Grado di insaturazione
La conoscenza del grado di insaturazione in una molecola organica permette di sapere se essa è satura o se vi sono doppi o tripli legami. Se in una molecola vi è un solo grado di insaturazione può essere un alchene o un cicloalcano
Il confronto tra il numero di atomi di idrogeno presenti nella molecola e il numero massimo di atomi di idrogeno che possono essere presenti in un alcano avente lo stesso numero di atomi di carbonio fornisce l’indice di difetto di idrogeno della sostanza di struttura incognita.
Tale indice è detto anche grado di insaturazione o numero di siti di insaturazione.
Molecole sature e insature
Una molecola si dice satura se è aciclica e se sono presenti solo legami semplici. Così, ad esempio il propano, di formula C3H8 presenta una catena lineare e tutti i legami C-C e C-H sono legami semplici: pertanto la molecola si dice satura.
Viceversa il propene CH2=CH-CH3 che ha gli stessi tre atomi di carbonio come il propano presenta solo sei atomi di idrogeno rispetto agli otto atomi di idrogeno presenti nel propano; quindi la molecola ha un difetto di idrogeno e non è satura.
Per stabilire il grado di insaturazione della molecola si deve tener presente che ogni doppio legame e ogni anello presenti nella struttura diminuiscono di due unità il numero di atomi di idrogeno.
Mentre il n-pentano ha cinque atomi di carbonio e dodici atomi di idrogeno (si rammenti infatti che la formula generale di un idrocarburo saturo è CnH2n+2) il ciclopentano ha formula C5H10 e ha quindi due atomi di idrogeno in meno rispetto alla molecola aciclica. Pertanto l’indice di difetto di idrogeno è il numero di coppie di atomi di idrogeno che il composto in questione ha in meno dell’alcano corrispondente.
In tabella vengono riportati alcuni esempi di molecole che hanno un indice di difetto di idrogeno:
| Formula molecolare | Alcano corrispondente | Indice |
| C6H14 | C6H14 | 0 |
| C6H12 | C6H14 | 1 |
| C6H10 | C6H14 | 2 |
| C6H8 | C6H14 | 3 |
| C6H6 | C6H14 | 4 |
L’indice di insaturazione quindi è un numero che equivale alla somma dei cicli e dei legami multipli (ogni legame triplo corrisponde a due unità) esistenti nella molecola.
La formula per poter calcolare il numero di siti di insaturazione per un composto che presenta solo atomi di carbonio e di idrogeno è la seguente:
numero di siti di insaturazione (o indice) =
= numero di atomi di idrogeno presenti nell’alcano – numero di atomi di idrogeno presenti nel composto / 2
Così C6H12 ha indice 1 in quanto, applicando la formula si ha: 14 – 12 / 2 = 1
C6H10 ha indice 2 in quanto, applicando la formula si ha: 14 – 10/ 2 = 2
Il composto C6H8 ha indice 3 in quanto, applicando la formula si ha: 14 – 8/2 = 3
C6H6 ha indice 4 in quanto, applicando la formula si ha: 14 – 6/2 = 4
Il composto di formula generale CnH2n che presenta indice 1 è un composto che presenta un doppio legame (alchene) o un composto ciclico (cicloalcano).
Il composto di formula generale CnH2n-2 che presenta indice 2 è un composto che presenta un triplo legame ( alchino) o un composto che presenta due doppi legami ( diene) o un composto ciclico che presenta un doppio legame (cicloalchene). Ad esempio C6H10 può essere un alchino come HC≡C-CH2– CH2– CH2– CH3 ( 1-esino) oppure un diene come H2C=CH-CH2 – CH2– CH=CH2 ( 1,5-esadiene) oppure un cicloalchene ovvero cicloesene.
Per composti che contengono oltre al carbonio e all’idrogeno anche ossigeno, azoto, zolfo e alogeni l’indice può essere calcolato applicando le regole seguenti:
- Ogni alogeno è sostituito con un idrogeno
- Gli atomi di ossigeno e di zolfo vanno esclusi
- Per ogni atomo di azoto presente trascurare sia l’atomo di azoto che un atomo di idrogeno
Applichiamo tali regole alla molecola C8H8NOBr
- Sostituiamo il bromo con un idrogeno e la formula diventa C8H9NO
- Escludiamo l’ossigeno e la formula diventa C8H9N
- Trascuriamo l’atomo di azoto presente e conseguentemente un atomo di idrogeno: si ha C8H8
Poiché il massimo numero di atomi di idrogeno presenti in un alcano a otto atomi di carbonio è pari a (2 x 8) + 2 = 18, il numero di siti di insaturazione è dato da 18 – 8/ 2 = 5