Perchè la stabilità degli alcheni è legata al numero di sostituenti degli atomi di carbonio impegnati nel doppio legame?

Il gruppo funzionale alchenico consiste in due atomi di carbonio ibridizzati sp2 ,legati tramite doppio legame (un legame sigma e uno pi greco). L’etilene è l’alchene più semplice ed  è composto da due atomi di carbonio legati da un doppio legame , ogni carbonio è legato inoltre a due atomi di idrogeno. 

                                                                              

 

Consideriamo un singolo atomo di carbonio: esso ha tre orbitali sp2 , con un elettrone a testa, con cui forma legami sigma con l’altro carbonio e con i due idrogeni . Resta un orbitale p non ibridato, contenente anch’esso un elettrone, perpendicolare al piano della molecola. Sostituendo ad un atomo di idrogeno un gruppo alchilico, che è elettron-donatore, l’orbitale p su un atomo di carbonio viene riempito grazie all’ effetto induttivo, che si basa sulla polarizzazione della densità elettronica di un legame covalente.

Ma c’è anche un effetto che riguarda la molecola nel suo insieme: la reattività di un alchene (e quindi la sua instabilità) è data dalla presenza di densità elettronica sul doppio legame, che si definisce elettron-ricco, ed è possibile che questo si rompa per addizionare atomi creando legami covalenti semplici. Quindi si può stabilizzare la molecola anche diluendo la densità elettronica attraverso  l’ iperconiugazione. Si tratta della sovrapposizione dell’orbitale p semi-riempito con un adiacente legame sigma C-H . Tale interazione origina un orbitale molecolare esteso che aumenta la stabilità del sistema.

Inoltre con una configurazione dell’alchene "complicata" dalla presenza di sostituenti, aumentano il numero delle formule di risonanza, che stabilizzano il sistema sempre per un effetto di delocalizzazione di carica.

Più sono i gruppi legati agli atomi di carbonio del doppio legame che sono in grado di dar luogo a questi effetti, maggiore è la stabilità dell’alchene. L’etilene più stabile sarà quello tetra-sostituito.