L'acido perossiacetico è efficace nel condurre la reazione perchè possiede due "braccia". Da una parte c'è<br />

l'ossigeno positivo che attacca il doppio legame, ma che poi deve perdere H + , dall'altra c'è l'altro ossigeno che<br />

può accogliere l'H + . Quando una parte della molecola aiuta un'altra parte a reagire nello stadio difficile della<br />

reazione, si dice che c'è assistenza anchimerica. L'epossido ottenuto è una specie molto reattiva, può dare<br />

reazioni di apertura di anello con una serie di nucleofili come acqua, alcol, ammoniaca, ammine, reattivi di<br />

Grignard, ecc. La reazione con acqua è interessante perchè produce dioli. Rispetto all'alchene di partenza si<br />

ottengono dioli con una addizione anti-coplanare, cioè la seconda molecola d'acqua entra nell'epossido dalla<br />

parte opposta rispetto al primo ossigeno. Il meccanismo è simile a quello dell'alogenazione.<br />

CH 3<br />

H<br />

C C<br />

CH 3<br />

H<br />

C<br />

CH 3<br />

H<br />

cis 2-butene<br />

O<br />

Meccanismo:<br />

C<br />

H<br />

CH 3<br />

i due epossidi ottenuti<br />

sono identici<br />

vicini<br />

CH 3<br />

H<br />

H<br />

C<br />

..<br />

O<br />

CH 3<br />

C<br />

+<br />

CH 3 C<br />

O<br />

O OH<br />

+ H 2 O<br />

H +<br />

CH 3<br />

H<br />

C<br />

CH 3<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 7<br />

O<br />

C<br />

HO<br />

H<br />

H<br />

C<br />

CH 3<br />

acido perossiacetico cis (2S,3R)-2,3-dimetilossirano<br />

3<br />

H<br />

O<br />

H<br />

C C<br />

CH 3<br />

C<br />

O<br />

CH 3<br />

H +<br />

CH 3<br />

1^ parte del meccanismo.<br />

I 5 atomi H-O-O-C-O hanno una<br />

conformazione ad anello che permette<br />

l'assistenza anchimerica: il primo H si<br />

trova vicino all'ultimo O.<br />

1<br />

2<br />

O<br />

H<br />

CH 3<br />

H<br />

C<br />

H<br />

O<br />

+<br />

C<br />

a b<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

H<br />

H<br />

C<br />

+<br />

CH 3<br />

OH<br />

H<br />

H<br />

CH 3<br />

C<br />

+<br />

H<br />

HO<br />

CH 3<br />

C<br />

CH 3 C<br />

OH<br />

C CH3<br />

(2S,3S)-2,3-butandiolo (2R,3R)-2,3-butandiolo<br />

_<br />

O..<br />

H<br />

4<br />

5<br />

C<br />

+<br />

C<br />

O<br />

H 2 O:<br />

CH 3<br />

O<br />

C<br />

H<br />

CH 3<br />

2^ parte del meccanismo.<br />

Il carbossilato strappa l'H+ e aiuta<br />

l'ossigeno a formare l'epossido.<br />

1^ e 2^ parte, in realtà,<br />

avvengono contemporaneamente.<br />

H<br />

HO<br />

CH 3<br />

C<br />

O<br />

OH<br />

C<br />

C CH3<br />

H<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

+<br />

H<br />

H<br />

H<br />

+<br />

O<br />

C<br />

HO<br />

CH 3<br />

H<br />

O<br />

C<br />

H<br />

C<br />

C<br />

a b<br />

CH 3<br />

O<br />

C<br />

H<br />

O<br />

OH<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

OH<br />

H


(7) IDROSSILAZIONE SIN CON KMnO4<br />

www.pianetachimica.it<br />

In soluzione diluita e basica, il permanganato ossida gli alcheni formando i dioli. La reazione è una addizione<br />

elettrofila sin-coplanare, cioè i due ossidrili si legano sullo stesso lato del piano dell'alchene. Se la reazione<br />

venisse condotta a pH acido, il permanganato ossiderebbe ulteriormente i dioli e la reazione proseguirebbe con<br />

la rottura del legame carbonio-carbonio e la formazione di acidi carbossilici, come nella ozonolisi.<br />

