Capitolo 15 integrale, riguardante la chimica organica - Ateneonline

COMPOSTI ORGANICI 

E PROPRIETÀ ATOMICHE 

DEL CARBONIO 

Esiste un sistema chimico che sia più notevole di una cellula vivente? Mediante meccanismi 

accuratamente regolati, essa ossida alimenti per ricavarne energia, mantiene 

le concentrazioni di migliaia di componenti in soluzione acquosa, interagisce continuamente 

con il suo ambiente, sintetizza molecole sia semplici sia complesse, e persino 

si riproduce! Nonostante tutte le nostre capacità tecnologiche, nessun sistema 

costruito dall’uomo riesce ad avvicinarsi alla semplice eleganza di funzionamento della 

cellula. 

Questa stupefacente macchina chimica consuma, produce e contiene in gran parte 

composti organici. Eccettuati alcuni sali inorganici e l’acqua sempre presente, ogni cosa 

che introduciamo nel nostro corpo o applichiamo su di esso – cibi, farmaci, cosmetici 

e indumenti – è costituito da composti organici. Combustibili organici riscaldano le 

nostre case, cuociono i nostri pasti e forniscono energia alla nostra società. Importanti 

industrie sono destinate alla produzione di composti organici, quali polimeri, farmaci e 

insetticidi. 

Che cos’è un composto organico? I dizionari lo definiscono come un “composto 

del carbonio”, ma questa definizione comprende i carbonati, i cianuri, i carburi, i cianati 

e altri composti ionici contenenti carbonio che la maggior parte dei chimici classificano 

come inorganici. Ecco una definizione basata sulla composizione: tutti i 

composti organici contengono carbonio, quasi sempre legato ad altro carbonio e all’idrogeno, 

e spesso anche ad altri elementi. 

Il termine organico ha una connotazione biologica che trae origine da una concezione 

erronea che soffocò per molti decenni la ricerca sulla chimica dei sistemi viventi. 

All’inizio del XIX secolo, molti eminenti pensatori ritenevano che nei composti degli 

esseri viventi esistesse un’energia spirituale inosservabile, una “forza vitale”, che rendeva 

impossibile sintetizzarli e li rendeva fondamentalmente diversi dai composti esistenti 

nel mondo minerale. Questo concetto di vitalismo fu messo in discussione nel 

1828, quando il giovane chimico tedesco Friedrich Wöhler riscaldò il cianato di ammonio, 

un composto del “mondo minerale”, e produsse l’urea, un composto del “mondo 

vivente”: 

NH 4 OCN 

±£ 

Anche se Wöhler non si rese conto dell’importanza di questa reazione – era più interessato 

al fatto che due composti possano avere la stessa formula molecolare – il suo 

esperimento è considerato un evento fondamentale nell’origine della chimica organica. 

I chimici sintetizzarono presto il metano, l’acido acetico, l’acetilene e molti altri composti 

organici partendo da fonti inorganiche. Oggi sappiamo che gli stessi principi chimici 

governano sia i sistemi organici sia quelli inorganici perché il comportamento di 

un composto deriva dalle proprietà dei suoi elementi, indipendentemente da quanto 

possa apparire meraviglioso. 

O 

H2N C NH2 15 

DA SAPERE PRIMA 

• nomenclatura degli alcani semplici 

(Paragrafo 2.8) 

• differenza di elettronegatività e polarità 

del legame (Paragrafo 9.4) 

• strutture di risonanza (Paragrafo 

10.1) 

• teoria VSEPR della forma molecolare 

(Paragrafo 10.3) 

• legami e ; rotazione attorno al 

legame (Paragrafo 11.2) 

• tipi di forze intermolecolari (Paragrafi 

12.3 e 13.1) 

• proprietà degli elementi del Periodo 

2 (Paragrafo 14.2) 

• proprietà degli elementi del Gruppo 

4A(14) (Paragrafo 14.6) 

M. S. Silberberg, Chimica. La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni 3/ed, © 2012, McGraw-Hill Education (Italy) srl

Periodo 

2 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

H 

Li Be B C N O F Ne 

1A 

(1) 

2A 

(2) 

Si 

3A 

Ge 

(13) 

Sn 

Pb 

114 

4A 

(14) 

P S Cl 

5A 

(15) 

Br 

6A 

I 

(16) 

He 

7A 

(17) 

Gruppo 

8A 

(18) 

Figura 15.1 La posizione del carbonio 

nella tavola periodica. Il carbonio 

è situato nel centro del 

Periodo 2, quindi ha un’elettronegatività 

() intermedia, e alla sommità 

del Gruppo 4A(14), quindi è relativamente 

piccolo. Altri elementi comuni 

nei composti organici sono H, N, O, 

P, S e gli alogeni. 

Capitolo 15 

QUESTO CAPITOLO rappresenta una breve introduzione a un campo enorme, in 

crescita continua, proseguiremo il tema centrale del libro: come la struttura e la 

reattività delle molecole organiche emergono in modo naturale dalle proprietà 

degli atomi componenti, che in questo caso sono il carbonio e la manciata dei 

suoi partner di legame. Prima esamineremo le proprietà atomiche piuttosto speciali 

del carbonio e vedremo qual è la loro relazione con le molecole organiche. 

Inizialmente concentreremo l’attenzione sugli idrocarburi per dare un’idea della 

scrittura e della nomenclatura dei composti organici. Poi classificheremo i principali 

tipi di reazioni organiche e, nella parte centrale del capitolo, li applicheremo 

alle principali famiglie di composti organici. Infine, estenderemo questi concetti 

alle molecole giganti del commercio e della vita: i polimeri sintetici e naturali. 

15.1 LA NATURA SPECIALE DEL CARBONIO 

E LE CARATTERISTICHE DELLE MOLECOLE 

ORGANICHE 

Anche se le molecole organiche non hanno alcunché di mistico, il loro ruolo indispensabile 

in biologia e nell’industria ci induce a chiederci se il carbonio abbia caratteristiche 

straordinarie che gli conferiscono una “personalità” chimica speciale. 

Ovviamente, ciascun elemento ha proprietà specifiche, e il carbonio non è più unico 

del sodio, dell’afnio o di qualsiasi altro elemento. Ma le proprietà atomiche del carbonio 

conferiscono realmente a questo elemento capacità di legame superiori a 

quelle di qualsiasi altro elemento, capacità che, a loro volta, determinano due evidenti 

caratteristiche delle molecole organiche: la complessità strutturale e la diversità 

chimica. 

La complessità strutturale delle molecole organiche 

La maggior parte delle molecole organiche hanno strutture molto più complesse di 

quelle della maggior parte delle molecole inorganiche, e un rapido esame delle proprietà 

atomiche del carbonio e del suo comportamento di legame mostra perché. 

1. Configurazione elettronica, elettronegatività e legame covalente. La configurazione 

elettronica dello stato fondamentale del carbonio, data da [He] 2s 2 2p 2 – quattro 

elettroni in più rispetto a He e quattro elettroni in meno rispetto a Ne – significa che 

la formazione di ioni carbonio è energeticamente impossibile in condizioni ordinarie: 

la formazione di un catione C 4 richiede una quantità di energia uguale alla somma 

dei termini E i1 E i4 e la formazione di un anione C 4 richiede la somma dei termini 

E ea1 E ea4, le ultime tre tappe essendo endotermiche. La posizione del carbonio nella 

tavola periodica (Figura 15.1) gli conferisce un’elettronegatività intermedia tra quella 

degli elementi più metallici e quella degli elementi più non metallici del Periodo 2: Li 

1,0, C 2,5, F 4,0. Perciò, il carbonio condivide elettroni per raggiungere un 

livello completo, legandosi covalentemente in tutte le sue forme elementari e in tutti i 

suoi composti. 

2. Proprietà di legame, catenazione e forma molecolare. Il numero e la forza dei 

legami del carbonio danno origine alla sua considerevole capacità di catenazione (o 

concatenazione), ossia di legarsi con altro carbonio, capacità che gli permette di formare 

una moltitudine di composti lineari, ciclici e ramificati, chimicamente e termicamente 

stabili. Mediante il processo di ibridazione degli orbitali (Paragrafo 11.1), il 

carbonio forma quattro legami in quasi tutti i suoi composti, e questi legami sono orientati 

in più direzioni, fino a quattro. Essendo piccolo, il carbonio forma legami forti, 

relativamente corti, il che gli permette di avvicinarsi sensibilimente a un altro atomo e 

quindi di realizzare una maggiore sovrapposizione degli orbitali. Il legame C-C è 

abbastanza corto per permettere la sovrapposizione di fianco di orbitali p semipieni non 

ibridati e la formazione di legami multipli, il che limita la rotazione dei gruppi legati 

(vedi Figura 11.12). Queste caratteristiche aggiungono altre possibilità alle forme dei 

composti del carbonio. 


3. Stabilità molecolare. Sebbene anche il silicio e parecchi altri elementi siano capaci 

di catenazione, nessuno di essi è in grado di competere con il carbonio. Le proprietà 

atomiche e di legame conferiscono tre differenze cruciali tra le catene di C e le catene 

di Si che spiegano perché le catene di C sono così stabili e, quindi, così comuni: 

• Raggio atomico e forza di legame. Via via che il raggio atomico aumenta dall’alto al 

basso lungo il Gruppo 4A(14), i legami tra atomi identici diventano più lunghi e più 

deboli. Perciò, un legame C-C (347 kJ/mol) è molto più forte di un legame Si-Si 

(226 kJ/mol). 

• Calori di reazione relativi. Un legame C-C (347 kJ/mol) e un legame C-O (358 

kJ/mol) hanno all’incirca la stessa energia, quindi viene rilasciata una quantità di 

calore relativamente piccola quando una catena di atomi di C reagisce e un legame 

sostituisce l’altro. Per contro, un legame Si-O (368 kJ/mol) è molto più forte di un 

legame Si-Si (226 kJ/mol), quindi viene rilasciata una grande quantità di calore 

quando reagisce una catena di atomi di Si. 

• Orbitali disponibili per la reazione. A differenza di C, Si ha orbitali d di bassa energia 

che possono essere occupati dalle coppie solitarie di reagenti in arrivo. Così, per 

esempio, l’etano (CH3-CH3) è stabile in acqua e non reagisce in aria salvo che non 

venga acceso, mentre il disilano (SiH3-SiH3) si decompone in acqua e si accende 

spontaneamente nell’aria. 

La diversità chimica delle molecole organiche 

Composti organici e proprietà atomiche del carbonio 

Oltre che per le loro geometrie elaborate, i composti organici sono notevoli per il loro 

semplice numero e il loro diverso comportamento chimico. Basta consultare un compendio 

di composti noti, quale il CRC Handbook of Chemistry and Physics, per constatare 

che il numero di composti organici è molto maggiore del numero di composti inorganici 

di tutti gli altri elementi considerati nel loro insieme! Si conoscono parecchi milioni di 

composti organici, e ogni anno ne vengono scoperte o sintetizzate migliaia di altri. 

Anche questa incredibile diversità si basa sul comportamento atomico e di legame 

ed è dovuta a tre fattori interrelati: 

1. Legame con eteroatomi. Il carbonio forma spesso legami con eteroatomi, atomi 

diversi da C o da H. Gli eteroatomi più comuni sono N e O, ma sono presenti spesso 

S, P e gli alogeni, e si conoscono anche composti organici con altri elementi. Per farsi 

un’idea della diversità creata da un eteroatomo, basta guardare la Figura 15.2, la quale 

mostra che sono prodotte 23 differenti strutture molecolari da varie disposizioni di quattro 

atomi di C legati l’uno all’altro da legami singoli, dal numero necessario di atomi 

di H e da un solo atomo di O (legato da legami singoli o da un legame doppio). 

2. Densità elettronica e reattività. La maggior parte delle reazioni iniziano – cioè, 

comincia a formarsi un nuovo legame – quando una regione di alta densità elettronica 

su una molecola incontra una regione di bassa densità elettronica su un’altra 

molecola. Queste regioni possono essere dovute alla presenza di un legame multiplo 

o alle cariche parziali che sono presenti nei legami carbonio-eteroatomo. Consideriamo, 

per esempio, quattro legami comuni presenti nelle molecole organiche: 

• Il legame C-C. Quando un atomo di C è legato a un altro atomo di C da un legame 

singolo, come in parti di quasi tutte le molecole organiche, i valori dell’elettronegatività 

sono uguali e il legame è apolare. Perciò, in generale, i legami C-C non 

sono reattivi. 

• Il legame C-H. Questo legame, che è presente anch’esso in quasi tutte le molecole 

organiche, è pressoché apolare perché è corto (109 pm) e i valori dell’elettronegatività 

di H (2,1) e di C (2,5) sono vicini. Perciò, anche i legami C-H sono in gran 

parte non reattivi. 

• Il legame C-O. A differenza dei due legami precedenti, questo legame, che è presente 

in molti tipi di molecole organiche, è altamente polare ( 1,0), con l’estremità 

O del legame ricca di elettroni () e l’estremità C povera di elettroni (). 

CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH 

CH 2 

CH3 CH2 O CH2 CH3 CH 3 

CH 3 CH C O 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

O 

CH 2 

CH 2 

CH 3 

CH 

CH 3 

CH 3 CH CH 2 OH 

CH 3 CH 2 CH CH 3 

CH CH 2 

CH 

CH 

CH 

CH 3 

H 

OH 

CH 2 

O CH 3 

OH 

CH3 CH O CH3 CH 3 

OH 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

O 

C 

CH 2 

CH 2 

O 

CH 

CH 

O 

O 

CH 3 

C 

3 

CH 3 C CH 3 

CH 2 

CH 2 

CH3 CH2 CH2 O CH3 CH 3 

O 

CH CH 

CH 3 

CH 3 

CH 3 CH 2 CH 2 C O 

CH 3 CH 2 C 

O 

H 

CH 3 

OH 

O 

C 

CH 2 

CH 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 3 

C O 

H 

CH 3 

O 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

OH 

CH 

CH 2 

CH 2 CH CH 3 

CH 3 

Figura 15.2 La diversità chimica 

dei composti organici. Differenti 

disposizioni di catene, rami, anelli 

ed eteroatomi danno origine a molte 

strutture. Possono essere creati 23 

differenti composti con soltanto 

quattro atomi di C uniti da legami 

singoli, un atomo di O e gli atomi di 

H necessari. 


4 


In conseguenza di questo squilibrio nella densità elettronica, il legame C-O è reattivo 

e, in condizioni appropriate, darà luogo a una reazione. 

• Legami con altri eteroatomi. Anche quando un legame carbonio-eteroatomo ha una 

piccola, come nel caso del legame C-Br ( 0,3), o nulla, come nel caso del 

legame C-S ( 0), questi eteroatomi sono grandi e, di conseguenza, i loro legami 

con il carbonio sono lunghi, deboli e quindi reattivi. 

3. Natura dei gruppi funzionali. Uno dei concetti più importanti in chimica organica 

è quello di gruppo funzionale, una combinazione specifica di atomi legati che reagisce 

in modo caratteristico, indipendentemente dalla molecola in cui è presente. In quasi 

tutti i casi, la reazione di un composto organico avviene a livello del gruppo funzionale. 

In realtà, come vedremo, spesso si sostituisce un simbolo generale al resto della 

molecola perché di solito esso rimane immodificato quando il gruppo funzionale subisce 

una reazione. I gruppi funzionali variano da un legame multiplo carbonio-carbonio 

a qualsiasi combinazione di legami carbonio-eteroatomo. In altre parole, 

qualsiasi raggruppamento legato di atomi diverso da C-C e da C-H costituisce un 

gruppo funzionale, e ciascuno ha la propria modalità di reattività. Un particolare 

legame può essere un gruppo funzionale o una parte di uno o più gruppi funzionali. 

Per esempio, il legame C-O è presente in quattro gruppi funzionali. Esamineremo tre 

di questi gruppi in questo capitolo: il gruppo funzionale degli alcoli (gruppo alcolico) 

W 

±C±O±H 

W 

, il gruppo funzionale degli acidi carbossilici (gruppo carbossilico) 

O O 

X 

X W 

±C±O±H, 

e il gruppo funzionale degli esteri (gruppo estereo) ±C±O±C± . 

W 

15.2 STRUTTURE E CLASSI DI IDROCARBURI 

Si può immaginare una fantastica analogia anatomica tra una molecola organica e un 

animale. I legami carbonio-carbonio formano lo scheletro, in cui la colonna vertebrale 

è rappresentata dalla catena continua più lunga e le eventuali ramificazioni rappresentano 

gli arti. Lo scheletro è ricoperto da una pelle di atomi di idrogeno, con gruppi funzionali 

sporgenti in posizioni specifiche, come dita chimiche pronte ad afferrare un 

reagente in arrivo. 

In questo paragrafo, “dissezioneremo” un gruppo di composti fino al loro scheletro 

e vedremo come determinarne il nome e disegnarli. Gli idrocarburi, il tipo più 

semplice di composto organico, sono un grande gruppo di sostanze contenenti soltanto 

atomi di H e di C. Alcuni combustibili comuni, quali il gas naturale e la benzina, 

sono miscele di idrocarburi. Gli idrocarburi sono anche importanti materie 

prime, reagenti precursori utilizzati per produrre altri composti. Per esempio, l’etilene, 

l’acetilene e il benzene sono materie prime per la produzione di centinaia di 

altre sostanze. 

Scheletri di carbonio e pelli d’idrogeno 

Cominciamo con l’esaminare le possibili disposizioni di legame degli atomi di C soltanto 

in scheletri semplici (lasciamo da parte gli atomi di H per il momento) senza 

legami multipli o anelli. Per distinguere differenti disposizioni, concentriamo l’attenzione 

sulla sequenza di atomi di C (cioè, i legami successivi dell’uno con l’altro) e 

teniamo presente che i gruppi legati da legami singoli () sono relativamente liberi di 

ruotare (Paragrafo 11.2). 

