Le reazioni di addizione sono azioni importanti per quanto riguarda le sintesi organiche, perché attraverso di esse si può sviluppare un numero interessante di sostanze organiche.
Perché avvenga la reazione di addizione, è necessario creare due siti di legame nella catena di carbonio, che avviene semplicemente quando la catena è insatura (presenza di pi link). Pertanto, quando il collegamento pi greco viene interrotto, i siti vengono visualizzati nella catena.
Un gruppo di sostanze che possono essere utilizzate in aggiunta alle sintesi sono cicloalcani o ciclani, gruppo di idrocarburi con catene cicliche e sature. Sfuggono alla regola generale dell'addizione in quanto non hanno un collegamento pi, ma a seconda di alcune condizioni (calore, metallo catalizzatore, mezzo acido) possono subire una rottura della catena tra due atomi di carbonio, causando la comparsa di due siti di legame per l'addizione. Tuttavia, c'è un fatto che limita l'uso di questi composti. Il fatto è la chiamata teoria dello stress anulare, proposta da Adolf V. Bayer nel 1885.
Perché il legame sigma tra i carboni venga rotto, deve esserci una certa instabilità tra i carboni. Questa instabilità è correlata all'angolo dei legami tra i carboni. Secondo Bayer, l'angolo che fornisce a grande stabilità per il link sigma è 109,47oh. Quindi, catene che hanno un angolo tra i carboni inferiore a 109,47oh tendono ad avere instabilità nei legami sigma tra i carboni che formano le catene, che ne favorisce la rottura alleata ad una condizione esterna ideale.
Gli unici cicloalcani che hanno un angolo inferiore a 109,47oh tra i suoi carboni ci sono ciclopropano (60oh), ciclobutano (90oh) e ciclopentano (108oh). Il ciclopentano ha un angolo molto vicino a 109,47oh ha legami sigma molto stabili, quindi non può subire alcuna reazione di addizione. Di seguito abbiamo le strutture di questi tre cicloalcani:
Formula di struttura rispettivamente di ciclopropano, ciclobutano e ciclopentano
Osservazione: Qualsiasi cicloalcano che ha più di 5 atomi di carbonio nella catena effettuerà una reazione di sostituzione per esempio, e mai un'aggiunta perché i legami sigma tra i loro atomi di carbonio sono estremamente stabile.
Le reazioni di addizione che possono avvenire con i cicloalcani sono praticamente tutte, ma con il ciclopentano le uniche che può subire sono l'idrogenazione e l'alogenazione. Di seguito sono riportati esempi di aggiunte con cicloalcani e le loro condizioni di occorrenza:
a) Idrogenazione
Reazione del cicloalcano con la molecola di idrogeno con presenza di catalizzatore metallico in polvere (zinco, nichel o platino) in presenza di riscaldamento (circa 180°CohC). In questa reazione, il cicloalcano darà origine a a alcano. In questa reazione, dopo che il ciclo si è interrotto, viene aggiunto un atomo di idrogeno a ciascuno degli atomi di carbonio del legame sigma che è stato rotto.
Reazione di addizione in ciclobutano utilizzando idrogeno
b) Alogenazione
Reazione del cicloalcano con la molecola di alogeno (cloro, bromo, iodio, per esempio) con la presenza di catalizzatore di cloruro di ferro III (FeCl3). In questa reazione, il cicloalcano darà origine a a alogenuro organico con due atomi di alogeno nella catena. Dopo che il ciclo si è interrotto, abbiamo l'aggiunta di un atomo di alogeno su ciascuno degli atomi di carbonio del legame sigma che è stato rotto.
Reazione di addizione in ciclobutano con bromo
c) Reazione con alogenidruri (alogenuri acidi)
Reazione del cicloalcano con la molecola di idrato inorganico contenente alogeno (HCl. HBr, HI). Poiché come reagente viene utilizzato un acido, non viene utilizzato un catalizzatore. In questa reazione, il cicloalcano darà origine a a alogenuro organico con un solo atomo di alogeno nella catena. Dopo che il ciclo si è rotto abbiamo l'aggiunta di un atomo di idrogeno su uno dei carboni del legame sigma che è stato rotto e un alogeno sull'altro carbonio. Obbedendo alla regola di Markovnikov (H sul carbonio più idrogenato e alogeno sul carbonio meno idrogenato).
Nota: si verifica solo con ciclopropano e ciclobutano.
Reazione di addizione in ciclopropano con acido cloridrico
Nota: si verifica solo con ciclopropano e ciclobutano.
d) Idratazione
Reazione del cicloalcano con una molecola d'acqua in presenza di acido solforico e riscaldamento. In questa reazione, il cicloalcano darà origine a a monoalcol (alcol con un solo gruppo OH nella catena). Dopo che il ciclo si è rotto abbiamo l'aggiunta di un atomo di idrogeno su uno dei carboni del legame sigma che è stato rotto e un idrossile (OH) sull'altro carbonio. Obbedendo alla regola di Markovnikov (H sul carbonio più idrogenato e ossidrile sul carbonio meno idrogenato).
Nota: si verifica solo con ciclopropano e ciclobutano.
Reazione di addizione in ciclopropano con acido cloridrico
Di Me. Diogo Lopes Dias
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/adicoes-ciclanos.htm