Meccanismo:<br />

_<br />

O<br />

H<br />

C<br />

H 3<br />

H<br />

CH 3<br />

C C<br />

O<br />

C C<br />

O<br />

Mn +<br />

_<br />

O..<br />

CH 3<br />

1^ parte. Attacco <strong>degli</strong> elettroni del<br />

doppio legame sull'ossigeno<br />

parzialmente positivo.<br />

H<br />

CH 3<br />

+ MnO 4<br />

H<br />

CH 3<br />

_<br />

O<br />

O<br />

H<br />

C<br />

H 3<br />

C<br />

HO<br />

H<br />

trans 2-butene (2S,3S)-2,3-butandiolo (2R,3R)-2,3-butandiolo<br />

_<br />

O<br />

CH 3<br />

: O:<br />

H<br />

O<br />

Mn<br />

C<br />

O<br />

H<br />

_<br />

: O:<br />

..<br />

C<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

H<br />

_<br />

O<br />

H<br />

_<br />

_ OH<br />

C<br />

C<br />

Mn<br />

_<br />

O..<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 8<br />

O<br />

+<br />

C<br />

C<br />

CH 3<br />

2^ parte. L'ossigeno negativo<br />

attacca il carbocatione che<br />

non ha il tempo di formarsi<br />

completamente. 1^ e 2^ parte<br />

avvengono contemporaneamente<br />

H 2 O<br />

OH<br />

CH 3<br />

H<br />

CH 3<br />

..<br />

_<br />

: O:<br />

H<br />

H 2 O<br />

C<br />

C<br />

OH<br />

CH 3<br />

H<br />

H<br />

..<br />

: OH<br />

C<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

HO<br />

H<br />

H<br />

C<br />

oppure<br />

+<br />

C<br />

CH 3<br />

O<br />

OH<br />

CH 3<br />

_<br />

O<br />

O<br />

H<br />

H<br />

H 3<br />

H<br />

C<br />

C<br />

HO<br />

Mn<br />

C<br />

C<br />

O<br />

O<br />

O<br />

_<br />

Mn O<br />

C<br />

CH 3<br />

H<br />

H<br />

OH<br />

CH 3<br />

_<br />

: OH


(8) ADDIZIONE RADICALICA DI HBr<br />

www.pianetachimica.it<br />

HBr può sommarsi agli alcheni in due modi diversi a seconda delle condizioni sperimentali: per via ionica o<br />

per via radicalica. HCl e HI, invece, reagiscono solo con addizione ionica.<br />

L’addizione ionica, descritta a pagina 2, segue la regola di Markovnikov e si ottiene operando in assenza di<br />

perossidi, al buio, a temperatura ambiente.<br />

CH 3<br />

C C<br />

H<br />

+<br />

HBr<br />

assenza di<br />

perossidi<br />

H H<br />

propene<br />

2-bromopropano (unico prodotto, resa 90%)<br />

L'addizione radicalica di HBr agli alcheni, invece, avviene con orientazione anti-Markovnikov e si<br />

realizza in presenza di perossidi e luce o calore. I perossidi possono essere aggiunti intenzionalmente o per<br />

errore utilizzando reattivi vecchi, infatti perossidi del tipo ROOH si formano spontaneamente nella posizione<br />

allilica <strong>degli</strong> alcheni esposti per lungo tempo all’aria. La reazione è a catena e quindi si svolge in tre momenti:<br />