Le strutture con uno, due o tre atomi di carbonio possono essere disposte in un 

solo modo. Sia che disegniamo tre atomi di C in una disposizione lineare sia che li 

disegniamo in una disposizione piegata, la sequenza è la stessa. Ma quattro atomi di C 



hanno due disposizioni possibili: una catena di quattro atomi di C oppure una catena 

di tre atomi di C con un ramo costituito da un solo atomo di C legato all’atomo di C 

centrale 

C C C C stessa sequenza di C C C C C C stessa sequenza di C C C 

C 

Anche quando visualizziamo più realisticamente la catena, con gli angoli dovuti alla 

forma tetraedrica attorno agli atomi di C, come nei modelli ball-and-stick, la situazione 

è identica. È importante notare che, se si aggiunge il ramo all’una o all’altra estremità 

della catena di tre atomi di C, è semplicemente una piega in una catena di quattro atomi 

di C, non una differente disposizione. Analogamente, se il ramo è rivolto all’ingiù anziché 

all’insù, esso rappresenta la stessa disposizione perché i gruppi legati da legami 

singoli ruotano. 

All’aumentare del numero totale di atomi di C, aumenta anche il numero di differenti 

disposizioni. Infatti, 5 atomi di C hanno 3 disposizioni; 6 atomi di C possono 

essere disposti in 5 modi; 7 atomi di C in 9 modi; 10 atomi di C in 75 modi; e 20 

atomi di C in più di 300 000 modi! Se includiamo legami multipli e anelli, il numero 

di disposizioni aumenta ulteriormente. Per esempio, se includiamo un legame CNC 

negli scheletri di 5 atomi di C, creiamo altre 5 disposizioni e, se includiamo un anello, 

ne creiamo altre 5 (Figura 15.3). 

Quando si determina il numero di differenti scheletri, si deve tenere presente 

che 

• Ciascun atomo di C è capace di formare un massimo di quattro legami singoli, 

o due legami singoli e un legame doppio, o un legame singolo e un legame triplo. 

• La disposizione degli atomi di C determina lo scheletro, quindi una catena lineare e 

una catena piegata rappresentano lo stesso scheletro. 

• I gruppi legati da legami singoli sono capaci di ruotare, quindi un ramo orientato 

all’ingiù è identico a un ramo orientato all’insù. (Si ricordi che un legame doppio 

limita la rotazione). 

A C C C C C 

B C C C C C 

C 

C 

C C C C 

C 

C C C 

C 

C C C C C 

C 

C C C C 

C 

C C C C 

C 

C C C C 

C 

C 

C 

C 

C 

C 

C C C 

C C C 

C 

C C 

C 

C C C 

C 

C 

C 

C 

C C 

C 

C 

Figura 15.3 Alcuni scheletri a 

cinque atomi di carbonio. A. 

Sono possibili tre scheletri a cinque 

atomi di carbonio con soltanto 

legami singoli. B. Sono possibili 

altri cinque scheletri con la presenza 

di un legame CNC. 

C. Sono possibili altri cinque 

scheletri con la presenza di un 

anello. Sarebbero possibili ancora 

altri scheletri con un anello e un 

legame doppio. 

M. S. Silberberg, Chimica. La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni 3/ed, © 2012, McGraw-Hill Education (Italy) srl 

5

6 

C 

C H 

H 

Un atomo di C legato da un legame 

singolo a un altro atomo di C può legarsi 

a tre atomi di H 

C 

H 

C 

C C 

C 

Un atomo di C legato da legami 

singoli ad altri quattro atomi di C 

è già legato completamente 

(non può legarsi ad alcun atomo di H) 

Figura 15.4 L’aggiunta della 

pelle di atomi di H allo scheletro 

di atomi di C. In una molecola di 

idrocarburo, ogni atomo di carbonio 

si lega a tanti atomi di idrogeno 

quanti sono necessari per conferire 

all’atomo di carbonio un 

totale di quattro legami. 


C 

Se applichiamo una “pelle” di idrogeno su uno scheletro di carbonio, otteniamo un idrocarburo. 

La Figura 15.4 mostra che lo scheletro ha il numero corretto di atomi di H 

quando ciascun atomo di C ha quattro legami. Il Problema di verifica 15.1 permette di 

impratichirsi nel disegno degli idrocarburi. 

Disegno degli idrocarburi 

PROBLEMA DI VERIFICA 15.1 

Problema Si disegnino strutture che abbiano differenti disposizioni degli atomi per idrocarburi con 

(a) sei atomi di C, nessun legame multiplo e nessun anello 

(b) quattro atomi di C, un legame doppio e nessun anello 

(c) quattro atomi di C, nessun legame multiplo e un anello 

Piano In ciascun caso, disegniamo la catena di atomi di carbonio più lunga e poi procediamo fino 

alle catene più corte con rami in differenti punti lungo il loro decorso. Il processo implica tipicamente 

un procedimento per tentativi. Poi aggiungiamo atomi di H per conferire a ciascun atomo di 

C un totale di quattro legami. 

Risoluzione (a) Composti con sei atomi di C: 

catena di 6 atomi di C: H 

catene di 5 atomi di C: 


C C 

H 


singoli ad altri due atomi di C può 

legarsi a due atomi di H 

C 

H 

H 

C H 

Un atomo di C legato da un legame 

doppio a un altro atomo di C è 

considerato come se fosse legato 

ad altri due atomi di C 

H 

H 

H H H H H H 

C C C C C C 

H H H H H H 

H H H H H 

C C C C C 

H H H 

H C 

H 

H 

H 

H 

H C H 

H H H 

C C C C 

H H H 

H C H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

C H 

H H 

C C C C C 

H H H H H 

H C H 

H H H 

C C C C 

H H H 

H C H 

H 

C 

C 

C 

H 

H 

C C 

C 


singoli ad altri tre atomi di C 

può legarsi a un atomo di H 

H 

C C 

C H 

Un atomo di C legato da un legame doppio 

e da un legame singolo ad altri due atomi di 

C o un atomo di C legato da un legame triplo 

a un altro atomo di C è considerato come 

se fosse legato ad altri tre atomi di C 


H 

H

(b) Composti con quattro atomi di C e un legame doppio: 


catena di 3 atomi di C: 

(c) Composti con quattro atomi di C e un anello: 

Verifica Si badi che ciascuno scheletro abbia il numero corretto di atomi di C e di legami e che nessuna 

disposizione sia ripetuta o omessa; si ricordi che un legame doppio conta come due legami. 

Commento Si evitino alcuni errori comuni: 

In (a): 

lo scheletro 

In (b): lo scheletro C C C C è uguale allo scheletro C C C C 

Il legame doppio limita la rotazione, quindi un’altra possibilità è 

Troppi legami in 

lo scheletro 

In (c): troppi legami in 

H H 

5 legami 

H 

H C C C 

H 

H 

H 

H 

C C C C C è uguale allo scheletro C C C C C 

C 

C 

H 

H H 

5 legami 

C H H 

C 

H 

H H 

H C C C 

H 

H 

C 

C C C C 

C 

C 

H 

H H 

H C C H 

anello di 4 atomi di C: anello di 3 atomi di C: 

H C C H 

H 

H H 

H 

C C H 

H H H 


H H H H 

C C C C 

H H 

H 

H 

H H H 

H C C C 

è uguale allo scheletro 

H H H 

C H 

PROBLEMA DI APPROFONDIMENTO 15.1 Si disegnino tutti gli idrocarburi che 

hanno differenti disposizioni atomiche con 

(a) sette atomi di C, nessun legame multiplo e nessun anello (nove disposizioni) 

(b) cinque atomi di C, un legame triplo e nessun anello (tre disposizioni) 

Il numero enorme di idrocarburi può essere classificato in quattro gruppi principali. Nel 

resto di questo paragrafo esamineremo alcune caratteristiche strutturali e alcune proprietà 

fisiche di ciascun gruppo. In seguito esamineremo il comportamento chimico 

degli idrocarburi. 

H 

H 

H H H H 

C C C C 

H H 

C 

H 

H H 

C 

C 

C 

C 

C C C C 

H 

C C H 

H H H 


7

8 

Tabella 15.1 Radici 

numeriche per le catene e 

i rami di atomi di carbonio 

Radici 

met 

etpropbutpenteseptottnondec- 

Numero di 

atomi di C 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 


Alcani: idrocarburi con soltanto legami singoli 

Un idrocarburo che contenga soltanto legami singoli è un alcano (formula generale 

C nH 2n2, dove n è un numero intero positivo). Per esempio, se n 5, la formula è 

C 5H [(25)2], ossia C 5H 12. Questi composti comprendono una serie omologa, in cui 

ciascun membro differisce da quello successivo per un gruppo -CH 2- (metilene). 

Negli alcani, ciascun atomo di C è ibridato sp 3 . Poiché ciascun atomo di C è legato al 

numero massimo di altri atomi (C o H), gli alcani sono detti idrocarburi saturi. 

Nomenclatura degli alcani Abbiamo indicato i nomi dei primi dieci alcani non ramificati 

nel Capitolo 2 (vedi Tabella 2.7). Qui esporremo le regole generali per la nomenclatura 

di qualsiasi alcano e, per estensione, anche di altri composti organici. Il punto 

essenziale da ricordare è che ciascuna catena, ciascun ramo o ciascun anello ha un 

nome basato sul numero di atomi di C. Il nome completo del composto ha tre parti: 

PREFISSO RADICE SUFFISSO 

• Radice. La radice indica il numero di atomi di C nella catena continua più lunga 

nella molecola. Le radici sono indicate nella Tabella 15.1. Si tenga presente che esistono 

radici speciali per i composti di 1 4 atomi di C; le radici delle catene più 

lunghe si basano su numeri greci. 

• Prefisso. Ogni prefisso identifica un gruppo legato alla catena principale e il numero 

dell’atomo di carbonio a cui è legato. I prefissi che identificano i rami degli idrocarburi 

sono uguali ai nomi delle radici (Tabella 15.1), ma assumono una desinenza 

-il. Ogni prefisso è scritto prima della radice. 

• Suffisso. Il suffisso indica il tipo di composto organico rappresentato dalla molecola, 

cioè, identifica il gruppo funzionale posseduto dalla molecola. Il suffisso è scritto 

dopo la radice. 

Per esempio, nel nome 2-metilbutano, 2-metil- è il prefisso (un gruppo metilico è legato 

all’atomo C-2 della catena principale), -but- è la radice (la catena principale ha quattro 

atomi di C) e -ano è il suffisso (il composto è un alcano). 

Gli alcani sono descritti qui per illustrare l’approccio generale alla nomenclatura; 

gli altri composti organici sono denominati nello stesso modo, con vari altri prefissi e 

suffissi (vedi Tabella 15.5). Oltre ai nomi sistematici introdotti qui, molti composti sono 

ancora noti con i loro nomi comuni; noteremo i più importanti. Per ottenere il nome 

sistematico di un composto, 

1. Determinare il nome della catena più lunga (radice). 

2. Aggiungere il tipo di composto (suffisso). 

3. Determinare il nome degli eventuali rami (prefisso). 

La Tabella 15.2 presenta le regole di nomenclatura di un composto organico e le applica 

a un alcano costituente un componente della benzina. 

Visualizzazione degli alcani con formule e modelli Da nessuna parte è più importante 

– o più utile – visualizzare le molecole che nella trattazione dei composti organici, 

quindi i chimici impiegano vari metodi per visualizzare queste strutture complesse. 

Sulla superficie bidimensionale del foglio e della lavagna, le formule di struttura 

espanse e condensate sono le più facili da disegnare. Con kit per modelli molecolari o 

programmi per computer, i modelli tridimensionali rendono realistiche le forme molecolari. 

La formula espansa rappresenta ciascun atomo e ciascun legame; questo tipo compare 

nel Problema di verifica 15.1. Un tipo comune di formula condensata raggruppa 

gli atomi di H con l’atomo di C a cui sono legati. La Figura 15.5 mostra la formula 

espansa e la formula condensata, insieme ai modelli ball-and-stick e space-filling, del 

composto denominato nella Tabella 15.2. 

Idrocarburi ciclici Un idrocarburo ciclico contiene uno o più anelli nella sua struttura. 

Quando un alcano a catena lineare (CnH2n2) forma un anello, due atomi di H 



Tabella 15.2 Regole di nomenclatura di un composto organico 

vanno perduti quando si forma il legame C-C per unire le due estremità della catena. 

Perciò, i cicloalcani hanno la formula generale C nH 2n. Gli idrocarburi ciclici vengono 

spesso disegnati con un metodo abbreviato che mostra soltanto le lineette rappresentative 

dei legami C-C. Si presuppone che ogni vertice dell’anello sia un atomo di C 

con il numero corretto di atomi di H legati per dare un totale di quattro legami; strutture 

espanse e abbreviate per alcuni cicloalcani, insieme ai modelli tridimensionali, sono 

presentate nella Figura 15.9. Si noti che, eccettuati gli anelli a tre atomi di C, i cicloalcani 

sono non planari. Questa caratteristica strutturale deriva dalla forma tetraedrica 

attorno a ciascun atomo di C e dalla necessità di minimizzare le repulsioni elettroniche 

tra atomi di H adiacenti. Di conseguenza, è massimizzata la sovrapposizione degli 

orbitali di atomi di C adiacenti. La forma più stabile di cicloesano (Figura 15.6D) è 

detta conformazione a sedia. 

Isomeria costituzionale e proprietà fisiche degli alcani 

Due o più composti che abbiano la stessa formula molecolare ma differenti proprietà 

sono detti isomeri. Quelli con differenti disposizioni degli atomi legati sono detti isomeri 

costituzionali (o strutturali); ne sono esempi gli alcani con un dato numero di 

atomi di C ma differenti scheletri. Il più piccolo alcano che presenta isomeria costituzionale 

ha quattro atomi di C: due differenti composti hanno la formula C 4H 10 (Tabel- 

H 

1. Determinazione del nome della catena più lunga (radice) 

(a) Trovare la catena continua più lunga di atomi di C. 

(b) Scegliere la radice che corrisponde al numero di atomi di C 

in questa catena. 

2. Determinazione del nome del tipo di composto (suffisso) 

(a) Per gli alcani, aggiungere il suffisso -ano alla radice della catena. 

(Altri suffissi sono indicati nella tabella 15.5 con il gruppo 

funzionale e il tipo di composto). 

(b) Se la catena forma un anello, il nome è preceduto da ciclo-. 

3. Determinazione del nome dei rami (prefisso) 

(a) Il nome di ciascun ramo è costituito da una sottoradice 

(numero di atomi di C) e dalla desinenza -il per indicare 

che non fa parte della catena principale. 

(b) I nomi dei rami precedono il nome della catena. 

Quando sono presenti due o più rami, denominarli in 

ordine alfabetico. 

(c) Per specificare la posizione del ramo lungo la catena, numerare 

consecutivamente gli atomi di C della catena principale, partendo 

dall’estremità più vicina a un ramo, per ottenere il numero 

più basso per i rami. 

Premettere al nome di ciascun ramo il numero dell’atomo di C della 

catena a cui quel ramo è connesso. 

(d) Se il composto è privo di rami, il nome è costituito dalla radice 

e dal suffisso. 

H 

H 

C H 

H H H 

C C C C 

H H H 

H C H 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 

C H 

H 

CH 3 

CH3 CH CH CH2 CH 2 

CH 3 

CH 2 

CH 3 

CH 3 CH CH CH 2 

Figura 15.5 Modi di visualizzare 

formule e modelli di un alcano. 

H 

formula espansa formula condensata 

modello ball-and-stick modello space-filling 

CH 3 

CH 3 

CH 2 

metil 

CH 3 

6 atomi di C =: es- 

es- -ano =: esano 

CH 3 CH CH CH 2 

CH 2 

CH 3 

CH 2 

CH 2 

etil 

etilmetilesano 

CH3 1 2 3 4 5 

CH3 CH CH CH2 CH2 CH 2 

3-etil-2-metilesano 


CH 3 

CH 3 

CH 3 

6 

CH3 9

10 


Tabella 15.3 Gli isomeri costituzionali di C 4H10 e C5H12 

Nome sistematico 

(nome comune) 

butano 

(n-butano) 

2-metilpropano 

(isobutano) 

pentano 

(n-pentano) 

2-metilbutano 

(isopentano) 

2,2-dimetilpropano 

(neopentano) 

Figura 15.6 Visualizzazione 

degli alcani. I cicloalcani sono di 

solito disegnati come poligoni 

regolari. Ciascun lato rappresenta 

un legame C-C e ciascun vertice 

rappresenta un atomo di C con il 

numero necessario di atomi di H. 

Le formule espanse mostrano ciascun 

legame nella molecola. I 

modelli ball-and-stick e space-filling 

mostrano che, eccettuato il 

ciclopropano, gli anelli non sono 

planari. Queste disposizioni minimizzano 

le repulsioni elettroniche 

tra atomi di H adiacenti. Il cicloesano 

(D) è rappresentato nella sua 

conformazione a sedia più stabile. 

