Stabilità degli alcheni: iperconiugazione

Il prodotto principale di qualsiasi reazione chimica è sempre quello più stabile quindi la conoscenza della stabilità degli alcheni consente di poter prevedere quale isomero si forma in quantità maggiore a seguito di una reazione.

Determinazione della stabilità degli alcheni

Un metodo per conoscere la stabilità degli alcheni consiste nel determinare sperimentalmente la quantità di energia associata alla reazione di idrogenazione che è di tipo esotermico. Poiché in questa reazione l’alchene è trasformato in alcano a seguito della rottura del doppio legame l’energia emessa è proporzionale all’energia del doppio legame presente nella molecola.

Quanto più un alchene è stabile tanto minore è la sua energia pertanto dalla reazione di idrogenazione si svolgerà meno calore.

Dai dati sperimentali si ha che quanto più un alchene è sostituito tanto più è stabile pertanto l’ordine di stabilità degli alcheni è il seguente:

stabilità alcheni

Iperconiugazione

La maggiore stabilità degli alcheni sostituiti è dovuta alla iperconiugazione. Questa è causata dalla interazione tra uno dei quattro orbitali ibridi sp3 del gruppo –CH3 con l’orbitale π* del doppio legame.

Questa interazione stabilizzante tra un legame di tipo σ e uno di tipo π coinvolge la donazione di densità di carica elettrica dal legame saturo C-H all’orbitale vuoto del doppio legame.

L’iperconiugazione pertanto si verifica solo se il carbonio in α al doppio legame è legato almeno a un atomo di idrogeno. Quindi nel caso del 3,3-dimetil-1-butene in cui al carbonio 3 in α al doppio legame non sono legati atomi di idrogeno non si verifica iperconiugazione.

L’ 2-butene è più stabile rispetto all’1-butene poiché nel 2-butene vi sono 3+3 = 6 idrogeni che contribuiscono all’iperconiugazione mentre nell’1-butene ve ne sono solo 2.

1 e 2 butene

Dai dati sperimentali inoltre si ha che l’isomero cis è meno stabile dell’isomero trans; questo fenomeno può essere giustificato sia da dalla maggiore repulsione sterica che si ha nell’isomero cis rispetto all’isomero trans. Ad esempio si consideri il cis-2-butene e il trans-2-butene:

cis e trans

Nel caso del cis-2-butene i gruppi metilici si trovano dalla stessa parte rispetto al doppio legame. Le rispettive nuvole elettroniche possono interferire l’una con l’altra provocando una deformazione della molecola e quindi una minore stabilità.

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