inizio, propagazione, terminazione. Non dà trasposizioni.<br />

CH3 H<br />

ROOR<br />

H Br<br />

C<br />

H<br />

C<br />

H<br />

+ HBr<br />

luce<br />

CH3 CH CH2 propene<br />

1-bromopropano (unico prodotto, resa 95%)<br />

Inizio<br />

Propagazione<br />

CH 3<br />

H<br />

CH 3<br />

Terminazione: accoppiamento di radicali<br />

Br<br />

.<br />

CH<br />

.<br />

.<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

.<br />

C C<br />

Meccanismo:<br />

.. ..<br />

..<br />

..<br />

..<br />

..<br />

.. .<br />

luce<br />

R O O R 2 R O<br />

..<br />

.. .<br />

R O +<br />

+<br />

CH<br />

CH<br />

Br<br />

CH 2<br />

Br<br />

CH 2<br />

Br<br />

CH 2<br />

Una reazione di inizio produce due catene di reazioni costituite da migliaia di propagazioni concatenate. Alla<br />

fine si ha una reazione di terminazione. I prodotti di reazione si ottengono solo dalle propagazioni. Le<br />

molecole ottenute con le terminazioni sono presenti solo in tracce e non vengono considerate ai fini della resa.<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 9<br />

CH 3<br />

Br<br />

CH<br />

H<br />

CH 2<br />

H.. Br R OH + Br<br />

CH 3<br />

+ H.. Br CH +<br />

.<br />

Br Br 2<br />

. .<br />

.<br />

H<br />

H<br />

+<br />

+<br />

+<br />

.<br />

CH 3<br />

.<br />

CH<br />

Br<br />

CH 2<br />

CH 3<br />

Br CH<br />

Br CH<br />

H<br />

Br<br />

.<br />

CH 2<br />

Br<br />

prodotto finale continua la reazione<br />

CH 3<br />

Br<br />

.<br />

Br<br />

CH 2 CH CH<br />

Br<br />

Br<br />

CH 2<br />

radicale 2° più stabile<br />

CH 2<br />

CH CH 3 3<br />

Br<br />

CH 2<br />

.


(9) IDROBORAZIONE – OSSIDAZIONE<br />

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Idroborazione e ossidazione sono due reazioni distinte. Nel totale si ottengono alcoli con orientazione anti-<br />

Markovnikov pur rispettando la regola del carbocatione più stabile. Questo è possibile per la particolare<br />

natura della molecola del borano. In BH3 il boro è meno elettronegativo dell’idrogeno (B δ+ , H δ− ), così gli<br />

elettroni del doppio legame attaccano il Boro positivo, mentre lo ione idruro H − attacca il carbocatione che si<br />

forma. Visto che l’idrogeno entra come H − e non come H + , si lega al doppio legame sul carbonio opposto a<br />

quello delle normali reazioni secondo Markovnikov. L'attacco di boro e idrogeno al doppio legame è<br />

concertato: si ha una sin-addizione. Il solvente più indicato è tetraidrofurano. Il trialchilborano ottenuto viene<br />

poi fatto reagire con acqua ossigenata alcalina. In questo modo si introduce un gruppo OH al posto del boro e<br />

si ottiene l’alcol finale. Durante la reazione avviene una trasposizione della catena alchilica che si stacca dal<br />

boro negativo per legarsi all’ossigeno positivo che si è formato per rottura del legame perossido instabile.<br />

R<br />

3<br />

CH3 C C<br />

H<br />

+ BH3 THF<br />

H<br />

C<br />

CH3 B R<br />

C<br />

H<br />

H<br />

H<br />

H H<br />

Meccanismo:<br />

H<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

H<br />

H<br />

C<br />

propene tripropilborano<br />

R<br />

B<br />

C<br />

H<br />

H<br />

tripropilborano<br />

H B<br />

C C<br />

H<br />

H<br />

R<br />

H<br />

H<br />

_<br />

H<br />

OH<br />

OH<br />

+ 3 H O 2 2<br />

3 C C<br />

H<br />

+<br />

H<br />

CH 3<br />

C<br />

+<br />

H<br />

Tra parentesi è mostrato un dettaglio della 2^ parte dell'attacco. Il Boro si è già legato al C 1° in modo da<br />

formare il carbocatione 2° più stabile. La trasposizione di H − avviene istantaneamente<br />

prima che il carbocatione possa ruotare: in realtà, gli attacchi di boro e idrogeno sono contemporanei.<br />