Formula 

condensata 

CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 

CH 3 CH CH 3 

CH 3 

CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 

CH 3 CH CH 2 CH 3 

CH 3 

CH 3 

CH 3 C CH 3 

CH 3 

H 

H 

H 

C 

H 

H 

C C 

H H 

H 

H 

H 

H H H H 

C C C C 

H H H H 

H 

H 

H H H 

C C C 

H H 

H C H 

H 

H 

H 

C C 

C 

H 

H H H H 

C C C C 

H H H H 

H 


espansa 

H H H H 

C C C C 

H H H 

H C H 

H 

H 

H C H 

H H 

C C C 

H H 

H C H 

H 

C 

H 

H 

H 

C 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H H 

A ciclopropano B ciclobutano C ciclopentano D cicloesano 

H 

H 

Modello 

space-filling 

H 

C 

H H 

C 

C C 

C 

H 

Densità 

(g/mL) 

H 

H 

0,579 

0,549 

0,626 

0,620 

0,614 

H 

H 

H 

H 

Temperatura di 

ebollizione (°C) 

H 

H 

C 

C C 

C 

C 

H H 

0,5 

11,6 


36,1 

27,8 

9,5 

C 

H 

H 

H 

H

metano ( = 16,04) 

etano ( = 30,07) 

propano ( = 44,09) 

butano ( = 58,12) 

pentano ( = 72,15) 

esano ( = 86,17) 

eptano ( = 100,20) 

ottano ( = 114,22) 

nonano ( = 128,25) 

decano ( = 142,28) 

la 15.3). Quello non ramificato è il butano (nome comune, n-butano; dove n- sta per 

“normale”, ossia a catena lineare)e l’altro è il 2-metilpropano (nome comune isobutano). 

Similmente, tre composti hanno la formula C 5H 12. L’isomero non ramificato è il 

pentano (nome comune, n-pentano); quello con un gruppo metilico in C-2 di una catena 

di quattro atomi di C è il 2-metilbutano (nome comune, isopentano). Il terzo isomero 

ha due rami metilici su C-2 di una catena di tre atomi di C, quindi il suo nome è 2,2dimetilpropano 

(nome comune, neopentano). 

Poiché gli alcani sono quasi apolari, ci si attende che le loro proprietà fisiche siano 

determinate da forze di dispersione, e la temperatura di ebollizione nella Tabella 15.3 

lo conferma. Gli alcani a quattro atomi di C hanno temperature di ebollizione inferiori 

a quelle dei composti a cinque atomi di C. Inoltre, in ciascun gruppo di isomeri, il 

membro più sferico (isobutano o neopentano) ha una temperatura di ebollizione inferiore 

a quella del membro più allungato (n-butano o n-pentano). Come abbiamo visto 

nel Capitolo 12, questa tendenza è dovuta al fatto che una forma sferica determina un 

minore contatto intermolecolare e quindi riduce le forze di dispersione totali rispetto a 

quanto fa una forma allungata. 

Un esempio particolarmente chiaro dell’effetto delle forze di dispersione sulle proprietà 

fisiche si osserva tra gli alcani non ramificati (n-alcani). Tra questi composti, la 

temperatura di ebollizione aumenta in modo regolare all’aumentare della lunghezza della 

catena: più lunga è la catena, maggiore è il contatto, più forti sono le forze di dispersione 

e più alta è la temperatura di ebollizione (Figura 15.7). Il pentano (cinque atomi di C) è 

il più piccolo n-alcano che esista nello stato liquido a temperatura ambiente. La solubilità 

degli alcani, e di tutti gli idrocarburi, può essere prevista facilmente con la regola “il 

simile scioglie il simile” (Paragrafo 13.1). Gli alcani sono miscibili l’uno nell’altro e in 

altri solventi apolari, come il benzene, ma sono quasi insolubili in acqua. Per esempio, 

la solubilità del pentano in acqua è soltanto 0,36 g/L a temperatura ambiente. 

Molecole chirali e isomeria ottica 


CH4 

CH3CH3 

CH3CH2CH3 

–164 

CH3CH2CH2CH3 

CH3CH2CH2CH2CH3 

–273 –200 –100 

Temperatura (°C) 

0 100 200 

Un altro tipo di isomeria in alcuni alcani e in molti altri composti organici (nonché 

in alcuni composti inorganici) è detto stereoisomeria. Gli stereoisomeri sono molecole 

che hanno la stessa disposizione di atomi ma differenti orientamenti dei gruppi 

nello spazio. L’isomeria ottica è un tipo di stereoisomeria: quando due oggetti sono 

l’uno l’immagine speculare dell’altro e non sono sovrapponibili, essi sono isomeri 

ottici, detti anche enantiomeri. Per usare un esempio familiare, la nostra mano destra 

è un isomero ottico della nostra mano sinistra. Se guardiamo la nostra mano destra 

in uno specchio, vediamo che l’immagine formata dallo specchio è identica alla nostra 

mano sinistra (Figura 15.8). Però, indipendentemente da come contorciamo le brac- 

–89 

CH3CH2CH2CH2CH2CH3 

–42 

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 

– 0,5 

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 

36 

69 

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 

98 

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 

126 

151 

174 

11 

Figura 15.7 Temperature di 

ebollizione dei primi 10 alcani 

non ramificati. La temperatura di 

ebollizione aumenta in modo regolare 

all’aumentare della lunghezza 

della catena perché aumentano le 

forze di dispersione. Ogni voce 

comprende il nome, la massa 

molare [, in grammi per mole 

(g/mol)], la formula e la temperatura 

di ebollizione alla pressione di 1 

atm. 

immagine speculare 

della mano destra 

(uguale alla 

mano sinistra) 

mano 

destra 

Figura 15.8 Un’analogia per gli 

isomeri ottici. L’immagine riflessa 

della nostra mano destra ha l’aspetto 

della nostra mano sinistra. 

Ciascuna mano è asimmetrica, 

quindi non possiamo sovrapporre 

le due mani con le palme rivolte 

nella stessa direzione. 


12 

Figura 15.9 Due molecole chirali. 

A. Il 3-metilesano è chirale 

perché C-3 è legato a quattro differenti 

gruppi. Questi due modelli 

sono isomeri ottici (enantiomeri). 

B. L’atomo di C centrale nell’amminoacido 

alanina è legato 

anch’esso a quattro differenti 

gruppi. 

Figura 15.10 La rotazione della 

luce polarizzata in un piano per 

opera di una sostanza otticamente 

attiva. La sorgente emette 

onde luminose che oscillano in 

tutti i piani. Quando la luce attraversa 

il primo filtro polarizzatore, 

dal filtro emergono onde luminose 

oscillanti soltanto in un piano. Il 

fascio polarizzato in un piano entra 

nel compartimento del campione, 

contenente una concentrazione 

nota di un isomero ottico, e il 

piano della luce polarizzata ruota 

mentre attraversa la soluzione. 

Affinché lo sperimentatore veda la 

luce, essa deve attraversare un 

secondo filtro polarizzatore (detto 

analizzatore), che è fissato a un 

anello mobile tarato in gradi d’angolo 

e misura l’angolo di rotazione 

del piano. 


1 

2 

3 

4 

5 

6 

centro 

chirale 

1 

2 

A isomeri ottici del 3-metilesano 

3 

4 

5 

6 

centro 

chirale 

B isomeri ottici dell’alanina 

cia, le nostre mani non possono essere sovrapposte l’una all’altra in tutte le loro parti. 

Non sono sovrapponibili perché ciascuna è asimmetrica: non esiste un piano di simmetria 

che divida la nostra mano in due parti identiche. 

Una molecola asimmetrica è detta molecola chirale (dal greco chéir, “mano”). 

Tipicamente, una molecola organica è chirale se contiene un atomo di carbonio che è 

legato a quattro differenti gruppi. Questo atomo di C è detto centro chirale o carbonio 

asimmetrico. Per esempio, nel 3-metilesano, C-3 è un centro chirale perché è legato 

a quattro differenti gruppi: H-, CH 3-, CH 3-CH 2- e CH 3-CH 2-CH 2- (Figura 

15.9A). Come le nostre due mani, le due forme sono immagini speculari e non sono 

sovrapponili l’una all’altra: quando due dei gruppi vengono sovrapposti, gli altri due 

sono l’uno opposto all’altro. Perciò, le due forme sono isomeri ottici. Anche l’atomo 

di C centrale nell’amminoacido alanina è un centro chirale (Figura 15.9B). 

A differenza degli isomeri costituzionali, gli isomeri ottici sono identici sotto tutti 

gli aspetti tranne due: 

1. Nelle proprietà fisiche, gli isomeri ottici differiscono soltanto nel verso in cui 

ciascun isomero ruota il piano della luce polarizzata. Per misurare l’angolo di rotazione 

del piano della luce polarizzata si impiega un polarimetro (Figura 15.10). Un 

fascio di luce è costituito da onde che oscillano in tutti i piani. Un filtro polarizzatore 

blocca tutte le onde eccettuate quelle oscillanti in un determinato piano, quindi 

la luce emergente dal filtro è polarizzata in un piano. Un isomero ottico è otticamente 

attivo perché ruota il piano di questa luce polarizzata. (I display a cristalli 

liquidi contengono filtri polarizzatori e composti otticamente attivi; vedi Figura 

12.45). L’isomero destrogiro (indicato con d o con il segno ) ruota nel verso orario 

il piano della luce polarizzata; l’isomero levogiro (indicato con l o con il segno ) 

è l’immagine speculare del primo e ruota nel verso antiorario il piano della luce polarizzata. 

Una miscela equimolare dei due composti (detta miscela racemica) non ruota 

affatto il piano della luce polarizzata perché la rotazione nel verso orario elide quella 

nel verso antiorario. La rotazione specifica è una proprietà caratteristica, misurabile, 

dell’isomero a una certa temperatura, concentrazione e lunghezza d’onda della luce. 

2. Nelle proprietà chimiche, gli isomeri ottici differiscono soltanto in un ambiente 

chimico chirale (asimmetrico), cioè, in un ambiente capace di distinguere le molecole 

destrogire dalle molecole levogire. Come analogia, la nostra mano destra si 

sorgente di luce 

le onde luminose 

non polarizzate 

oscillano in tutti i piani 

filtro polarizzatore 

le onde luminose 

piano-polarizzate 

oscillano in un solo piano 

compartimento del campione 

contenente una soluzione 

di una sostanza 

otticamente attiva angolo di rotazione 

θ 

luce polarizzata 

ruotata 

270 ° 

0° 

180° 

analizzatore 


90 °

adatta bene al nostro guanto destro, ma non al nostro guanto sinistro. Tipicamente, 

un isomero di un reagente otticamente attivo è aggiunto a una miscela di isomeri 

ottici di un altro composto. I prodotti della reazione hanno differenti proprietà e possono 

essere separati. Per esempio, quando si aggiunge l’anione d-lattato a una miscela 

di d-alanina e di l-alanina nelle loro forme cationiche, l’isomero d dell’alanina cristallizza 

come sale d-lattato/d-alanina, ma il sale d-lattato/l-alanina è più solubile e 

rimane in soluzione. 

L’isomeria ottica svolge un ruolo essenziale nelle cellule viventi. Quasi tutti 

i carboidrati e gli amminoacidi sono otticamente attivi, ma soltanto uno degli 

isomeri è biologicamente utilizzabile. Per esempio, il d-glucosio viene metabolizzato 

per ricavarne energia, mentre l’l-glucosio viene eliminato inutilizzato. Similmente, 

l’l-alanina viene incorporata nelle proteine in condizioni naturali, ma la 

d-alanina no. L’organismo distingue un isomero ottico dall’altro mediante i suoi 

enzimi, grandi molecole che accelerano quasi tutte le reazioni nella cellula legandosi 

ai reagenti. Una parte specifica dell’enzima fornisce l’ambiente asimmetrico, 

quindi soltanto uno degli isomeri è capace di legarsi e di subire la reazione (Figura 

15.11). 

Alcheni: idrocarburi con legami doppi 


Un idrocarburo che contenga almeno un legame CNC è detto alchene. Con la rimozione 

di due atomi di H per formare il legame doppio, gli alcheni hanno la formula 

generale C nH 2n. Gli atomi di C legati da un legame doppio sono ibridati sp 2 . Poiché 

ciascuno dei loro atomi di C lega meno del massimo di quattro atomi, gli alcheni sono 

considerati idrocarburi insaturi. 

I nomi degli alcheni differiscono da quelli degli alcani sotto due aspetti: 

1. La catena principale (radice) deve contenere entrambi gli atomi di C del legame doppio, 

anche se non è la catena più lunga. La catena è numerata a partire dall’estremità 

più vicina al legame CNC, e la posizione del legame è indicata dal numero del 

primo atomo di C presente in esso. 

2. Il suffisso per gli alcheni è -ene. 

Per esempio, esistono tre alcheni con quattro atomi di C (C4H8), due non ramificati e 

uno ramificato (Problema di verifica 15.1, parte b). L’isomero ramificato è il 2-metilpropene; 

l’isomero non ramificato con il legame CNC tra C-1 e C-2 è l’1-butene; l’isomero 

non ramificato con il legame CNC tra C-2 e C-3 è il 2-butene. Come vedremo 

tra poco, esistono due isomeri del 2-butene, ma essi sono di tipo diverso da quelli che 

abbiamo esaminato finora. 

Il legame CNC e l’isomeria geometrica (cis-trans) Esistono due differenze strutturali 

principali tra gli alcheni e gli alcani. In primo luogo, gli alcani hanno una geometria 

tetraedrica ( 109,5°) attorno a ciascun atomo di C, mentre gli atomi di C legati 

da legame doppio negli alcheni hanno una geometria planare trigonale ( 120°). In 

secondo luogo, il legame C-C permette la rotazione dei gruppi legati, quindi gli atomi 

in un alcano variano continuamente le loro posizioni relative. Per contro, il legame 

del legame CNC limita la rotazione, il che fissa le posizioni relative degli atomi legati 

a esso. 

Questa limitazione della rotazione dà origine a un altro tipo di stereoisomeria. 

Gli isomeri geometrici (detti anche isomeri cis-trans) hanno differenti orientamenti 

dei gruppi attorno a un legame doppio (o una caratteristica strutturale simile). La 

Tabella 15.4 mostra i due isomeri geometrici del 2-butene (vedi anche Commento, 

Problema di verifica 15.1). Un isomero, il cis-2-butene, ha i gruppi CH3 dalla stessa 

parte del legame CNC, mentre l’altro isomero, il trans-2-butene, li ha da parti opposte 

del legame CNC. In generale, un isomero cis ha le più grandi parti della catena 

principale dalla stessa parte del legame doppio e un isomero trans le ha da parti 

opposte. Affinché una molecola abbia isomeri geometrici, ciascun atomo di C nel 

sito di 

legame chirale 

B 

A 

superficie dell'enzima 

C 

13 

molecola chirale 

Figura 15.11 Il sito di legame di 

un enzima. Gli organismi sono 

capaci di utilizzare soltanto uno di 

una coppia di isomeri ottici perché i 

loro enzimi hanno siti di legame con 

forme chirali (asimmetriche). La 

forma dell’immagine speculare di 

questa molecola non le permette di 

legarsi a questo sito. 

Farmaci chirali Molti farmaci 

sono molecole chirali di cui un isomero 

ottico è biologicamente attivo 

e l’altro ha un differente tipo di attività 

o ne è completamente privo. 

Ne è un esempio il naprossene, un 

farmaco analgesico e antinfiammatorio: 

un isomero (vedi il modello) 

è attivo come farmaco antiartritico 

e l’altro è una potente sostanza tossica 

per il fegato che deve essere 

rimossa dalla miscela durante la 

sintesi. Un altro esempio è la talidomide, 

un farmaco tristemente 

noto. Un isomero ottico è attivo 

contro la depressione, mentre l’altro 

causa mutazioni fetali e decessi. 

Tragicamente, il farmaco era 

venduto negli anni Cinquanta 

come miscela racemica e causò 

malformazioni degli arti in molti 

bambini alle cui madri era stato 

prescritto per alleviare la nausea 

che si manifesta nel primo trimestre 

di gravidanza. 


D

14 

CH 3 

CH 3 C CH 2 CH 3 

CH 3 

CH 3 


legame CNC deve essere legato a due differenti gruppi. Come tutti gli isomeri, 

gli isomeri geometrici hanno differenti proprietà. È importante notare nella Tabella 

15.4 che i due 2-buteni differiscono nella forma molecolare e nelle proprietà fisiche. 

L’isomero cis ha nella catena una piega di cui l’isomero trans è privo. Nei Capitoli 

10 e 12 abbiamo visto come questa differenza influenza la polarità molecolare 

e le proprietà fisiche, che derivano da differenti intensità delle attrazioni molecolari. 

Alchini: idrocarburi con legami tripli 

Gli idrocarburi che contengono almeno un legame CPC sono detti alchini. La loro 

formula generale è CnH2n2 perché hanno due atomi di H in meno rispetto agli alcheni 

della stessa lunghezza. Poiché un atomo di C in un legame CPC può legarsi soltanto 

a un altro atomo, la geometria attorno a ciascun atomo di C è lineare (180°): ciascun 

atomo di C è ibridato sp. La nomenclatura degli alchini segue le stesse regole di quella 

degli alcheni, tranne che il suffisso è -ino. A causa dei loro elettroni localizzati, i 

legami CNC e CPC sono ricchi di elettroni e si comportano come gruppi funzionali. 

Perciò, gli alcheni e gli alchini sono molto più reattivi degli alcani, come vedremo nel 

Paragrafo 15.4. 

CH 3 

CH 2 CH CH 

Tabella 15.4 Gli isomeri geometrici del 2-butene 

Nome 

sistematico 

cis-2-butene 

trans-2-butene 


Problema Si indichi il nome sistematico di ciascuna delle seguenti specie, si indichi il centro chirale 

nella parte (d), e si disegnino due isomeri geometrici per la parte (e): 

CH 2 

CH 3 

CH 3 


condensata 

(a) (b) (c) (d) (e) 

CH3 C 

H 

CH3 C 

H 

CH 3 

CH 2 

C 

C 

CH 3 

CH 3 

H 

H 

CH 3 

Modello 

space-filling 

Nomenclatura di alcani, alcheni e alchini 

CH 3 

CH 3 CH 2 CH CH CH 2 

CH2 CH C CH CH3 Piano Per le parti (a) (c), facciamo riferimento alla Tabella 15.2. Prima denominiamo 

la catena più lunga (radice- -ano). Poi troviamo i numero dei rami più basso contando gli 

atomi di C a partire dall’estremità più vicina a un ramo. Poi denominiamo ciascun ramo (radice- 

-ile) e lo premettiamo alfabeticamente al nome della catena. Per (d) e (e), numeriamo la 

catena più lunga comprendente il legame multiplo a partire dall’estremità più vicina a esso. Per 

(d), il centro chirale è l’atomo di C legato a quattro differenti gruppi. In (e), l’isomero cis 

ha i gruppi più grandi dalla stessa parte del legame doppio, e l’isomero trans li ha da parti opposte. 

