Concetti Chiave
- L'addizione nucleofila è caratteristica di aldeidi e chetoni, dove il carbonio del gruppo carbonile reagisce con i nucleofili grazie alla sua parziale carica positiva.
- La reazione tra aldeidi e alcoli in ambiente acido forma emiacetali, passando attraverso la formazione di un semiacetale come intermedio.
- Un eccesso di alcol può trasformare i semiacetali in acetali, mentre i chetoni formano chetali e semichetali tramite meccanismi simili.
- Le aldeidi possono essere ossidate a acidi carbossilici, mentre i chetoni resistono all'ossidazione a meno di condizioni estreme.
- La riduzione di aldeidi e chetoni porta alla formazione di alcoli primari e secondari rispettivamente, utilizzando spesso idruri metallici come reattivi.
Addizione nucleofila di aldeidi e chetoni
La tipica reazione di aldeidi e chetoni è la reazione di addizione nucleofila (come gli alcheni, che però facevano addizione elettrofila). L’atomo di carbonio del gruppo carbonile C=O è infatti insaturo, proprio come il doppio legame degli alcheni C=C, e per questo può legarsi a nuovi atomi. Il carbonio del carbonile presenta una parziale carica positiva poiché il legame è polarizzato e perciò reagisce con i nucleofili (che attraggono cariche positive).
Una reazione di addizione nucleofila di particolare importanza avviene quando il gruppo –CHO reagisce con il gruppo –OH (che possiede coppie elettroniche libere e funge da nucleofilo) di un alcol:il prodotto che si forma è un emiacetale. La reazione con gli alcoli avviene in ambiente acido, usando ad esempio come catalizzatore H+.Prendiamo ad esempio un aldeide, l’etanale, e un alcool, l’etanolo. Innanzitutto l’aldeide attrae un idrogeno (siamo in ambiente acido e quindi non lo toglie all’alcool), e lo lega all’ossigeno che mantiene il doppio legame C=O e quindi assume una carica positiva. Dopodiché l’etanolo si lega al carbonio del carbonile (assumendo una carica positiva), spezzando il doppio legame C=O ed eliminando la carica positiva formatasi nel punto. Infine l’idrogeno dell’etanolo legato all’aldeide viene strappato per rendere stabile la molecola. L’etanolo senza l’idrogeno legato all’aldeide prende il nome di radicale etossido, e quindi il composto venutosi a formare prende il nome di 1-etossietanolo (chiamato anche semiacetale). Quando siamo in presenza di un eccesso di alcool avviene che il semiacetale reagisce con un altro etanolo (non più necessariamente in ambiente acido). Il gruppo ossidrile del semiacetale si lega con l’idrogeno dell’etanolo a formare lo scarto, mentre il radicale alcossido si lega all’aldeide al posto del gruppo ossidrile e prende il nome di etossido. Tutti i passaggi della reazione sono reversibili; un eccesso di alcool sposta l’equilibrio verso destra, un eccesso di acqua lo sposta verso sinistra. I chetoni reagiscono in maniera uguale formando chetali e semichetali.
Ossidazione e riduzione
Aldeidi e chetoni possono anche compiere reazioni di ossidazione (aumentando il n.o. del carbonio) o di riduzione (diminuendo il n.o. del carbonio). Aldeidi formano per ossidazione acidi carbossilici con lo stesso numero di carboni; i chetoni non si ossidano quasi mai, solo in situazioni drastiche. I due tipi di composti vengono infatti distinti tramite il diverso comportamento nei confronti di agenti ossidanti. Nel saggio di Tollens viene messo a reagire un aldeide con lo ione argento in una soluzione acquosa di ammoniaca: lo ione argento diventa argento metallico, che si deposita sulla superficie del vetro.
Aldeidi formano per riduzione alcol primari, chetoni formano per riduzione alcol secondari. I reattivi sono spesso idruri metallici.
Domande da interrogazione
- Qual è la reazione tipica di aldeidi e chetoni?
- Come avviene la formazione di un emiacetale?
- Qual è la differenza tra l'ossidazione di aldeidi e chetoni?
- Cosa succede durante la riduzione di aldeidi e chetoni?
La reazione tipica di aldeidi e chetoni è l'addizione nucleofila, dove il carbonio del gruppo carbonile reagisce con nucleofili a causa della sua parziale carica positiva.
Un emiacetale si forma quando un aldeide reagisce con un alcol in ambiente acido, con l'alcol che funge da nucleofilo e si lega al carbonio del carbonile.
Le aldeidi si ossidano facilmente formando acidi carbossilici, mentre i chetoni si ossidano raramente e solo in condizioni drastiche.
Durante la riduzione, le aldeidi formano alcol primari e i chetoni formano alcol secondari, spesso utilizzando idruri metallici come reattivi.
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