H<br />

R<br />

B<br />

R<br />

O OH<br />

R<br />

B<br />

H<br />

RO<br />

B<br />

O<br />

OR<br />

C<br />

CH3 H<br />

C<br />

H<br />

H<br />

C<br />

CH3 H<br />

C<br />

H<br />

H<br />

C<br />

CH3 H<br />

C<br />

H<br />

H<br />

R<br />

_<br />

:<br />

H<br />

_<br />

O<br />

OH<br />

H<br />

R<br />

R _<br />

B<br />

+<br />

O<br />

3 volte<br />

C<br />

CH3 H<br />

C<br />

H<br />

H<br />

il legame perossido Il carbonio traspone<br />

tripropilborato<br />

si rompe<br />

come carbanione<br />

RO<br />

B<br />

OR<br />

RO<br />

RO<br />

B _<br />

OH<br />

H O<br />

_<br />

: OH<br />

H O<br />

3 volte<br />

H OH<br />

OH<br />

CH 3<br />

H<br />

C<br />

C<br />

H<br />

H<br />

Idrolisi<br />

dell'estere<br />

CH 3<br />

H<br />

C<br />

C<br />

H<br />

H<br />

C<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 10<br />

H<br />

H<br />

CH 3<br />

H<br />

H<br />

B _<br />

H<br />

H<br />

1-propanolo<br />

CH 3<br />

H<br />

C<br />

CH 3<br />

C<br />

H<br />

H<br />

H<br />

H<br />

B(OH) 3<br />

C<br />

H<br />

+<br />

C<br />

B<br />

H<br />

HO<br />

H<br />

H<br />

B<br />

3 volte<br />

OH


(10) OZONOLISI<br />

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L'ozonolisi spezza le molecole <strong>degli</strong> alcheni in corrispondenza del doppio legame. E’ una reazione di<br />

addizione elettrofila molto veloce a causa della particolare struttura di O3 che può legarsi al doppio legame<br />

senza formare un carbocatione. La reazione forma inizialmente un ozonuro che non può essere isolato perchè<br />

è esplosivo. L'ozonuro viene fatto subito reagire idrolizzandolo in ambiente acido acquoso. Se l'idrolisi<br />

avviene in condizioni ossidanti (H2O2), si ottengono acidi carbossilici e chetoni. Se l'idrolisi avviene in<br />

condizioni riducenti (Zn), si ottengono aldeidi e chetoni.<br />

Meccanismo:<br />

CH 3<br />

C<br />

CH3 CH3 CH 3<br />

O<br />

CH3 CH3 _<br />

O..<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

C C<br />

H<br />

CH 3<br />

+<br />

O 3<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 11<br />

O<br />

C<br />

CH3 CH3 O<br />

C<br />

2-metil-2-butene<br />

O<br />

C<br />

CH3 O H<br />

+<br />

H2O / H<br />

H2O2 CH3 C O<br />

CH3 acetone<br />

ozonuro<br />

O C<br />

OH<br />

acido acetico<br />

ozonuro<br />

+<br />

H2O / H CH3 C O O C<br />

Zn<br />

H<br />

O<br />

C C<br />

O<br />

ozonuro<br />

C<br />

CH 3<br />

O<br />

O<br />

O<br />

C<br />

C<br />

H<br />

O +<br />

H<br />

H<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

H 2 O / H +<br />

+<br />

O<br />

C<br />

CH3 CH3 O<br />

C<br />

O:<br />

CH 3<br />

H<br />

molozonuro instabile<br />

C<br />

CH3 CH3 HO OH<br />

H<br />

+<br />

O<br />

O<br />

H 2 O 2<br />

Zn<br />

O:<br />

C<br />

H<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

C<br />

CH 3<br />

C<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

acetone<br />

C<br />

O<br />

CH3 CH3 C<br />

CH3 CH3 O<br />

C<br />

H<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

acetaldeide<br />

_<br />

: O<br />

+<br />

O<br />

O:<br />

C<br />

H CH3 frammenti<br />

O<br />

HO<br />

O + O C<br />

O + O C<br />

H<br />

O<br />

C<br />

H<br />

CH 3<br />

OH<br />

CH 3<br />

+<br />

CH 3<br />

H2O: + H 2 O<br />

+ ZnO + H2O


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Per determinare i prodotti di una reazione di ozonolisi, conviene immaginare di rompere la molecola in<br />