CH 3 

Densità 

(g/mL) 

0,621 

0,604 

Temperatura di 

ebollizione (C) 


CH 3 

3,7 

0,9 

CH 3


Risoluzione 

(a) 

CH3 metil 

butano 

(b) 

esano CH3 metil 

(c) 

(d) 

CH3 C CH2CH3 1 2 3 

CH3 4 

metil 

2,2-dimetilbutano 

Quando un tipo di ramo compare 

più di una volta, raggruppiamo i 

numeri delle catene e indichiamo 

il numero di rami con un prefisso 

numerico, quale 2,2-dimetil. 

CH 3 

H 3 CH 2 CH CH CH 2 

4 

3 2 

centro chirale 

3-metil-1-pentene 

metil 

1 

1-pentene 

Verifica Una buona verifica (e un’eccellente pratica) è invertire il procedimento disegnando strutture 

per i nomi per vedere se si ottengano le strutture date nel problema. 

Commento Nella parte (b), anche C-3 e C-4 sono centri chirali, così come lo sono C-1 e C-2 nella 

parte (c). Però, nella parte (b) la molecola non è chirale: ha un piano di simmetria tra C-3 e C-4, 

quindi metà della molecola ruota la luce nel verso opposto rispetto all’altra metà. Si evitino questi 

errori comuni. In (b), il 2-etil-3-metilpentano è sbagliato: la catena più lunga è l’esano. In (c), l’1metil-2-etilciclopentano 

è sbagliato: i rami sono denominati alfabeticamente. 

PROBLEMA DI APPROFONDIMENTO 15.2 Si disegnino formule condensate 

per i composti con i seguenti nomi: (a) 3-etil-3-metilottano; (b) 1-etil-3-propilcicloesano; 

(c) 3,3-dietil-1-esino; (d) trans-3-metil-3-eptene. 

Idrocarburi aromatici: molecole cicliche con elettroni 

delocalizzati 

A differenza dei cicloalcani, gli idrocarburi aromatici sono molecole planari, di solito 

con uno o più anelli di sei atomi di C, e sono spesso disegnati con legami singoli e 

doppi alternati. Però, come abbiamo visto nel caso del benzene (Paragrafo 10.1), tutti 

i legami degli anelli sono identici, con valori di lunghezza e forza intermedi tra quelli 

di un legame C-C e quelli di un legame CNC. Per indicarlo, il benzene è rappresentato 

anche come un ibrido di risonanza, con un circoletto (o un circoletto tratteggiato) 

che rappresenta il carattere delocalizzato degli elettroni (Figura 15.12A). Una 

A 

¢£ 

or 

(e) 

CH3 6 

CH3 6 

cis-2,3-dimetil-3-esene 

B 

CH2 5 

H 

CH2 5 

CH 

4 3 

2 

CH 

CH 2 

1 CH3 CH 3 

CH 3 

metil 

C C 

CH CH3 

4 3 

2 1 

CH3 metil 

3-esene 

CH 3 

ciclopentano 

4 

5 1 

3 2 

CH 2 

CH 3 

CH 2 

H 

metil 

3,4-dimetilesano 1-etil-2-metilciclopentano 

In questo caso, numeriamo la catena 

a partire dall’una o dall’altra estremità 

perché i rami sono identici e 

sono connessi ai due atomi di C 

centrali. 

CH 3 

etil 

Numeriamo gli atomi di C 

dell’anello in modo che un 

ramo sia connesso a C-1. 

CH 3 

C C CH CH3 

CH 3 

trans-2,3-dimetil-3-esene 

15 

Figura 15.12 Rappresentazioni 

del benzene. A. Il benzene è disegnato 

spesso con due forme di risonanza, 

che mostrano legami singoli 

e legami doppi alternati in differenti 

posizioni. La molecola è visualizzata 

più correttamente come l’ibrido di 

risonanza, con gli elettroni delocalizzati 

rappresentati come un circoletto 

a tratto continuo o tratteggiato. B. 

La nuvola delocalizzata e il piano 

del legame dell’anello benzenico. 


16 

CH 3 

naftalene 

metilbenzene 

(toluene) 

temperatura di 

ebollizione = 110,6 °C 

benzo[a]pirene 

Cancerogeni aromatici I 

composti aromatici policiclici hanno 

sistemi di anelli “fusi”, in cui 

due o più anelli hanno in comune 

due o più lati. Il più semplice è il 

naftalene, una sostanza di partenza 

per la produzione di coloranti. È 

stato dimostrato che molti di questi 

composti (e il benzene stesso) esplicano 

un’attività cancerogena. Uno 

dei più potenti, il benzo[a]pirene, è 

presente nella fuliggine, nel fumo di 

sigaretta, nei gas di scarico dei veicoli 

a motore a combustione e persino 

nel fumo dei barbecue! 

CH 3 


visualizzazione degli orbitali mostra i due lobi della nuvola delocalizzata e, sotto, il 

piano esagonale degli atomi di C legati da legami (Figura 15.12B). 

La nomenclatura sistematica dei composti aromatici semplici è piuttosto semplice. Di 

solito, il benzene è il composto progenitore, e i gruppi legati, o sostituenti, sono denominati 

come prefissi. Però, continuano a essere usati molti nomi comuni. Per esempio, 

il benzene con un gruppo metilico è denominato sistematicamente metilbenzene ma è 

più noto con il nome comune toluene. Con un solo sostituente presente nel toluene, 

non numeriamo gli atomi di C dell’anello; però, quando sono legati due o più gruppi, 

numeriamo in modo tale che uno dei gruppi sia legato al C-1 dell’anello. Perciò, il 

toluene e i tre isomeri strutturali con due gruppi metilici legati sono 

CH 3 

1,2-dimetilbenzene 

(o-xilene) 



Nei nomi comuni, le posizione di due gruppi sono indicate con o- (orto) per i gruppi 

su atomi di C dell’anello adiacenti, con m- (meta) per i gruppi separati da un atomo di 

C dell’anello e con p- (para) per i gruppi su atomi di C dell’anello opposti. Per esempio, 

i dimetilbenzeni (comunemente noti come xileni) sono importanti solventi e materie 

prime per fibre poliesteri e coloranti. 

Il numero degli isomeri aumenta quando sono legati due o più gruppi. Per esempio, 

esistono sei isomeri per un composto con un solo gruppo metilico e tre gruppi nitro 

(-NO 2) legati a un anello benzenico; l’esplosivo TNT (trinitrotoluene o tritolo) è soltanto 

uno di essi: 

O 2 N 

CH 3 

NO 2 

CH 3 

NO 2 

CH 3 

2,4,6-trinitrometilbenzene 

(trinitrotoluene, TNT) 


(m-xilene) 




(p-xilene) 



Uno dei metodi più importanti per determinare le strutture delle molecole organiche è 

esaminato nel saggio Strumenti del laboratorio (pp. 18-19). 

Variazioni su un tema: idruri inorganici concatenati 

Nelle trattazioni brevi denominate Variazioni su un tema proposte in tutto questo capitolo 

esaminiamo similarità tra composti organici e composti inorganici. Da questo punto 

di vista, vedremo che il comportamento del carbonio è notevole, ma non unico, nella 

chimica degli elementi. 

Anche se nessun elemento si avvicina al carbonio nella varietà e nella complessità 

dei suoi idruri, la catenazione (o concatenazione) si osserva spesso nella tavola 

periodica, e si conoscono molte strutture ad anello, a catena e a gabbia. Alcune delle 

più affascinanti appartengono agli idruri di boro o borani (Paragrafo 14.5). Anche se 

le loro forme rivaleggiano persino con quelle degli idrocarburi, la debolezza dei loro 


CH 3 

CH 3

insoliti legami a ponte rende la maggior parte di essi termicamente e chimicamente 

instabili. 

Esiste un’evidente similarità strutturale tra gli alcani e gli idruri di silicio o silani 

(Paragrafo 14.6). I silani hanno persino una formula generale analoga (Si nH 2n2). Si 

conoscono anche silani ramificati, ma fino a poco tempo fa non erano stati preparati 

composti ciclici o insaturi (SiNSi). A differenza degli alcani, i silani sono termicamente 

instabili e si accendono spontaneamente nell’aria. 

La capacità dello zolfo di subire catenazione è seconda soltanto a quella del carbonio, 

e tra i suoi allotropi esistono molte catene e molti anelli (Paragrafo 14.8). Si 

conosce una grande serie di idruri di zolfo o polisolfani. Però, queste molecole sono 

catene non ramificate con atomi di H soltanto alle estremità (H-S n-H). Come i silani, 

i polisolfani sono facilmente ossidabili e si decompongono facilmente all’unico idruro 

stabile di zolfo, H 2S, e al suo allotropo più stabile, il ciclo-S 8. 

15.3 ALCUNE CLASSI IMPORTANTI DI REAZIONI 

ORGANICHE 

Nel Capitolo 4 abbiamo classificato le reazioni chimiche sulla base del processo chimico 

coinvolto (reazioni di precipitazione, reazioni acido-base e reazioni di ossidoriduzione) 

e poi abbiamo presentato una breve classificazione basata sul numero di 

reagenti e di prodotti (reazioni di combinazione, reazioni di decomposizione o reazioni 

di sostituzione). Adottiamo qui lo stesso approccio con le reazioni organiche. 

Da questo punto in poi useremo la notazione consistente in una R maiuscola con 

un legame singolo, R-, per indicare un gruppo organico generico legato a uno degli 

atomi indicati; R- può essere di solito visualizzato come un gruppo alchilico, una 

catena idrocarburica satura con un solo legame disponibile. Perciò, R-CH 2-Br ha 

un gruppo alchilico legato a un gruppo CH 2 a cui è legato un atomo di Br; R- 

CHNCH 2 è un alchene con un gruppo alchilico legato a uno degli atomi di C nel 

legame doppio; e così via. (Spesso, quando è presente più di un gruppo R, si scrive R, 

R ′ , R ′′ per indicare che questi gruppi possono essere diversi). 

Tipi di reazioni organiche 

La maggior parte delle reazioni organiche sono esempi dei tre tipi che si possono identificare 

confrontando il numero di legami con C nei reagenti e nei prodotti: 

1. Avviene una reazione di addizione quando un reagente insaturo diventa un prodotto 

saturo: 

R CH CH R X Y R CH CH R 

Si noti che nel prodotto gli atomi di C sono legati a più atomi che nel reagente. 

I legami CNC e CPC e il legame CNO subiscono comunemente reazioni di 

addizione. In ciascun caso, il legame si rompe, lasciando intatto il legame . Nel 

prodotto, gli atomi di C (o di C e O) formano due legami addizionali. Esaminiamo 

il calore standard di reazione (H r 0 ) per una tipica reazione per vedere perché queste 

reazioni avvengono. Consideriamo la reazione tra etene (nome comune, etilene) e HCl: 

CH2 CH2 H Cl H CH2 CH2 Cl 

reagenti (legami rotti) prodotto (legami formati 

1 CœC 

4 C±H 

1 H±Cl 

totale 

614 kJ 

1652 kJ 

427 kJ 

2693 kJ 


±£ 

±£ 

1 C±C 347 kJ 

5 C±H 2065 kJ 

1 C±Cl 339 kJ 

totale 2751 kJ 

H r 0 Hlegami rotti 0 Hlegami formati 0 2693 kJ (2751 kJ) 58 kJ 

X 


Y 

17

I chimici ricorrono a una vasta serie di metodi strumentali per 

determinare le complesse strutture delle molecole organiche. 

Per esempio abbiamo esaminato la spettrometria di massa nel 

Capitolo 2. Uno degli strumenti più utili è la spettroscopia di 

risonanza magnetica nucleare, comunemente detta spettroscopia 

NMR (nuclear magnetic resonance) o spettroscopia 

RMN, che misura gli intorni di certi nuclei in una molecola per 

delucidare la sua struttura. 

Nel Capitolo 8 abbiamo visto che un elettrone può ruotare 

su se stesso (moto di spin) nell’uno o nell’altro di due versi, e 

ciascuna rotazione genera un piccolo campo magnetico. Parecchie 

specie di nuclei si comportano in modo simile. I più importanti 

di essi sono 1 H, 13 C, 19 F e 31 P. In questa esposizione 

concentriamo l’attenzione principalmente sul protone, 1 H, il 

nucleo del più abbondante isotopo dell’idrogeno, da cui il 

nome di spettroscopia 1 H-NMR. Generalmente, i campi magnetici 

di tutti i protoni in un campione di composto sono 

orientati in modo casuale. Però, quando il campione è posto in 

un campo magnetico esterno (di intensità H 0), i campi protonici 

assumono un orientamento parallelo (concorde) o antiparallelo 

(discorde) rispetto a quello del campo magnetico 

esterno. L’orientamento parallelo ha un’energia lievemente inferiore, 

e la differenza di energia (E) tra i due stati energetici 

(stati di spin) giace nella regione delle radiofrequenze (rf) 

dello spettro elettromagnetico. 

I protoni presenti nel campione oscillano rapidamente tra 

i due stati di spin e, in un processo detto risonanza, si varia il 

valore della radiofrequenza finché non diventa uguale alla frequenza 

di questa oscillazione. A questo punto, i protoni sono 

“in risonanza” con la radiazione a radiofrequenza e assorbono 

e riemettono l’energia, che viene rivelata dal ricevitore a radiofrequenza 

dello spettrometro NMR (Figura B15.1). Se tutti 

i protoni esistenti in un campione richiedessero la stessa E 

per la risonanza, uno spettro di risonanza magnetica nucleare 

campo 

magnetico 

(H0) 

spin nucleari di 

uguale energia 

orientati in modo casuale 

Strumenti di laboratorio 

Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (spettroscopia NMR) 

ΔE 

radiazione 

(h ν) 

E rf = ΔE 

Figura B15.1 Le basi della risonanza di spin nucleare. I campi 

magnetici orientati in modo casuale dei protoni ( 1 H, il nucleo della 

maggior parte degli isotopi dell’idrogeno) in un campione assumono 

lo stesso orientamento in un forte campo magnetico esterno 

(di intensità H 0), con un numero lievemente maggiore di protoni 

nello stato di spin inferiore. In un processo detto risonanza, lo spin 

si inverte quando il protone assorbe un fotone con un’energia 

uguale a E [regione delle radiofrequenze (rf) dello spettro elettromagnetico]. 

500 400 300 200 100 0 Hz 

O 

CH3 C CH3 

TMS 

8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0 

(ppm) 

H0 

Figura B15.2 Lo spettro 1 H-NMR dell’acetone. I 6 protoni dei 

due CH 3, essendo in intorni identici, generano un unico picco, che 

ha un differente spostamento chimico rispetto a quello generato dai 

12 protoni del TMS aggiunto come campione di riferimento. 

(spettro NMR) avrebbe un solo picco e sarebbe inutile. Però, la 

E tra i due stati dipende dal campo magnetico effettivo “percepito” 

da ciascun protone, il quale è influenzato dai piccoli 

campi magnetici degli elettroni negli atomi adiacenti a quel 

protone. Perciò, la E di ciascun protone dipende dagli elettroni 

negli atomi adiacenti – atomi di C, atomi elettronegativi, 

legami multipli e anelli aromatici – in altre parole dall’ambiente 

molecolare specifico. Perciò, lo spettro NMR è peculiare 

di quel composto. 

Lo spettro NMR di un composto è costituito da una serie 

di picchi che rappresenta la risonanza di ciascun protone in 

funzione del campo magnetico variabile. Lo spostamento chimico 

(chemical shift) dei protoni in un dato ambiente è dove 

compare un picco; rappresenta il rapporto tra la frequenza di 

risonanza per quel protone e l’intensità del campo magnetico 

H 0. Gli spostamenti chimici sono visualizzati rispetto a quello 

di uno standard aggiunto, il tetrametilsilano [(CH 3) 4Si, TMS], 

che ha 12 protoni legati a quattro atomi di C che sono legati a 

un atomo di Si. Poiché la forma del TMS è tetraedrica attorno 

all’atomo di Si, i protoni sono in ambienti identici e quindi generano 

un solo picco. La Figura B15.2 mostra lo spettro 1 H- 

NMR dell’acetone. Anche i sei protoni dell’acetone hanno 

ambienti identici – sono legati a due atomi di C ciascuno dei 

quali è legato all’atomo di C in un legame CNO – quindi anche 

essi generano un solo picco, ma in una posizione diversa 

da quella del TMS. (Gli assi non ci interessano). Lo spettro del 

dimetossimetano nella Figura B15.3 presenta due picchi, oltre 

al picco del TMS. Il picco più alto è dovuto ai sei protoni dei 

due CH 3, quello più basso ai due protoni di CH 2. L’area sotto 

ciascun picco è direttamente proporzionale al numero di protoni 

in un dato ambiente ed è determinata dallo strumento. Si 

noti che il rapporto delle aree è 20,3 : 6,8 3 : 1, uguale al rap- 


500 400 300 200 100 0 Hz 

CH3 O CH2 O CH3 

assorbimento 

da parte dei protoni 

di CH 2 (6,8 spazi) 

8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0 δ (ppm) 

La reazione è esotermica. Osservando la variazione netta dei legami vediamo che la 

forza motrice per molte addizioni è la formazione di due legami (in questo caso, C- 

H e C-Cl) a partire da un legame (in questo caso, H-Cl) e da un legame relativamente 

debole. Una reazione di addizione è la base di un saggio colorimetrico per 

la presenza di legami CNC. 

