Le reazioni di addizione al doppio legame negli alcheni

Le reazioni di addizione al doppio legame negli alcheni
Gli alcheni appartengono alla categoria degli idrocarburi insaturi e sono caratterizzati dalla
presenza del doppio legame carbonio-carbonio.
La formula generale CnH2n indica che vi sono due atomi di idrogeno in meno rispetto
all’alcano corrispondente. Per formare i legami con altri tre atomi, il carbonio usa tre
orbitali ibridi equivalenti, gli orbitali sp2, formati dall’unione di due orbitali 2p e dall’orbitale
2s, giacenti in un piano passante per il nucleo del carbonio e diretti verso i vertici di un
triangolo equilatero (ossia a 120°). Con questo assetto trigonale gli orbitali ibridi risultano
quanto più è possibile distanti tra loro e questo minimizza la loro reciproca repulsione.
Se si sistemano i quattro atomi di idrogeno ed i due atomi di carbonio in modo da dare la
massima sovrapposizione frontale dei rispettivi orbitali s ed sp2, si ottiene la struttura dei
legami σ. Tuttavia la molecola non è ancora completa: i restanti orbitali 2p contenenti un
singolo elettrone per ciascun carbonio, e non impegnati nell’ibridazione, possono
sovrapporsi lateralmente per dare un nuovo tipo di legame, chiamato legame π, formato
da due nuvole elettroniche che si trovano sopra e sotto il piano della molecola. L’etilene
è,quindi, una molecola piana.
Il doppio legame carbonio-carbonio è perciò formato da un forte legame σ e da un legame
π più debole, e la forza totale del legame è maggiore di quella del legame semplice
nell’etano. Due importanti aspetti concordano con questa descrizione degli alcheni: il
concetto di rotazione impedita, con il conseguente fenomeno dell’isomeria geometrica e la
reattività caratteristica del doppio legame negli alcheni, vale a dire l’addizione elettrofila.
L'addizione elettrofila è un processo chimico appartenente principalmente agli idrocarburi
insaturi. Per prima cosa è necessario rompere il legame della molecola di reagente in due
gruppi di carica differente. È elettrofila quando è il gruppo positivo, dunque povero di
elettroni, che attacca per primo il substrato nella zona del legame multiplo. A questo punto
i legami π diventano σ.
La reazione avviene in due stadi:
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1° stadio: Nel primo stadio l'elettrofilo attacca il doppio legame. A ben vedere
l'elettrofilo attacca il legame π, poiché gli elettroni π del doppio legame formano un
legame più debole di quelli σ. Il doppio legame si comporta come una fonte di
elettroni nei confronti dei reattivi in cerca di elettroni. L'attacco da parte
dell'elettrofilo porta alla formazione di un intermedio carico positivamente: il
carbocatione.
2° stadio: Il secondo stadio consiste nella combinazione fra il carbocatione e la
specie nucleofila. Lo stadio è molto veloce poiché il carbocatione è un intermedio a
vita breve, cioè è mSia i reagenti che gli alcheni possono essere simmetrici o
asimmetrici. Se l'alchene è simmetrico è possibile ottenere un solo prodotto di
addizione. Altrimenti, in teoria, sarebbe possibile ottenere due prodotti di addizione.
Regola di Markovnikov: «Nell'addizione ad un doppio legame carbonio-carbonio,
l'addendo positivo (generalmente un protone) si lega al carbonio che ha già il maggior
numero di idrogeni legati a sé». La reazione di addizione è regiospecifica, e segue la
regola di Markovnikov: Quando un reagente asimmetrico si addiziona ad una alchene
asimmetrico, la parte elettropositiva del reagente si attacca all'atomo di carbonio del
doppio legame che è legato al maggior numero di atomi di idrogeno.
Le reazioni di addizione tipiche degli alcheni sono:
- Addizione di alogeni
- Addizione di acidi alogenidrici
- Addizione di acqua o idratazione