corrispondenza dei doppi legami e sostituirli con doppi legami con l’ossigeno. Se la seconda parte della<br />

reazione è in condizioni ossidanti con H2O2 si ottengono acidi carbossilici e chetoni come negli esempi<br />

seguenti.<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

O 3<br />

H 2 O 2 /H +<br />

CH3 HO<br />

O O<br />

HO<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 12<br />

O<br />

O<br />

CH 3<br />

Si sono ottenuti acido ossalico e acido acetacetico (o acido 3-oxo-butanoico).<br />

C<br />

H 3<br />

C<br />

H 3<br />

O<br />

HO<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

O 3<br />

C<br />

H 3<br />

H 2 O 2 /H +<br />

CH 3 O O O<br />

CH 3<br />

C CH CH 2 C C CH 2 CH 2 CH 2 C CH 3<br />

acido 2-metil-4,5,9-trioxodecanoico<br />

OH<br />

C<br />

H 3<br />

HO<br />

O<br />

CH 3 C<br />

O<br />

COOH<br />

COOH<br />

O<br />

CH 2 C<br />

O<br />

O<br />

O<br />

OH<br />

CH 3


(11) ALOGENAZIONE ALLILICA CON NBS<br />

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Cloro e Bromo, possono dare due diverse reazioni con gli alcheni, addizione elettrofila al doppio legame<br />

oppure sostituzione radicalica sulla posizione allilica. La prima reazione, ionica, è favorita a temperatura<br />

ambiente. La seconda reazione, radicalica, è favorita a temperature maggiori di 500°C. Queste sono condizioni<br />

realizzabili solo a livello industriale e solo con molecole stabili a quella temperatura. Per le molecole<br />

termolabili o per le reazioni condotte su piccola scala in laboratorio, si utilizza la reazione con NBS, Nbromosuccinimmide,<br />

che ha la caratteristica di fornire concentrazioni molto basse, ma costanti, di Br2. Il<br />

bromo molecolare viene generato a partire da HBr vicino ad un radicale allilico che è molto più reattivo di un<br />

normale doppio legame.<br />

La concentrazione di Br2 è troppo bassa perchè avvenga la normale reazione di somma al doppio legame.<br />

Cl Cl<br />

25°C<br />

CH CH CH CH CH CH 3 2 + Cl2 3 2<br />

Inizio:<br />

Propagazione:<br />

propene 1,2-dicloropropano<br />

500°C<br />

Cl<br />

CH CH 3 CH2 + Cl2 CH2 CH CH2 propene 3-cloropropene<br />

Terminazione: (accoppiamento di radicali)<br />

Meccanismo:<br />

+ HCl<br />

luce<br />

Br<br />

CH3 CH CH2 + Su N Br<br />

25°C<br />

CH2 CH CH2 + Su N H<br />

propene NBS<br />

3-bromopropene succinimmide<br />

H<br />

CH 2 CH CH 2<br />

.<br />

. .<br />

O<br />

O<br />

N<br />

+<br />

Br<br />

luce<br />

Br. . Br 2 Br<br />

tracce<br />

.<br />

.<br />

CH 2 CH CH 2<br />

Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>degli</strong> <strong>Alcheni</strong> 13<br />

.<br />

radicale allilico<br />

.<br />

CH 2 CH CH 2<br />

Br + : Br +<br />

Br Br + N<br />

_<br />

. .<br />

H +<br />

CH CH CH + Br Br CH CH CH +<br />

2 2 2 2<br />

Br<br />

O<br />

O<br />

+<br />

Br<br />

H<br />

.<br />

H Br

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