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La reattività di alcani e alcheni

Ginevra vuole chiarimenti sulle reazioni di alogenazione degli alcani e addizione elettrofila degli alcheni.
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Ginevra ha scritto: Buonasera, avrei una domanda da farle inerente alle reazioni che si possono trovare con gli alcani e gli alcheni/alchini. Ho studiato l'alogenazione per i primi e l'addizione elettrofila per i secondi, ma non li ho capiti a fondo. Potrebbe spiegarmeli? La ringrazio moltissimo!   Rispondo così: I forti legami C-C e la piccola differenza di elettronegatività tra carbonio e idrogeno rendono gli idrocarburi saturi poco sensibili alla maggior parte dei reagenti chimici; in opportune condizioni possono però reagire con gli alogeni fluoro, cloro e bromo. Il risultato della reazione è la sostituzione di uno o più atomi di idrogeno dell’alcano con atomi di alogeno. Le reazioni in cui un atomo (o un gruppo di atomi) ne sostituisce un altro, sono classificate come reazioni di sostituzione. Nel caso della clorurazione, per esempio, si ha:

-C-H  +  Cl-Cl     -C-Cl  +  H-Cl

Affinché la reazione avvenga, è necessario rompere il legame covalente nella molecola di cloro e ciò richiede energia. Essa può essere fornita sotto forma di calore o per irraggiamento con radiazioni UV di appropriata lunghezza d’onda. Poiché non c’è differenza di elettronegatività tra i due atomi di cloro, quando il legame covalente che li unisce si rompe ciascun atomo si riappropria del proprio elettrone; la conseguenza è la formazione di una specie che ha un elettrone non accoppiato, cioè spaiato. A tali specie si dà il nome di radicali. Per questo motivo la reazione di alogenazione degli alcani è una reazione di sostituzione radicalica. Alla rottura della molecola di alogeno, X2, in due radicali X—, segue la fase di propagazione in cui il radicale alogeno strappa un atomo di idrogeno all’idrocarburo, che rimane così con un elettrone spaiato, cioè sotto forma di radicale alchilico R—. Esso, a sua volta, strappa un atomo alla molecola di alogeno; il risultato è la formazione dell’alogenuro alchilico, R-X, e di un radicale X—. La catena di reazioni termina quando si combinano tra loro due specie radicaliche. Lo schema complessivo della reazione nel caso della clorurazione del metano è il seguente:

 

La freccia con una sola aletta sta ad indicare lo spostamento di un solo elettrone; il puntino a lato del simbolo rappresenta l’elettrone spaiato.

La reattività di alcheni e alchini si discosta molto da quella degli alcani e la causa principale è la presenza del legame π fra i due atomi di carbonio uniti dal legame multiplo. Mentre gli elettroni del legame σ sono fortemente attratti dai nuclei dei due atomi che li condividono, gli elettroni π sono meno vincolati per cui, in opportune condizioni di reazione, possono essere utilizzati per formare nuovi legami con altri atomi. La reazione tipica di alcheni e alchini è l’addizione: gli atomi provenienti dal reagente si congiungono con i due carboni del legame multiplo, che alla fine risultano così legati a 4 atomi diversi. Quando, per esempio, l’etilene reagisce con il cloro, entrambi gli atomi di cloro vanno ad aggiungersi alla molecola di etilene e si ha la formazione di due nuovi legami C-Cl:

CH2=CH2  + Cl-Cl      Cl-CH2-CH2-Cl

Poiché la reazione di addizione è dovuta alla presenza di elettroni π, i reagenti che vanno ad addizionarsi sono detti elettrofili (che amano gli elettroni) e la reazione addizione elettrofila. Gli elettrofili sono molecole o ioni che possono accettare un doppietto elettronico; lo ione H+, per esempio, è un elettrofilo. Non so se quanto ho scritto è sufficiente a chiarirti le idee; ricorda, però, che la risposta è tanto più efficace quanto meno generica è la domanda!
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