2. Le reazioni di eliminazione sono l’opposto delle reazioni di addizione. Avvengono 

quando un reagente saturo diventa un prodotto insaturo: 

Si noti che nel prodotto gli atomi di C sono legati a meno atomi che nel reagente. Sono 

eliminate tipicamente coppie di atomi di alogeni, un atomo di H e un atomo di alogeno, 

o un atomo di H e un gruppo -OH, ma non sono eliminati atomi di C. Perciò, la forza 

motrice per molte reazioni di eliminazione è la perdita di una molecola piccola, stabile, 

quale HCl(g) o H 2O, il che aumenta l’entropia (il disordine) del sistema (Paragrafo 13.2): 

CH 3 

Y 

R CH CH2 OH H 

CH 

H0 

X 

CH 2 

assorbimento da 

parte dei protoni 

dei due CH 3 

(20,3 spazi) 

porto tra i sei protoni dei due CH 3 e i due protoni di CH 2. Perciò, 

analizzando gli spostamenti chimici e le aree dei picchi, il 

chimico conosce il tipo e il numero di atomi di idrogeno nel 

composto. 

Metodi NMR più recenti misurano la risonanza di altri nuclei 

e hanno molte applicazioni in biochimica e in medicina. La 

spettroscopia 13 C-NMR è usata per monitorare le variazioni 

della forma e della funzione delle proteine e degli acidi nucleici, 

e la spettroscopia 31 P-NMR è capace di determinare eventuali 

patologie di vari organi. Per esempio, si può determinare l’entità 

del danno causato da un infarto cardiaco usando la spettroscopia 

31 P-NMR per misurare le concentrazioni di specifiche molecole 

±£ 

H2SO4 

±±£ 

R CH CH2 X Y 

CH 3 

3. Avviene una reazione di sostituzione quando un atomo (o un gruppo) appartenente 

a un reagente aggiunto sostituisce un atomo (o un gruppo) nel reagente organico: 

±£ 

TMS 

Figura B15.3 Lo spettro 1 H-NMR del dimetossimetano. I due 

picchi rappresentano gli spostamenti chimici dei protoni in due differenti 

intorni. L’area sotto ciascun picco è direttamente proporzionale 

al numero di protoni in ciascun ambiente. 

CH CH2 H OH 

R C X Y R C Y X 

contenenti fosfato le quali intervengono nell’utilizzazione dell’energia 

da parte del muscolo cardiaco. 

Più recentemente, la tomografia NMR (MRI, magnetic resonance 

imaging) computerizzata ha permesso la visualizzazione 

di danni a carico degli organi ed è stata di grande aiuto per 

i medici nella diagnosi clinica. Per esempio, un tomogramma 

NMR della testa (Figura B15.4) è in grado di mostrare vari livelli 

di attività metabolica in differenti regioni dell’encefalo. 

Figura B15.4 Tomografia NMR di una testa umana. I colori 

indicano un intervallo di attività metabolica, da alta (in rosso) a 

bassa (in blu). 

Un saggio colorimetrico per 

i legami C=C Se si aggiunge del 

Br 2 liquido a una soluzione di un 

composto che ha un legame CNC, il 

colore arancio-bruno di Br 2 scompare: 

Br 

C C Br2 ±£ C C 

Br 

Se invece il composto in questione 

è privo di un legame CNC, Br 2 

non reagisce e il suo colore arancio-bruno 

permane. 


20 

CH 3 


Si noti che nel prodotto l’atomo di C è legato allo stesso numero di atomi a cui è legato 

nel reagente. L’atomo di C può essere saturo o insaturo, e X e Y possono essere molti 

atomi differenti, ma generalmente non sono atomi di C. Per esempio, il principale ingrediente 

aromatico nell’olio di banana si forma mediante una reazione di sostituzione; si 

noti che l’atomo di O sostituisce l’atomo di Cl: 

O 

C 

Riconoscimento del tipo di reazione organica 


Problema Si stabilisca se ciascuna reazione sia una reazione di addizione, una reazione di eliminazione 

o una reazione di sostituzione: 

(a) CH3 Br ±£ CH CH2 HBr 

(b) 

(c) 

Cl 

O 

CH 3 C 

HO CH2 CH2 CH CH3 ±£ CH3 C O CH2 CH2 CH CH3 H Cl 

CH 2 

CH 2 

H2 ±£ 

CH 3 

CH 3 

Br CH3CH2OH ±£ CH3C OCH2CH3 HBr 

O 

Piano Determiniamo il tipo di reazione cercando qualsiasi variazione del numero di atomi legati 

a C: 

• Se nei prodotti a C sono legati più atomi, la reazione è un’addizione. 

• Se nei prodotti a C sono legati meno atomi, la reazione è un’eliminazione. 

• Se nei prodotti a C è legato lo stesso numero di atomi, la reazione è una sostituzione. 

Risoluzione 

(a) due legami nel reagente, C-H e C-Br, sono assenti nel prodotto, quindi 

meno atomi sono legati a C. 

(b) nel prodotto si formano due legami C-H in più, quindi più atomi sono legati a C. 

(c) il legame C-Br nel reagente diventa un legame C-O nel prodotto, quindi lo 

stesso numero di atomi è legato a C. 

PROBLEMA DI APPROFONDIMENTO 15.3 Si scriva un’equazione bilanciata per 

ciascuna delle seguenti reazioni: 

(a) Una reazione di addizione tra 2-butene e Cl2 (b) Una reazione di sostituzione tra CH3-CH2-CH2-Br e OH 

Eliminazione: 

Addizione: 

Sostituzione: 

(c) L’eliminazione di H2O da (CH3) 3C-OH 

Il processo di ossidoriduzione nelle reazioni organiche 

Un processo importante in molte reazioni organiche è l’ossidoriduzione (redox). Ma i 

chimici di solito non tengono conto della variazione del numero di ossidazione dei vari 

atomi di C in una reazione; invece, notano il movimento della densità elettronica attorno 

a un atomo di C contando il numero di legami con atomi più elettronegativi (di solito di 

O) o con atomi meno elettronegativi (di solito di H). Un atomo più elettronegativo acquista 

una certa densità elettronica dall’atomo di C, mentre un atomo meno elettronegativo 

cede una certa densità elettronica all’atomo di C. Inoltre, anche se una reazione di ossidoriduzione 

(reazione redox) implica sempre sia un’ossidazione sia una riduzione, i chimici 

organici di solito concentrano l’attenzione soltanto sul reagente organico. Perciò, 

• Quando un atomo di C nel reagente organico forma più legami con O o meno legami 

con H, il reagente viene ossidato e la reazione è detta ossidazione. 

• Quando un atomo di C nel reagente organico forma meno legami con O o più legami 

con H, il reagente viene ridotto e la reazione è detta riduzione. 

Le reazioni redox più impressionanti sono le reazioni di combustione. Tutti i composti 

organici che contengono atomi di C e di H bruciano in O2 in eccesso per formare CO2 M. S. Silberberg, Chimica. La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni 3/ed, © 2012, McGraw-Hill Education (Italy) srl 

O 

CH 3

e H 2O. Nel caso dell’etano, la reazione è 

Evidentemente, quando l’etano si converte in CO 2 e H 2O, ciascuno dei suoi atomi di 

C ha più legami con O e meno legami con H. Perciò, l’etano viene ossidato, e questa 

reazione è detta ossidazione, anche se O 2 viene simultaneamente ridotto. 

Ma la maggior parte delle ossidazioni non implica una siffatta decomposizione 

totale della molecola. Quando il 2-propanolo reagisce con il dicromato di potassio in 

soluzione acida (un agente ossidante comune nelle reazioni organiche), il composto 

organico che si forma è il 2-propanone: 

Si noti che C-2 nel 2-propanone ha un legame con H in meno e un legame con O in 

più rispetto ai legami che ha nel 2-propanolo. Perciò, il 2-propanolo viene ossidato, 

quindi questa reazione è un’ossidazione. Ma non si dimentichi che lo ione dicromato 

viene simultaneamente ridotto: 

2 

Cr2O7 14H 

6e 

2Cr 3 

7H2O L’addizione di H 2 a un alchene è detta riduzione: 

CH 2 


2CH3 CH3 7O2 ±£ 4CO2 6H2O K2Cr2O7 

CH3 CH CH3 ±±£ CH3 C 

H2SO4 

±£ 

CH2 H2 ±£ CH3 CH3 Pd 

Si noti che ciascun atomo di C ha più legami con H nell’etano che nell’etene, quindi 

l’etene viene ridotto. (L’H 2 viene ossidato nel processo, e il palladio indicato sopra la 

freccia agisce da catalizzatore per accelerare la reazione). 

15.4 PROPRIETÀ E REATTIVITÀ DEI PIÙ COMUNI 

GRUPPI FUNZIONALI 

Il principio organizzatore centrale della chimica delle reazioni organiche è il gruppo 

funzionale. Per prevedere come un composto organico potrebbe reagire, focalizziamo 

qui l’attenzione perché la distribuzione della densità elettronica nel gruppo funzionale 

influenza la reattività. La densità elettronica può essere alta, come nei legami CNC e 

CPC, oppure può essere bassa a un’estremità del legame e alta all’altra estremità, 

come nei legami C-Cl e C-O. Questi siti di legame potenziano i dipoli nell’altro 

reagente. Di conseguenza, i reagenti si attraggono reciprocamente e iniziano una 

sequenza di tappe di formazione di legame e di rottura di legame che conducono al 

prodotto. Perciò, le forze intermolecolari che influenzano le proprietà fisiche e la solubilità 

influenzano anche la reattività. La Tabella 15.5 elenca alcuni dei gruppi funzionali 

importanti nei composti organici. 

Quando si classificano i gruppi funzionali secondo l’ordine di legame (singolo, 

doppio, triplo, e così via), nella maggior parte dei casi essi seguono certi andamenti di 

reattività: 

• I gruppi funzionali con legami singoli subiscono sostituzione o eliminazione. 

• I gruppi funzionali con legami doppi e tripli subiscono addizione. 

• I gruppi funzionali con legami sia singoli sia doppi subiscono sostituzione. 

Gruppi funzionali con legami singoli 

I gruppi funzionali più comuni con soltanto legami singoli sono gli alcoli, gli aloalcani 

e le ammine. 

CH 3 

OH O 

2-propanolo 2-propanone 


21

22 

Gruppo 

funzionale 

C C 

C C 

C O H 

C X 

(Xalogeno) 

C N 

O 

C 

O 

C C C 

O 

C 

O 

C O C 

O 

C N 

C 

H 

O 

N 

H 

Tipo di 

composto 

alchene 

alchino 

alcol 

aloalcano 

ammina 

aldeide 

chetone 

acido 

carbossilico 

estere 

ammide 

nitrile 


Tabella 15.5 Gruppi funzionali importanti nei composti organici 

Suffisso 

o prefisso 

del nome 

-ene 

-ino 

-olo 

alo- 

-ammina 

-ale 

-one 

acido -oico 

-oato 

-ammide 

-nitrile 

Esempio 

H H 

C C 

H H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

H 

C 

H 

H 

H 

C 

H 

H 

O H 

C C C 

H 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

O 

C 

C C 

H 

O H 

H C C N 

H 

C C H 

H 

C Cl 

H 

H 

H 

C 

H 

H 

H 

O 

C 

O 

H 

H 

H 

O 

C N 

H H 

N 

H 

H 

H 

O H 

C O C 

H 

H 

H 

Nome sistematico 

(nome comune) 

etene 

(etilene) 

etino 

(acetilene) 

metanolo 

(alcol metilico) 

clorometano 

(cloruro di metile) 

etilammina 

etanale 

(acetaldeide) 

2-propanone 

(acetone) 

acido etanoico 

(acido acetico) 

metil etanoato 

(acetato di metile) 

etanammide 

(acetammide) 

etanonitrile 

(acetonitrile, 

cianuro di metile) 


Alcoli Il gruppo funzionale degli alcoli (gruppo alcolico) è costituito da un atomo di 

W 

C legato a un gruppo -OH, ±C±O±H, 

e la formula generale di un alcol è 

W 

R-OH. Il nome degli alcoli si ottiene sostituendo la desinenza –o dell’idrocarburo 

progenitore con il suffisso –olo. Per esempio, l’alcol a due atomi di carbonio è l’etanolo 

(etan- –olo). Il nome comune dell’etanolo è alcol etilico. (Questa sostanza, contenuta 

nei succhi provenienti dalla fermentazione di sostanze amilacee o zuccherine, è 

consumata dall’uomo come inebriante nelle bevande alcoliche fin dall’antichità; oggi è 

riconosciuta come la sostanza più usata nel mondo). Gli alcoli sono importanti reagenti 

di laboratorio, e il gruppo funzionale è presente in molte biomolecole, comprendenti 

carboidrati, steroli e alcuni amminoacidi. La Figura 15.13 presenta i nomi, le strutture 

e gli impieghi di alcuni composti importanti che contengono il gruppo alcolico. 

Un alcol può essere considerato come una molecola d’acqua con un gruppo R al 

posto di uno degli atomi di H. In realtà, gli alcoli reagiscono con metalli molto attivi, 

quali i metalli alcalini [Gruppo 1A(1)], in modo simile all’acqua: 

2Na 2HOH 2NaOH H2 L’acqua forma una soluzione dello ione idrossido fortemente basico, e un alcol forma 

una soluzione dello ione alcossido (RO ); l’etanolo forma lo ione etossido (CH3- CH2-O 2Na 2CH3 CH2 OH 2CH3 CH2 ONa H2 ). Le proprietà fisiche degli alcoli più piccoli sono anch’esse simili a quelle 

dell’acqua. Hanno alte temperature di fusione e di ebollizione in conseguenza dei 

legami idrogeno, e sciolgono le molecole polari e alcuni sali. (La sostituzione di gruppi 

R a entrambi gli atomi di H dell’acqua dà gli eteri, R-O-R). 

Gli alcoli subiscono reazioni di eliminazione e di sostituzione. La disidratazione, 

l’eliminazione di H e OH, richiede un acido e forma alcheni: 

OH 


±£ 

±£ 

H 

±£ 

cicloesanolo cicloesene 

Serina 

amminoacido presente 

nella maggior parte 

delle proteine 

H 2 O 

L’eliminazione di due atomi di H richiede ossidanti inorganici, come K 2Cr 2O 7 in soluzione 

acquosa di H 2SO 4. Come abbiamo visto nel Paragrafo 15.3, la reazione è un’ossidazione 

e produce il gruppo CNO: 

HO 

OH O 

K2Cr2O7 

CH3 CH2 CH CH3 ±±£ CH3 CH2 C CH H2SO4 

3 

2-butanolo 2-butanone 

O 

C 

H 2 

OH 

1,2-Etanediolo (glicole 

etilenico) 

principale componente degli 

anticongelanti (antigelo) 

per automobile 

OH 

OH 

OH 

CH 3 

CH3 CH2 CH 

CH3 CH2 CH2 Colesterolo 

il principale sterolo negli animali; 

essenziale per le membrane cellulari; 

precursore degli ormoni steroidei 

CH 3 

CH 

CH 3 

H2N CH 2 

CH 

C 

CH 2 

H3C OH 

23 

Figura 15.13 Alcune molecole 

con il gruppo funzionale degli 

alcoli. 

Metanolo (alcol metilico) 

sottoprodotto nella 

gassificazione del carbone 

fossile; agente sghiacciante; 

sostituto della benzina; 

precursore di composti 

organici 


24 

Cl 

Cl 

Cl 

Cl 

Inquinanti nella catena alimentare 

Fino a poco tempo fa, i 

composti aromatici alogenati, quali 

i bifenili policlorurati (PCB; è 

mostrato uno di 209 differenti 

composti), erano impiegati come 

liquidi isolanti nei trasformatori 

elettrici e poi venivano smaltiti 

nelle acque di rifiuto. A causa della 

loro bassa solubilità e alta stabilità, 

essi si accumulavano per decenni 

nei sedimenti fluviali e lacustri e 

venivano consumati da microrganismi 

e invertebrati. I pesci consumavano 

gli invertebrati, e gli uccelli 

e i mammiferi (compreso l’uomo) 

consumavano i pesci. I PCB si 

concentravano sempre più nei 

grassi corporei in ciascuno stadio. 

In conseguenza dei loro rischi 

sanitari, i PCB nelle acque naturali 

presentano un enorme problema 

di depurazione. 

Figura 15.14 Strutture generali 

delle ammine. Le ammine hanno 

una forma piramidale trigonale e 

sono classificate secondo il numero 

di gruppi R legati a N. La coppia 

solitaria sull’atomo di azoto è 

la chiave della reattività delle 

ammine. 


Nel caso degli alcoli con un gruppo OH all’estremità della catena (R-CH 2-OH), 

avviene un’altra ossidazione. Per esempio, il vino inacidisce quando l’etanolo in contatto 

con l’aria viene ossidato ad acido acetico: 

La sostituzione dà prodotti con altri gruppi funzionali con legami singoli. Con gli acidi 

alogenidrici, molti alcoli danno aloalcani: 

R2CH OH HBr ±£ R2CH Br HOH 

Come vedremo più avanti, l’atomo di C che subisce la variazione in una sostituzione 

è legato a un elemento più elettronegativo, che lo rende parzialmente positivo e facilmente 

attaccabile da un gruppo negativo in arrivo. 

Aloalcani Un atomo di alogeno (X) legato a un atomo di C dà il gruppo funzionale 

W 

degli aloalcani, ±C±X , e i composti hanno la formula generale R-X. Gli aloal- 

W 

cani (nome comune, alogenuri alchilici) vengono denominati aggiungendo l’alogeno 

come prefisso al nome dell’idrocarburo progenitore e numerando l’atomo di C a cui 

l’alogeno è legato, come in bromometano, 2-cloropropano, o 1,3-diiodoesano. 

Come molti alcoli subiscono la sostituzione ad alogenuri alchilici quando vengono 

trattati con ioni alogenuro in ambiente acido, così molti alogenuri subiscono la sostituzione 

ad alcoli in ambiente basico. Per esempio, OH attacca l’estremità C positiva 

del legame C-X e sostituisce X : 

La sostituzione da parte di gruppi quali -CN, -SH, -OR e -NH 2 permette ai chimici 

di convertire gli alogenuri alchilici in una miriade di altri composti. 

Come l’addizione di HX a un alchene produce aloalcani, l’eliminazione di HX da 

un aloalcano mediante reazione con una base forte, quale l’etossido di potassio, produce 

un alchene: 

CH 3 

CH3 CH2 CH2 CH2 OH Br Br ±£ CH3 CH2 CH2 CH2 OH 

CH 3 

C 

1-bromobutano 1-butanolo 

CH 3 

CH3 CH2 H2O 

CH3 CH 

CH3 C 

CH3 CH2 OK CH3 C CH2 KCl 

Cl 

2-cloro-2-metilpropano etossido di potassio 

OH O 

O 

1⁄2 O2 ±±£ 

±£ 

1⁄2 O2 ±±£ 

2-metilpropene 

Gli aloalcani hanno molti importanti impieghi, ma molti sono cancerogeni nei mammiferi 

e hanno gravi effetti neurologici nella specie umana. La loro stabilità li ha resi 

noti contaminanti ambientali. 

W W 

Ammine Il gruppo funzionale delle ammine è ±C±N . I chimici classificano le 

W W 

ammine come derivati dell’ammoniaca, con gruppi R al posto di uno o più atomi di H. 

Le ammine primarie sono RNH2, le ammine secondarie sono R2NH e le ammine terziarie 

sono R3N. Come l’ammoniaca, le ammine hanno forme piramidali trigonali e 

una coppia solitaria di elettroni su un atomo di N parzialmente negativo (Figura 15.14). 

ammina primaria 

R 

H 

N 

H 

ammina secondaria 

R 

R 

N 

CH 3 

H 

OH 

CH 3 

ammina terziaria N 


R 

R 

CH 2 

OH 

R

H2N CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 

Lisina (ammina primaria) 

amminoacido presente nella 

maggior parte delle proteine 

OH 

NH2 

CH 

C 

O 


N 

NH2 

N 

Adenina (ammina primaria) 

componente degli acidi 

nucleici 

Si usano di solito i nomi comuni, e il suffisso –ammina segue il nome del gruppo alchilico; 

così, la metilammina ha un gruppo metilico legato a N, la dietilammina ha due 

gruppi etilici legati, e così via. La Figura 15.15 mostra che il gruppo funzionale delle 

ammine è presente in molte biomolecole. 

Le ammine primarie e secondarie sono capaci di formare legami idrogeno, quindi 

hanno temperature di fusione e di ebollizione più alte di quelle degli idrocarburi e degli 

alogenuri alchilici di massa molare simile. Per esempio, la dimetilammina ( 45,09 

g/mol) ha una temperatura di ebollizione di 45 °C più alta di quella del fluoruro di etile 

( 48,06 g/mol). La trimetilammina ha una massa molare maggiore di quella della 

dimetilammina, ma ha una temperatura di più di 20 °C inferiore perché le molecole di 

trimetilammina non sono legate da legami idrogeno. 

Le ammine di bassa massa molare hanno odore di pesce, sono idrosolubili e sono 

debolmente basiche. La reazione con l’acqua procede soltanto lievemente verso destra 

per raggiungere l’equilibrio: 

CH3 NH2 H2O CH3 NH3 OH 

BA 

Adrenalina (epinefrina; 

ammina secondaria) 

neurotrasmettitore nell’encefalo; 

ormone rilasciato 

durante lo stress 

Le ammine subiscono reazioni di sostituzione in cui la coppia solitaria su N attacca C 

parzialmente positivo negli alogenuri alchilici per sostituire X e formare un’ammina 

più grande: 

2CH3 CH2 NH2 CH3 CH2 Cl 

NH3Cl 

±£ CH3 CH2 NH CH3 CH2 CH3 CH2 etilammina cloroetano dietilammina cloruro di etilammonio 

(Una molecola di etilammina partecipa alla sostituzione, mentre l’altra lega lo ione H 

rilasciato e gli impedisce di rimanere sul prodotto dietilammina). 

Quattro gruppi R legati a un atomo di N danno un composto ionico detto sale di 

ammonio quaternario: 

4RCl R4N (un cloruro di ammonio quaternario) 

Molti detergenti liquidi comuni sono soluzioni acquose concentrate di sali di ammonio 

quaternari con grandi gruppi R (Figura 15.16). Come nel caso dei saponi (Paragrafo 

13.1), la parte ionica rende solubili in acqua questi detergenti, e i gruppi R permettono 

loro di sciogliersi nei grassi. 

Variazioni su un tema: composti inorganici con legami singoli con O, X e N Il 

gruppo -OH è presente spesso nei composti inorganici. Tutti gli ossiacidi contengono 

almeno un gruppo -OH, legato di solito a un atomo di un non metallo relativamente 

elettronegativo, che nella maggior parte dei casi è legato ad altri atomi di O. Gli ossiacidi 

sono acidi in acqua perché questi atomi di O aggiuntivi attraggono densità elettronica 

allontanandola dal non metallo centrale, che attrae densità elettronica 

Cl 4NH3 ±£ 3NH4Cl 

N 

N 

H 

HO 

OH 

HO 

CH 

CH 2 

NH 

CH 3 

O 

C 

H 

H 3 C 

O 

H 

O 

O 

CH 3 

Cocaina (ammina terziaria) 

stimolante dell’encefalo; sostanza 

stupefacente ampiamente abusata 

C 

N 

25 

Figura 15.15 Alcune biomolecole 

con il gruppo funzionale 

delle ammine. 

+ 

Cl – 

cloruro di 

benzilcetildimetilammonio 

CH 3 

CH 2 

N 

CH2 Cl 

CH3 CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

CH 3 

Figura 15.16 Struttura di un 

detergente cationico. I sali di 

ammonio quaternari sono usati 

come detergenti. La parte carica si 

scioglie in acqua e la parte idrocarburica 

si scioglie nei grassi. 


26 


allontanandola dal legame O-H, rilasciando uno ione H e stabilizzando l’ossoanione 

mediante la risonanza. Gli alcoli non sono acidi in acqua perché sono privi di atomi di 

O aggiuntivi e del non metallo elettronegativo. 

Si conoscono alogenuri di quasi tutti i non metalli, e molti di essi subiscono 

reazioni di sostituzione in ambiente basico. Come nel caso di un alogenuro alchilico, 

il processo implica un attacco all’atomo centrale parzialmente positivo da parte di OH : 

Perciò, gli alogenuri alchilici subiscono la stessa reazione generale a cui sono soggetti 

gli altri alogenuri non metallici, quali BCl 3, SiF 4 e PCl 5. 

I legami tra l’azoto e i non metalli più grandi, quali Si, P e S, hanno un rilevante 

carattere di legame doppio, il che influenza la struttura e la reattività. Per esempio, la trisililammina, 

l’analogo della trimetilammina contenente Si (vedi Figura 14.15), è planare, 

anziché piramidale trigonale, in parte in conseguenza dei legami p,d-. La coppia solitaria 

su N è delocalizzata in questo legame , quindi la trisililammina non è basica. 


Problema Si determini il tipo di reazione e si preveda(no) il(i) prodotto(i) nelle seguenti reazioni: 

(a) 

(b) 

(c) 

Piano Prima determiniamo il(i) gruppo(i) funzionale(i) del(i) reagente(i) e poi esaminiamo ogni 

reagente inorganico per decidere sul possibile tipo di reazione, tenendo presente che, in generale, 

questi gruppi funzionali subiscono reazioni di sostituzione o di eliminazione. In (a), il reagente è 

un alogenuro alchilico, quindi il gruppo OH del reagente inorganico sostituisce -I. In (b), i reagenti 

sono un’ammina e un alogenuro alchilico, quindi l’N: dell’ammina sostituisce -Br. In (c), 

il reagente è un alcol, i reagenti inorganici formano un forte ossidante, e gli alcoli subiscono eliminazione 

a composti carbonilici. 

Risoluzione (a) Sostituzione: I prodotti sono CH2 CH2 OH NaI 

(b) Sostituzione: I prodotti sono 

(c) Eliminazione (ossidazione): Il prodotto è 

O 

Verifica Le uniche variazioni dovrebbero essere a livello dei gruppi funzionali. 

PROBLEMA DI APPROFONDIMENTO 15.4 Si completino gli spazi vuoti in ciascuna 

reazione. (Suggerimento. Si esaminino ogni composto inorganico e il prodotto organico per 

determinare il reagente organico). 

(a) 

CH 3 

CH 3 

CH 3 

CH 

OH 

CH 3 

±±±£ 

Cr2 O7 2 

(b) CH 3 CH 2 C 

H2 SO4 

O H C Cl Cl C OH 

CH2 CH2 I NaOH ±£ 

CH2 Br 2CH3 CH2 CH2 NH2 ±£ 

±±±£ 

Cr2O7 2 

H2 SO4 

CH 3 

O 

OH 

CH 2 

±£ 

O 

H B Cl 

B 

±£ 

Previsione delle reazioni degli alcoli, degli alogenuri alchilici 

e delle ammine 

CH 3 

CH2 NH CH3 CH2 CH2 NH3Br 

 

CH 3 

CH 3 

CH3 ONa ±£ CH3 CH C CH3 NaCl CH3 OH 


C 

CH 2 

CH 3 

OH 

CH 3 

 

Cl

Gruppi funzionali con legami doppi 

I più importanti gruppi funzionali con legami doppi sono il legame CNC degli alcheni 

e il legame CNO delle aldeidi e dei chetoni. Entrambi sono presenti in molte molecole 

organiche e biologiche. 

Confronto della reattività degli alcheni e dei composti aromatici Il legame 

CNC è la parte essenziale del gruppo funzionale degli alcheni, CœC . Anche se 

possono subire un’ulteriore insaturazione ad alchini, gli alcheni subiscono tipicamente 

reazioni di addizione. Il legame doppio ricco di elettroni viene facilmente attratto verso 

gli atomi di H parzialmente positivi degli ioni idronio e degli acidi alogenidrici, dando 

alcoli e alogenuri alchilici, rispettivamente: 

CH 3 

CH 3 

C 

CH3 CH CH2 HCl 

propene 

CH 2 

2-metilpropene 

L’insaturazione localizzata degli alcheni è molto diversa dall’insaturazione delocalizzata 

del benzene. Il benzene, non avendo legami doppi nonostante le strutture delle sue 

forme di risonanza, non si comporta come un alchene. Per esempio, il benzene non 

decolora il bromo perché non esistono coppie di elettroni isolate a legarsi con Br 2. 

In generale, gli anelli aromatici sono molto meno reattivi degli alcheni perché sono 

stabilizzati dagli elettroni delocalizzati: l’energia di un anello aromatico è energia inferiore 

a quella di un anello con elettroni localizzati. I dati indicano che il benzene è di 

circa 150 kJ/mol più stabile di quanto sarebbe un anello di sei atomi di C con tre legami 

CNC; in altre parole, il benzene, per reagire, richiede circa 150 kJ/mol di energia in più. 

Perciò, una reazione di addizione con il benzene richiede energia aggiuntiva per 

rompere il sistema delocalizzato. Ma il benzene subisce molte reazioni di sostituzione 

in cui la delocalizzazione è conservata quando un atomo di H dell’anello è sostituito 

da un altro gruppo: 

Br 2 


H 3 O 

±£ 

±£ 

FeBr3 

±±£ 

benzene bromobenzene 

Aldeidi e chetoni Il legame CNO, o gruppo carbonilico (o gruppo carbonile), è 

uno dei più versatili chimicamente. Nel gruppo funzionale delle aldeidi (gruppo aldeidico), 

l’atomo di C carbonilico è legato a H (e spesso a C), quindi è presente spesso 

H 

W 

all’estremità di una catena, R±CœO. 

Nella nomenclatura delle aldeidi, si sopprime 

la desinenza –o dell’alcano progenitore e si aggiunge il suffisso -ale. Per esempio, l’aldeide 

a tre atomi di C è il propanale. Nel gruppo funzionale dei chetoni (gruppo che- 

O 

W X W 

tonico), l’atomo di C carbonilico è legato ad altri due atomi di C, ±C±C±C± , 

W W 

quindi è presente entro la catena. 

O 

X 

Il nome dei chetoni, R±C±R, 

si ottiene numerando l’atomo di C carbonilico, sopprimendo 

la desinenza –o del nome dell’alcano e aggiungendo il suffisso -one. Per 

CH 3 

CH 3 

CH 3 

C 

Cl 

CH 

Br 

CH 3 

CH 3 

2-cloropropano 

 

OH 

2-metil-2-propanolo 


HBr 

± 

± 

H 

± 

± 

27

A 

B 

28 

O 


O 

C 

C 

C 

C 

C 

H H 

CH3 H 

H 

H3C CH3 H3C CH2 CH3 Metanale (formaldeide) 

impiegato nella preparazione 

di resine per legni compensati 

e laminati per mobili da cucina; 

conservante biologico 

Figura 15.17 Alcune aldeidi e 

alcuni chetoni comuni. 

R 

R' 

R' 

R 

legame π 

sp 2 sp2 legame σ 

C O 

C 

R' + – 

O ¢£ C O 

Figura 15.18 Il gruppo carbonilico. 

A. II legami e che costituiscono 

il legame CNO del gruppo carbonilico. 

B. La forma di risonanza carica 

mostra che il legame CNO è polare 

( 1,0). 

R 

Etanale (acetaldeide) 

prodotto narcotico del 

metabolismo dell'etanolo; 

impiegato nella preparazione 

di profumi, atomi, materie 

plastiche, altri composti chimici 

esempio, il chetone a cinque atomi di C, non ramificato, con l’atomo di C carbonilico 

come C-2 nella catena, è denominato 2-pentanone. La Figura 15.17 mostra alcuni composti 

carbonilici comuni. 

Come il legame CNC, il legame CNO è ricco di elettroni; a differenza del legame 

CNC, è altamente polare ( 1,0). La Figura 15.18 mette in rilievo questa polarità 

con un modello della densità elettronica e una forma di risonanza carica. Le aldeidi e 

i chetoni si formano per ossidazione degli alcoli: 

CH 3 

CH3 CH2 etanolo 

OH 

ossidazione 

±±±£ CH3 C H 

etanale 

(nome comune: acetaldeide) 

CH 2 

OH 

O 

Benzaldeide 

aromatizzante 

artificiale con odore 

di mandorle 

ossidazione 

CH CH3 ±±±£ CH3 CH2 C 

2-butanolo 

Viceversa, in conseguenza della loro insaturazione, essi possono subire reazioni di addizione 

ed essere ridotti ad alcoli: 

riduzione 

±±±£ 

O 

H 

OH 

ciclobutanone ciclobutanolo 

In conseguenza della polarità del legame, l’addizione avviene spesso con un gruppo ricco 

di elettroni che si lega all’atomo di C carbonilico e un gruppo povero di elettroni che si 

lega all’atomo di O carbonilico. Partecipano a questo tipo di reazione i composti organometallici, 

che hanno un atomo metallico (di solito Li o Mg) legato a un gruppo R mediante 

un legame covalente polare (Paragrafi 14.3 e 14.4). In una sequenza in due tappe, convertono 

i composti carbonilici in alcoli con differenti scheletri di atomi di carbonio: 

 

H2O 

R CH O R Li ±±£ R CH R LiOH 

±±£ 

Per esempio, nelle seguenti tappe di reazione, l’atomo di C ricco di elettroni dell’etillitio, 

CH 3CH 2-Li, attacca l’atomo di C carbonilico povero di elettroni del 2-propanone, 

addizionando il suo gruppo etilico; simultaneamente, Li si addiziona all’atomo 

di O carbonilico. Trattando la miscela con acqua, si forma il gruppo C-OH: 

 

Li 

O Li 

O 

±±£ 

O 

2-Propanone (acetone) 

solvente per grassi, gomme, 

plastiche, vernici, lacche; 

sostanza di partenza per 

la preparazione di altri 

composti chimici 

O 

±±£ 

OH 

O 

2-butanone 

CH 3 

O 

2-Butanone 

(metiletilchetone) 

solvente importante 

CH3 CH2 

 

 

C CH3 CH3 CH2 C CH3 H2O 

CH3 CH2 C CH3 LiOH 

CH3 CH3 CH3 M. S. Silberberg, Chimica. La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni 3/ed, © 2012, McGraw-Hill Education (Italy) srl 

OH

Si noti che lo scheletro del prodotto combina i due scheletri dei reagenti. Il settore della 

sintesi organica impiega spesso composti organometallici per creare molecole con differenti 

scheletri e, quindi, nuovi composti. 

Previsione delle tappe in una sequenza di reazione 


Problema Si completino gli spazi vuoti nella seguente sequenza di reazione: 

CH 3 

Piano Per ciascuna tappa, esaminiamo il gruppo funzionale del reagente e il reagente indicato 

sopra la freccia per decidere quale sia il prodotto più probabile. 

Risoluzione La sequenza comincia con un alogenuro alchilico che reagisce con OH . La sostituzione 

dà un alcol. L’ossidazione di questo alcol con dicromato acido dà un chetone. Infine, una reazione 

in due tappe di un chetone con CH 3-Li e poi con acqua forma un alcol con uno scheletro 

di atomi di carbonio che ha il gruppo CH 3 legato all’atomo di C carbonilico: 

Verifica In questo caso, si badi che le prime due reazioni modifichino soltanto il gruppo funzionale 

e che le tappe finali modifichino lo scheletro di atomi di carbonio. 

PROBLEMA DI APPROFONDIMENTO 

15.5 Si scelgano i reagenti per ottenere i seguenti 

prodotti: 

(a) 

CH 3 

CH 2 

CH 2 

Br 

CH 

Br 

CH 

OH Cr2O7 2 

CH3 —Li H2O 

CH ±±±£ ±±±£ ±±±£ ±±±£ 

3 

H2SO4 

Cr2O7 2 

±±±£ 

H2SO4 

(b) 

Variazioni su un tema: composti inorganici con legami doppi I legami doppi omonucleari 

(tra atomi della stessa specie) sono rari tra gli atomi diversi da C, ma abbiamo 

visto molti legami doppi tra O e altri non metalli, come negli ossidi di S, di N e degli alogeni. 

Come i composti carbonilici, queste sostanze subiscono reazioni di addizione. Per 

esempio, l’atomo di O parzialmente negativo dell’acqua attacca l’atomo di S parzialmente 

positivo di SO 3 per formare acido solforico: 

H 

CH 3 

O 

CH 3 


OH 

OH Cr2O7 2 

CH3 CH2 CH CH3 H2SO4 

±±±£ ±±±£ 

2-bromobutano 2-butanolo 

2-butanone 

O 

O 

 

O 

 

S ±£ ±£ HO S OH 

O O 

H 

O 

S si lega a 3 atomi S si lega a 4 atomi 

Gruppi funzionali con legami sia singoli sia doppi 

Una famiglia di tre gruppi funzionali contiene C legato da un legame doppio a O (un 

gruppo carbonilico) e legato da un legame singolo a O o a N. Il progenitore di questa 

O 

X 

famiglia è il gruppo funzionale degli acidi carbossilici, ±C±OH , detto anche 

gruppo carbossilico e scritto come —COOH. Il più importante tipo di reazione di 

questa famiglia è la sostituzione da un membro a un altro. La sostituzione del 

gruppo -OH con il gruppo -OR degli alcoli dà il gruppo funzionale degli esteri 

CH 3 

CH 2 

O 

C 

CH3 —CH2 —Li H2O 

±±±±£ 

CH 3 

±±£ 

CH3 —Li 

H2O 

±±±£±±±£ 

CH 3 

CH 2 

CH 

OH 

CH 3 

CH 2 

OH 

C 

CH 3 

CH3 2-metil-2-butanolo 


29

30 

O 

C 

H OH 

Acido metanoico 

(acido formico) 

componente del liquido 

irritante lanciato o 

inoculato 

da formiche e api 


con il gruppo funzionale degli 

acidi carbossilici. 


O 

C 

C 

C 

CH3 CH2 CH2 OH 

OH 

CH3 (CH2 ) 16 

Acido butanoico 

(acido butirrico) 

odora di burro rancido; 

componente ipotizzato 

dell’attrattivo sessuale 

delle scimmie 

O 

X 

(gruppo estere), ±C±O±R; 

la sostituzione del gruppo ±N± delle ammine dà il 

W 

O 

X W 

gruppo funzionale delle ammidi (gruppo ammidico), ±C±N± . 

O 

X 

Acidi carbossilici Il nome degli acidi carbossilici, R±C±OH, 

si ottiene togliendo 

il suffisso –o dal nome dell’alcano progenitore, premettendo il nome acido e aggiungendo 

il suffisso -oico; però, si usano molti nomi comuni. Per esempio, l’acido a quattro 

atomi di carbonio è l’acido butanoico (l’atomo di C carbossilico è contato nella 

radice); il suo nome comune è acido butirrico. La Figura 15.19 mostra alcuni acidi carbossilici 

importanti. L’atomo di C carbossilico ha già tre legami, quindi ne forma soltanto 

un altro. Nell’acido formico (acido metanoico), l’atomo di C carbossilico si lega 

a un atomo di H, ma in tutti gli altri acidi carbossilici si lega a una catena o a un anello. 

Gli acidi carbossilici sono acidi deboli in acqua: 

All’equilibrio in soluzioni acide di concentrazione tipica, in ogni momento più del 99% 

delle molecole di acido sono indissociate. Ma in una base forte reagiscono completamente 

per formare un sale e acqua: 

CH 3 

CH3 C OH(l) H2O(l) CH3 acido etanoico 

(acido acetico) 

O 

O 

BA 

C OH(l) NaOH(aq) ±£ CH3 O 

Acido benzoico 

standard calorimetrico; 

impiegato nella 

conservazione degli alimenti, 

nella tintura dei tessuti, 

nella concia del tabacco 

L’anione è lo ione carbossilato, il cui nome si ottiene omettendo acido e -oico e aggiungendo 

-oato; per esempio, il sale sodico dell’acido butanoico è il butanoato di sodio. 

Gli acidi carbossilici con catene idrocarburiche lunghe sono acidi grassi, un gruppo 

di composti essenziali presenti in tutte le cellule. Gli acidi grassi di origine animale 

hanno catene sature, mentre molti acidi grassi di origine vegetale sono insaturi, di solito 

con legami CNC nella configurazione cis. Il legame doppio rende molto più facile 

metabolizzarli. Gli scheletri di quasi tutti gli acidi grassi hanno un numero pari di atomi 

di C (16 e 18 atomi di C sono molto comuni) perché sono prodotti nelle cellule a partire 

da frammenti a 2 atomi di carbonio. I sali degli acidi grassi sono saponi, con il 

catione di solito appartenente al Gruppo 1A(1) o al Gruppo 2A(2) (Paragrafo 13.1). 

La sostituzione avviene mediante una sequenza in due tappe: addizione più eliminazione 

uguale sostituzione. L’addizione alla forma planare trigonale del gruppo car- 

O 

C 

O 

C 

O 

O (aq) H 3 O (aq) 

OH 

Acido ottadecanoico 

(acido stearico) 

Presente nei grassi animali; 

impiegato nella fabbricazione 

di candele e saponi 

O (aq) Na (aq) H 2 O(l) 


O 

CH3 (CH2 ) 14 C 

O 

(CH 2 ) 14 CH 3 

CH 2 

Palmitato di cetile il lipide più comune 

nel grasso di balena 


Figura 15.20 Alcune molecole di lipidi con il gruppo funzionale degli esteri. 

O 

CH3 (CH2 ) 14 C 

O 

CH3 (CH2 ) 16 C 

O 

O 

CH 2 

CH 

O 

 

CH2 O P O CH2 CH2 N CH3 

O 

Lecitina fosfolipide presente 

nelle membrane cellulari 

bonilico dà un intermedio tetraedrico instabile, che subisce immediatamente eliminazione 

per convertirsi in un prodotto planare trigonale: 

R 

O O Z 

O 

C 

X 

Z 

addizione 

Y BA 

R 

C X 

eliminazione 

BNA 

R 

C 

Y 

Z X 

Y 

Il riscaldamento forte degli acidi carbossilici forma un’anidride (od ossido acido) 

mediante un tipo di sostituzione detto reazione di disidratazione-condensazione (Paragrafo 

14.7), in cui due molecole condensano in un’unica molecola con perdita d’ac-qua: 

O 

O 

O O 

R C OH HO C R 

 

R C O C R HOH 

Esteri Un alcol e un acido carbossilico formano un estere. La prima parte del nome 

di un estere designa la parte alcol e la seconda la parte acido (denominata nello stesso 

modo dello ione carbossilato). Per esempio, l’estere formato tra etanolo e acido etanoico 

è l’etanoato di etile (nome comune, acetato di etile), un solvente per le lacche 

da unghie e la colla da modelli. 

Il gruppo degli esteri è presente comunemente nei lipidi, un grande gruppo di 

sostanze biologiche grasse. La maggior parte dei grassi presenti nella dieta sono trigliceridi, 

esteri costituiti da tre acidi grassi legati all’alcol 1,2,3-triidrossipropano 

(nome comune, glicerolo), che svolgono la funzione di riserve di energia. Alcuni lipidi 

importanti sono mostrati nella Figura 15.20. 

Gli esteri, come le anidridi, si formano mediante una reazione di disidratazione-condensazione; 

in questo caso, è detta esterificazione: 

O 

±£ 

BA H 

R C OH H O R R C O R HOH 

Studi di questa reazione mediante marcatura isotopica con 18 O indicano che l’atomo 

di O dell’alcol è attratto verso l’atomo di C carbossilico e si lega a esso nell’estere, e 

il gruppo -OH dell’acido entra a far parte dell’acqua come prodotto (Figura 15.21). 

Perciò, l’acido fornisce la parte RCNO dell’estere, e l’alcol fornisce la parte -OR ′ . 

Nel Capitolo 16 esamineremo il ruolo di H nell’accelerare questa reazione in più 

tappe. 

O 

CH 3 

CH 3 

O 

CH3 (CH2 ) 16 C 

O 

CH3 (CH2 ) 16 C 

O 

CH3 (CH2 ) 16 C 

Tristearina tipico grasso presente 

nella dieta e impiegato come 

riserva di energia dagli animali 

O 

O 

O 

CH 2 

CH 

CH 2 

31 

Un pranzo piacevole dall’odore 

pungente Molti composti 

organici hanno odori forti – le ammine 

odorano di pesce, gli alcani hanno 

un odore oleoso, gli alogenuri alchilici 

hanno un odore etereo – ma nessuno 

riesce a rivaleggiare con gli odori 

diversi degli acidi carbossilici e degli 

esteri. Dagli odori pungenti di aceto 

di quelli con uno e due atomi di C 

agli odori forti di formaggio di quelli 

un po’ più grandi, gli acidi carbossilici 

possiedono alcuni odori molto 

forti. Però, quando l’acido butanoico 

reagisce con l’etanolo, il suo odore di 

burro rancido si converte nel profumo 

di ananas del butanoato di etile; e, 

quando l’acido pentanoico reagisce 

con il pentanolo, il suo odore di formaggio 

Limburger si converte nell’aroma 

di mela del pentanoato di pentile. 

Esteri naturali e sintetici vengono 

impiegati nell’industria degli aromi 

per conferire odori di frutta, di fiori e 

di erbe ad alimenti, cosmetici, deodoranti 

per usi domestici e farmaci. 


32 

Figura 15.21 Quale reagente 

fornisce quale gruppo all’estere? 

Si forma un estere quando un 

acido carbossilico reagisce con 

un alcol. Per determinare quale 

reagente fornisca l’atomo di O 

dell’estere, l’acido e l’alcol sono 

stati marcati con l’isotopo 18 O. A. 

Quando R 18 OH reagisce con l’acido 

non marcato, l’estere contiene 

18 O, l’acqua no. B. Quando 

RCO 18 OH reagisce con l’alcol non 

marcato, l’acqua contiene 18 O. 

Perciò, l’alcol fornisce la parte - 

OR ′ dell’estere, e l’acido fornisce 

la parte RCNO. 


con il gruppo funzionale delle 

ammidi. 

CH 3 

O 

C 

NH 

OH 

Acetamminofene 

principio attivo negli analgesici 

diversi dall’acido acetilsalicilico 

(Aspirina); impiegato per preparare 

coloranti e composti chimici fotografici 


A 

B 

È importante notare che la reazione di esterificazione è reversibile. La reazione opposta 

alla disidratazione-condensazione è l’idrolisi, in cui l’atomo di O dell’acqua è 

attratto verso l’atomo di C parzialmente positivo dell’estere, scindendo la molecola in 

due parti. Una delle due parti riceve il gruppo -OH dell’acqua e l’altra riceve l’altro 

atomo di H dell’acqua. Nel processo di produzione del sapone, o saponificazione, le 

cui origini risalgono all’antichità, i legami estere nei grassi di origine animale o vegetale 

vengono idrolizzati con una base forte: 

Ammidi Il prodotto di una reazione di sostituzione tra un’ammina (o NH 3) e un estere 

è un’ammide. L’atomo di N parzialmente negativo è attratto verso l’atomo di C dell’estere 

parzialmente positivo, si perde un alcol (ROH) e si forma un’ammide: 

CH 3 

O 

C 

R C OH R 

R" 

O 

C O CH2 O R' C Na O O 

R" C Na O R 

O 

C Na O 

R C 

O 

O CH2 O 

 

HO CH2 R' C O CH 3NaOH 

 

±£ 

 

HO 

HO 

CH 

CH2 un trigliceride 3 saponi glicerolo 

O 

CH 3 

etanoato di metile 

(acetato di metile) 

O H 

HN CH2 CH3 CH3 C N CH2 CH3 CH3 OH 

H 

etilammina 

±£ 

N-etiletanammide 

(N-etilacetammide) 

metanolo 

La nomenclatura delle ammidi consiste nel denotare la parte ammina con –N e nel sostituire 

acido -oico con -ammide. Nell’ammide formata dalla precedente reazione, il 

gruppo etilico proviene dall’ammina e la parte acido proviene dall’acido etanoico (acido 

acetico). Alcune ammidi sono presentate nella Figura 15.22. 

H 

R 

O 

O 

C 

O 

C 

18 OH 

N 

CH 3 

CH 3 

 

R 

18 

N,N-Dimetilmetanammide 

(dimetilformammide) 

importante solvente organico; 

impiegato nella produzione 

di fibre sintetiche 

OH 

OH 

O 

R C O 

O 

18 

R C O 

R 

R 

O C 

H O H 

H O H 

CH 3 

CH 2 

H 

Dietilammide dell’acido lisergico (LSD-25) 

un potente allucinogeno 

 

 

N 

18 

N 

CH 2 CH 3 


BA 

BA 

N 

CH 3

Le ammidi vengono idrolizzate in acqua calda (o in ambiente basico) a un acido carbossilico 

e un’ammina. Perciò, anche se le ammidi non si formano normalmente nel 

modo seguente, esse possono essere considerate come il risultato di una reazione di 

disidratazione-condensazione reversibile: 

Il più importante esempio del gruppo ammidico è il legame peptidico, che lega gli 

amminoacidi in una proteina. 

La famiglia degli acidi carbossilici subisce reazioni per formare altri gruppi funzionali. 

Per esempio, certi riducenti inorganici convertono acidi ed esteri in alcoli, e le ammidi 

in ammine: 

Previsione delle reazioni della famiglia degli acidi carbossilici 


Problema Si preveda il(i) prodotto(i) delle seguenti reazioni: 

(a) 

(b) 

Piano Abbiamo esaminato le reazioni di sostituzione (comprese le reazioni di addizione-eliminazione 

e di disidratazione-condensazione) e di idrolisi. In (a), reagiscono un acido carbossilico 

e un alcol, quindi deve essere una reazione di sostituzione per formare un estere e acqua. In 

(b), un’ammide reagisce con OH NaOH 

CH3 CH CH2 CH2 C NH CH2 CH3 ±±±£ H2O 

, quindi viene idrolizzata a un’ammina e a un carbossilato di 

sodio. 

Risoluzione (a) Formazione di un estere: 

CH3 CH2 CH2 C O CH CH3 H2O (b) Idrolisi basica di un’ammide: 

CH3 CH CH2 CH2 C O H2N CH2 CH3 Verifica Si noti che nella parte (b) si forma lo ione carbossilato, invece dell’acido, perché è presente 

NaOH in soluzione acquosa, il quale reagirà con l’acido carbossilico. 

Na 

PROBLEMA DI APPROFONDIMENTO 15.6 Si completino gli spazi vuoti nelle 

seguenti reazioni: 

(a) 

(b) 

R 

O 

CH 3 

 

CH 3 

O 

riduzione 

C OH (oppure R C O R') ±±±£ R CH2 OH HOH (or R'—OH) 

riduzione 

R C NH R' ±±±£ R CH2 NH R' H2O O 

O 

CH 3 

BA 

H 

OH CH2 C O CH3 H2O 

±£ 

O 

OH 

CH3 CH2 CH2 C OH CH3 CH CH3 O 


H O H 

R C OH H N R R C N R HOH 

O 

O 

BA 

CH3 CH2 CH2 C NH CH2 CH3 CH3 OH 

Variazioni su un tema: ossiacidi, esteri e ammidi di altri non metalli Un non 

metallo che è legato sia da legami doppi sia da legami singoli ad atomi di O è presente 

nella maggior parte degli ossiacidi inorganici, quali l’acido fosforico, l’acido solforico 

e l’acido cloroso. Quelli con atomi di O aggiuntivi sono acidi più forti degli acidi carbossilici. 

O 

O 

H 

BA 

CH 3 


33

34 

Figura 15.23 La formazione 

delle anidridi degli acidi carbossilici, 

dell’acido fosforico e dell’acido 

solforico. 

O P 

HO 

OH 

O 

CH2 O OH 

OH 

O 

OH 

A glucosio-6-fosfato 

O S 

NH 2 

NH 2 

O 

B solfanilammide 

Figura 15.24 Un estere e 

un’ammide di altri non metalli. 

A. Il glucosio-6-fosfato contiene un 

gruppo estere fosforico. B. La solfanilammide, 

un importante raggruppamento 

in molti antibiotici, 

contiene un gruppo solfonammide. 

S 

N 

P 

– 


L’acido difosforico e l’acido disolforico sono anidridi acide formate da reazioni di disidratazione-condensazione, 

così come si forma un’anidride di un acido carbossilico 

(Figura 15.23). Gli ossiacidi inorganici formano esteri e ammidi che fanno parte di 

molte molecole biologiche. Abbiamo già visto che certi lipidi sono esteri fosforici (vedi 

Figura 15.20). Il primo composto che si forma quando viene digerito il glucosio è un 

estere fosforico mostrato nella Figura 15.24A; e un estere fosforico simile è un’importante 

caratteristica strutturale degli acidi nucleici. Le ammidi degli ossiacidi organici 

contenenti zolfo, dette solfonammidi, sono potenti antibiotici (sulfamidici); le più 

semplici sono mostrate nella Figura 15.24B. Sono state sintetizzate più di 10 000 differenti 

solfonammidi. 

Gruppi funzionali con legami tripli 

Esistono soltanto due importanti gruppi funzionali con legami tripli. Gli alchini, con 

i loro gruppi -CPC- ricchi di elettroni, subiscono reazioni di addizione (per 

opera di H2O, H2, HX, X2, e così via) per formare composti con legami doppi o 

saturi: 

CH3 C CH CH3 CH CH2 CH3 CH2CH3 propino propene propano 

I nitrili (R-CPN) contengono il gruppo funzionale nitrile (gruppo nitrilico) 

e si preparano sostituendo uno ione CN (cianuro) a X (±CPN ) 

in una reazione 

con un alogenuro alchilico: 

CH 3 

O 

– H2O 2 R C OH±±£ 

R C O C R 

2 HO 

2 HO 

acido anidride 

O 

±£ 

H2 

– H2O P OH±±£ 

HO P O P OH 

±£ 

H2 

CH2 Cl NaCN ±£ CH3 CH2 C N NaCl 

Questa reazione è utile perché allunga di un atomo di C la catena idrocarburica. I 

nitrili sono versatili perché, dopo essersi formati, possono essere ridotti ad ammine o 

idrolizzati ad acidi carbossilici: 

Variazioni su un tema: composti inorganici con legami tripli I legami tripli sono 

scarsi tanto nel mondo inorganico quanto nel mondo organico. Il monossido di carbonio 

, l’azoto elementare , e lo ione cianuro CPN ] sono gli 

unici esempi comuni. 

Giunti a questo punto, abbiamo visto parecchi gruppi funzionali, ed è particolarmente 

utile essere in grado di riconoscerli in una molecola organica complessa. Il Problema 

di verifica 15.7 permette di fare pratica. 

( CPO ) 

( NPN ) 

([ ) 

O 

O 

O 

O 

OH OH OH 

O 

S 

– H2O 

OH±±£ 

HO 

O 

O 

S O S 

O O O 

CH3 CH2 CH2 NH2 CH3 CH2 CN 

H3O 

CH3 CH2 O 

C 

riduzione 

¢±±± 

, H2O 

±±±£ 

idrolisi 


OH 

OH 

 

NH 4

Riconoscimento dei gruppi funzionali 


Problema Si faccia un cerchio attorno ai gruppi funzionali nelle molecole seguenti e se ne scrivano 

i nomi: 

(a) (b) (c) O 

O 

C 

OH O 

O C CH3 Piano Usiamo la Tabella 15.5 per identificare i vari gruppi funzionali. 

Risoluzione 

(a) 

O acido 

carbossilico 

(b) 

alcol 

OH 

(c) 

C OH O 

CH CH2 NH CH3 O C CH3 estere 

PROBLEMA DI APPROFONDIMENTO 15.7 Si faccia un cerchio attorno ai seguenti 

gruppi funzionali e se ne scrivano i nomi: 

(a) O (b) O 

CH CH C H 


OH 

CH CH2 NH CH3 ammina secondaria 

H2N C CH2 CH CH3 La Figura 15.25 presenta un compendio dei nomi, delle strutture generali e delle interconversioni 

dei gruppi funzionali che abbiamo esaminato. Si noti la rilevante versatilità dei 

gruppi funzionali organici. 

O 

chetone 

H2O 

addizione 

R 

alcol 

H 

C 

H 

C 

Br 

alchene 

eliminazione eliminazione 

HX 

O 

OH 

aldeide 

X – 

(o HX) 

sostituzione 

H2O 

riduzione 

ossidazione 

ossidazione 

riduzione 

riduzione 

ossidazione 

R 

aloalcano 

addizione 

X 

O 

RC 

sostituzione 

estere 

OR 

sostituzione 

H2O ROH 

R C R 

R C H 

R C OH 

O 

acido carbossilico 

CN – 

O 

alchene 

+ 

R 

chetone 

aloalcano 

Cl 

R C N 

nitrile 

NH3 

riduzione 

sostituzione 

NH 2 

ammina 

Cl 

riduzione 

sostituzione 

R 

O 

C 

35 

NH R + R OH 

Figura 15.25 Sommario delle interconversioni tra i principali gruppi funzionali organici. I gruppi funzionali organici possono essere interconvertiti 

da reazioni con reagenti specifici. Ogni freccia è contrassegnata con il tipo di reazione. Gli ossidanti e i riducenti non sono indicati. 

I cambiamenti del gruppo R non sono indicati (vedi testo per i particolari). 


ammide

36 

(n+1) 

tappa 1 

formazione di 

radicale libero 

H 2 C 

tappa 2 

addizione di 

monomero 

(n+1) H 2 C 

(iniziatore perossido) 

C H 2 

C H 2 

Y O 

tappa 3 

addizione di 

altro monomero 

Y O 

O Y 

2Y O 

C H 2 C H 2 

Y O C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H 

n 

2 

C H 2 

C H 2 

tappa 4 

terminazione della 

catena mediante 

unione di due radicali liberi 


n +1 m +1 

Y O C H2 C H2 C H2 C H2 n +1 

C H2 C H2 O 

m +1 

Y 

n 

C H2 m 

C H2 O 

m 

Y 

15.5 MONOMERI E POLIMERI: MACROMOLECOLE 

SINTETICHE 

I polimeri sono molecole estremamente grandi costituite da una catena di molte molecole 

più piccole, dette monomeri, legate covalentemente. Il monomero è l’unità ripetitiva 

del polimero. 

In questo capitolo, presenteremo la nomenclatura dei polimeri e poi esamineremo 

i due tipi principali di reazioni organiche che legano covalentemente i monomeri per 

formare una catena. 

Per formare il nome di un polimero, si premette semplicemente il prefisso poli- al 

nome del monomero. Perciò, un polimero costituito dal monomero etilene è detto polietilene; 

il polimero costituito dal monomero stirene è detto polistirene; e così via. L’unico 

particolare aggiuntivo è che, quando il monomero ha un nome costituito da due 

parole, si usano parentesi nel nome del polimero; per esempio, quando il monomero è 

il cloruro di vinile, il nome del polimero è poli(cloruro di vinile). 

I due tipi principali di reazioni che formano polimeri sintetici prestano i loro nomi 

alle classi risultanti di polimeri: addizione e condensazione. 

Polimeri di addizione 

I polimeri di addizione si formano quando i monomeri subiscono una reazione di addizione 

l’uno all’altro. Sono detti anche polimeri per reazione a catena (o polimeri per 

accrescimento della catena) perché, quando ciascun monomero si addiziona alla catena, 

forma un nuovo sito reattivo per continuare il processo. I monomeri della 

maggior parte dei polimeri di addizione hanno il gruppo CœC . Come si può 

vedere dalla Tabella 15.6, le differenze essenziali tra un maglione di acrilico, un sacchetto 

di plastica per la spesa e una boccia da bowling sono dovute ai differenti gruppi 

chimici che sono legati agli atomi di C con legame doppio del monomero. 

La polimerizzazione radicalica dell’etene (etilene, CH2NCH2) a formare polietilene 

è un semplice esempio del processo di addizione. Nella Figura 15.26, il monomero 

reagisce per formare un radicale libero, una specie con un elettrone spaiato, che 

accetta un elettrone da un altro monomero per formare un legame covalente. Il processo 

comincia quando un iniziatore, di solito un perossido, genera un radicale libero 

che attacca il legame di una unità di etilene, formando un legame con uno degli 

elettroni p e lasciano spaiato l’altro. Poi questo nuovo radicale libero attacca il legame 

di un altro etilene, addizionandolo all’estremità della catena, e lo scheletro del polimero 

cresce. Quando si addiziona ciascun etilene, esso lascia sull’estremità in accrescimento 

un elettrone spaiato in cerca di un elettrone con cui “accoppiarsi” e allungare 

di una unità ripetitiva la catena. Questo processo si arresta quando due radicali liberi 

formano un legame covalente o quando si forma un radicale libero molto stabile per 

addizione di una molecola inibitore. Recenti progressi nel controllo dell’alta reattività 

delle specie radicaliche promettono una gamma di polimeri ancora più ampia. In un 

metodo simile, la polimerizzazione è iniziata dalla formazione di un catione (o di un 

anione) invece di un radicale libero. L’estremità cationica (o anionica) reattiva della 

catena attacca il legame del monomero successivo per formare un’altra estremità 

cationica (o anionica), e il processo continua. 

Le reazioni di polimerizzazione più importanti avvengono in condizioni relativamente 

blande mediante l’impiego di catalizzatori che contengono metalli di transizione. 

Figura 15.26 Tappe nella polimerizzazione radicalica dell’etilene. In questo 

metodo di polimerizzazione, i radicali liberi iniziano, propagano e terminano la formazione 

di un polimero di addizione. Un iniziatore (Y-O-O-Y) viene scisso per 

formare due molecole di un radicale libero (Y-O). Il radicale libero attacca il legame 

di un monomero e crea un altro radiale libero (Y-O-CH 2-CH 2). Il processo 

procede e la catena si accresce (si propaga) finché non si aggiunge un inibitore 

(non indicato) o due radicali liberi si combinano. 


± 

± 

± 

±

H H 

C C 

H H 

F F 

C C 

F F 

H H 

C C 

H CH3 H H 

C C 

H Cl 

H H 

C C 

H 

H H 

C C 

H CN 

H 

C C 

H 

O 

H O C CH3 H Cl 

C C 

H Cl 

H CH3 C C 

H C 

O 

O CH3 Composti organici e proprietà atomiche del carbonio 

Tabella 15.6 Alcuni tra i principali polimeri di addizione 

R1 n 

R2 R 3 

Monomero 

R 4 

R 1 R2 

R 3 R4 

Polimero 

polietilene 

politetrafluoroetilene 

polipropilene 

poli(vinil cloruro) 

polistirene 

poliacrilonitrile 

poli(vinil acetato) 

poli(viniliden cloruro) 

poli(metil metacrilato) 

Nel 1963, il chimico tedesco Karl Ziegler e il chimico italiano Giulio Natta ricevettero 

il premio Nobel per la chimica per lo sviluppo dei catalizzatori di Ziegler-Natta, che 

impiegano un composto organoalluminio, quale Al(C2H5) 3, e il tetracloruro di titanio o 

di vanadio. Oggi i chimici impiegano catalizzatori organometallici stereoselettivi per 

produrre polimeri le cui unità ripetitive hanno gruppi con particolari orientamenti spaziali. 

Mediante l’impiego di questi catalizzatori, variando le condizioni e i reagenti, 

vengono prodotte catene polietileniche con masse molari di 10 4 10 5 g/mol. 

Analogamente, si possono produrre polipropileni, ±CH [ 2 ±CH± ] n, 

che hanno 

W 

CH 3 

tutti i gruppi CH 3 delle unità ripetitive orientati dallo stesso lato della catena o alternamente 

da un lato e dal lato opposto. I differenti orientamenti determinano differenti 

efficienze di impaccamento delle catene e, quindi, differenti gradi di cristallinità, 

che provocano differenze in proprietà fisiche quali la densità, la rigidezza e l’elasticità. 

Polimeri di condensazione 

I monomeri dei polimeri di condensazione devono avere due gruppi funzionali; 

possiamo designare questo monomero come A—R—B (dove R è il resto della mole- 

n 

Applicazioni 

buste di plastica; bottiglie; 

giocattoli 

utensili da cucina (per esempio 

Teflon) 

tappeti (per interno ed esterno); 

bottiglie 

avvolgimenti in plastica, tubi da 

giardino, tubature 

isolanti; mobili; materiali da 

imballo 

filati; tessuti; parrucche (per 

esempio Orlon, Acrilon) 

adesivi; pitture; ricoperture 

tessili; dischi per compurer 

plastiche per alimenti (per 

esempio Saran) 

sostituti per il vetro (per esempio 

Lucite, Plexiglas); palle da 

bowling; pittura 


37

38 

O 


cola). Comunemente, i monomeri si legano quando un gruppo A su un monomero subisce 

una reazione di disidratazione-condensazione con un gruppo B su un altro 

monomero: 

1 

2 

1 

(n1)HOH 

nH±A±R±B±OH 2nH±A±R±B±OH ±±±±£ 

H [±A±R±B ]± n OH 

Molti polimeri di condensazione sono copolimeri, polimeri costituiti da due o più unità 

ripetitive differenti. Per esempio, la condensazione di monomeri di acido carbossilico e 

ammina forma poliammidi (nylon), mentre la condensazione di monomeri di acido carbossilico 

e alcol forma poliesteri. 

Una delle poliammidi più comuni è il nylon-66 (vedi Scheda di approfondimento 

pag. 63, Capitolo 2), prodotto miscelando quantità equimolari di una diammina a sei 

atomi di C (1,6-diamminoesano) e di un diacido a sei atomi di C (acido 1,6-esanodioico). 

L’ammina basica reagisce con l’acido per formare un “sale di nylon”. Il riscaldamento 

elimina l’acqua e forma i legami ammidici: 

O 

±±±±£ 

 

nHO C (CH2 ) 4 C OH nH2N (CH2 ) 6 NH2HO C (CH2 ) 4 C NH (CH2 ) 6 NH H 

(2n1)H2O 

n 

In laboratorio, questo nylon viene prodotto senza riscaldamento usando una componente 

acida più reattiva (Figura 15.27). I legami covalenti nella catena conferiscono ai nylon 

grande resistenza meccanica, e i legami idrogeno tra le catene conferiscono loro grande 

flessibilità. Circa la metà di tutti i nylon vengono prodotti per rinforzare gli pneumatici 

per autoveicoli e motoveicoli, il resto viene impiegato nella produzione di tappeti, indumenti, 

lenze da pesca, e così via. 

Il dacron, una fibra poliestere di vasto impiego, è ottenuto da filamenti polimerici 

formati dalla reazione di acido 1,4-benzenedicarbossilico e 1,2-etanediolo. Mescolando 

queste fibre poliesteri con varie quantità di cotone si ottengono tessuti durevoli, facilmente 

colorabili e resistenti allo sgualcimento. Da questo polimero si ottengono anche 

film di Mylar estremamente sottili impiegati nella fabbricazione dei nastri magnetici per 

la registrazione del suono e degli imballaggi per alimenti. 

Variazioni su un tema: polimeri inorganici Abbiamo già visto che alcuni polimeri 

sintetici hanno scheletri inorganici. Nel capitolo precedente abbiamo esaminato i siliconi, 

polimeri con l’unità ripetitiva -(R 2)Si-O-. A seconda dei legami trasversali 

della catena e dei gruppi R, i siliconi vanno da liquidi oleosi a fogli elastici 

a solidi rigidi e hanno applicazioni che comprendono il grasso per rubinetti, gli 

arti artificiali e le tute spaziali. Abbiamo menzionato anche i polifosfazeni, la cui 

unità ripetitiva -(R 2)PNN- esiste in una catena flessibile anche a basse temperature. 

Figura 15.27 La formazione del nylon-66. I nylon vengono formati industrialmente mediante la reazione di monomeri diammina e diacido. 

In questo esperimento dimostrativo di laboratorio, è usato come monomero il cloruro del diacido a sei atomi di C, che è più reattivo 

del diacido; la poliammide si forma tra le fasi. 


O 

O


Risoluzioni brevi dei problemi di approfondimento 

5.1 (a) 

H 

H 

(b) 

15.2 (a) 

(b) CH2 CH2 CH3 (c) 

(d) 

15.3 (a) CH3 CH CH CH3 Cl2 ±£ 

(b) 

(c) 

H H H H 

C C C C 

H H H H 

CH 3 

CH 3 

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 C CH2 CH3 CH 3 

CH 2 

CH 3 

CH 2 

CH 2 

CH 3 

C CH 3 

OH 

C 

CH 2 

C 

H C H 

H H H H 

C C C C 

H H H 

H C H 

H 

H 

H 

H H H 

H H H 

CH 3 

C 

C C 

H H H 

C 

H 

H 

Br 

H 

H 

CH 2 

H2O ±£ 

H 

HCC C CH2 CH2 CH3 OH ±£ 

CH 3 

CH 3 

H 

CH 2 

CH 3 

C 

H 

C C C C 

H H H 

CH 2 

CH 3 

H 

H C H H C H 

H H H 

H 

CH 2 

H 

H H H H 

CH 2 

CH 3 

CH 2 

CH 2 

C C C C 

H H H H 

CH 3 

C 

H 

CH 2 

CH 3 

CH 3 

CH 3 

Cl 

H 

CH 

OH 

H 

CH CH 3 

Cl 

 

H 

C H 

H 

C 

Br 

C 

H H 

H 

H C H 

H H H H 

C C C C 

H H H 

H 

C C C CC 

H H C C CC C H H C C CC 

H H H 

H H H 

H H H 

H 

C 

H 


(b) 

15.5 (a) CH3 (b) 


(b) 

C 

H 

H 

H 

CH 3 

CH 3 

H 

H C H 

H 


O 

(b) H2N C CH2 CH CH3 ammide 

H C H 

H H H H 

C C C C 

H H H H 

H 

CH 3 

Cl 

CH2 CH2 CH 2 

OH 

CH 

CH 2 

H 

H 

CH 3 

CH 

CH 2 

O 

C 

OH 

CH CH C H 

Br 

C 

C C C C 

H H H 

H C H 

H 

CH 3 

O 

C 

O 

H 

C 

H H 

H C H 

H H H H 

C 

H 

O 

OH 

CH 3 

alchene aldeide 

aloalcano 

H 

H 

o 

H 

 

H 

O 

C 

CH 3 

CH 3 

H 

H 

H H H 

H C H 

H 

H 

H 

CH 2 

C H 

C C C C 

CH 2 

H 

C H 

H 

C C C C 

H H H 

H C H 

H 

C H 

H 

NH 2 

CH 3 

C 

Cl 

H 

H H H H H 


H 

H H 

H 

C 

H 

39 

H 

H 

CH 3

Capitolo 15 integrale, riguardante la chimica organica - Ateneonline

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?