Schema chimica organica parte 2

Gli alcoli

Gli alcoli sono alcani con legato un gruppo –OH a un carbonio ibridato sp³, il gruppo –OH ha alta priorità e quindi la numerazione lo vorrà con il numero più basso anche di un eventuale doppio legame.

La desinenza è –OLO.

Uso comune: alcol n-metilico.

Polialcoli o glicoli: sono catene con legati più gruppi OH.

Ordine di priorità per la nomenclatura: la priorità diminuisce dall’alto verso il basso; con questo ordine so che devo iniziare a numerare dal gruppo con maggiore importanza. 33

Proprietà fisiche

• Legame idrogeno

Gli alcoli possono dare perché hanno un idrogeno legato a un eteroatomo: l’ossigeno, che acquista una parziale carica negativa; un idrogeno carico positivamente perché legato a un O andrà a instaurare un legame idrogeno con un altro ossigeno carico negativamente, di un’altra molecola.

Il legame idrogeno è un legame debole ma la sua forza risiede nella rete che forma.

• I punti di ebollizione confrontati con quelli degli alcani che non presentano gruppi –OH sono sempre più alti per via della formazione di legami idrogeno che rendono la soluzione più stabile.

Gli alcoli sono anfoteri.

• Acidità degli alcoli: l’acidità dell’alcol dipende molto dalla base con cui entra in contatto; con l’acqua ad esempio possono perdere un protone ma dando acidità pari a quella dell’acqua, neutra: la pKa dell’acqua è 15,7 mentre l’etanolo 15,9.

L’acidità dell’alcol può infatti aumentare se reagisce con basi forti come:

• La sodio ammide
• Gli acidi alogenidrici
• Metalli come Na, Li, K, Mg, che si ossidano
• Butillitio
• Litio diisopropilammide

L’alcol può però reagire anche con basi deboli nel caso però che abbia nella catena molti elementi elettronattrattori che quindi sposteranno la nuvola elettronica lasciando scoperto il protone che sarà strappato più facilmente.

L’acidità degli alcoli invece diminuisce per ingombro sterico, e quindi un alcol terziario sarà meno acido di uno primario perché non è in grado di reagire.

• Basicità degli alcoli: analizzando sempre la reazione in acqua vedo che questa può donare un protone invece che strapparlo e in questo modo poi l’alcol perde una molecola d’acqua disidratandosi e formando un alchene.

Reattività

Conoscendo le proprietà degli alcoli so che possono reagire da acidi o da basi e quindi potranno rompere il legame C-O comportandosi da basi o rompere il legame O-H comportandosi da acidi.

L’alcol è infatti caratterizzato da molte cariche parziali a causa dell’elettronegatività dell’ossigeno che impoverisce l’idrogeno ma anche i C attaccati alla catena: 34

1. Disidratazione ad alcheni: reazione E, tranne reattività alcoli primari E2; si forma un carbocatione.

2. Conversione in alogenuri alchilici: è una sostituzione. Per alcoli primari via SN2, per secondari e terziari via SN1, posso avere trasposizione; + HY+ agenti alogenanti. Anche loro hanno la capacità di trasformare l’OH in un buon gruppo uscente.

3. Trasformazione in eteri. Capitolo acidi carbossilici.

4. Ossidazione: ossidanti forti, alcoli 1° -> acidi carbossilici; alcoli 2° -> chetoni; alcoli 3° non reagiscono. Ossidanti avvelenati: mi fermo a aldeide.

5. Trasformazione in solfonati: interessa il legame O-H, SN2; ho ritenzione di configurazione. Cambio il gruppo uscente.

Metodi di sintesi degli alcoli

1. Riduzione di composti contenenti un carbonile. Catalizzatori: Pt e Ni.

   Riduzione catalitica

2. Riduzione chimica: con idruri alchilici, sodio boro idruro e litio alluminio idruro. Non riducono doppi e tripli legami. Il secondo riduce anche esteri e acidi.

3. Da composti organometallici, Grignard: composto organometallico. Il solvente sono eteri e l’acqua, idrogenioni, vengono aggiunti sempre in un secondo momento per evitare la reazione basica.

   Da composti carbonilici

   • Formaldeide -> 1°
   • Aldeidi -> 2°
   • Chetone -> 3° 35

   Da esteri

   Rapporto 2:1 perché l’estere lega 2 catene provenienti da 2 Grignard.

   Da epossidi

   L’epossido si apre e dal lato dell’O formo l’alcol e dall’altro attacco la catena.

4. Idratazione di alcheni.

   • Catalizzata da acidi: secondo Markovnikov, carbocatione, solvente acido non nucleofilo e riscaldamento.
   • Antiossimercuriazione: stereoselettiva, no carbocatione, racemizzazione, no riarrangiamento.
   • Idroborazione: stereoselettiva, anti-regioselettiva, Markovnikov, racemizzazione.

5. SN da alogenuri alchilici + OH buon nucleofilo: SN2; + H2O nucleofilo debole via SN1.

Reazioni di ossidazione

Con agenti ossidanti forti

Le reazioni di ossidazione con ossidanti forti avvengono solo per alcoli primari o secondari, mentre per i terziari non avvengono per ingombro sterico.

L’ossidazione arriva fino in fondo e non si ferma all’intermedio aldeide.

A partire da alcoli primari ottengo acidi carbossilici, mentre partendo con alcoli secondari ottengo chetoni:

• Alcol primario: il gruppo OH si riduce a =O, e H che resta, visto che è primario, si riduce a OH.
• Alcol secondario: il gruppo OH legato al C dell’alcol si riduce a =O, e basta perché non ho niente da ossidare.

• Reagente di Jones: la reazione di ossidazione è possibile perché il reagente si riduce; in particolare è il cromo a ridursi, cambiando colore da arancione a verde.
• Permanganato in base: è un ossidante molto forte con diversi meccanismi d’azione a seconda delle condizioni di utilizzo.

Concentrato e in acido: è troppo aggressivo e quindi aspecifico. Può anche arrivare a spezzare la catena in due parti.

Più stabile in ambiente basico ma a seconda del reagente varia temperatura e concentrazione:

• Alcoli: è meno usato del reagente di Jones; lo uso concentrato, in ambiente basico e a 25°C; ottengo lo stesso prodotto ma alla fine devo acidificare perché la reazione avviene in ambiente basico e alla fine avrei il gruppo –OH deprotonato. Per gli alcoli primari la reazione passa per la formazione dell’aldeide ma l’ossidazione continua e anche l’H che resta viene sostituito. 36
• Alcheni: lo uso diluito, a pH leggermente basico e a 5°C perché se no all’altezza del doppio legame mi si spezzerebbe la molecola.
• Alchini: diluito mi dà dichetoni e concentrato mi dà acidi carbossilici spezzando la catena.

Con agenti ossidanti blandi

Con questa reazione posso fermarmi a aldeide negli alcoli primari; uso:

• PCC cloruro di piridinio: ha origine dalla complessazione di CrO₃ con piridina e HCl.

Nell’alcol primario allora il gruppo alcolico –OH viene ridotto a =O e l’idrogeno che resta non viene toccato, mentre per gli alcoli secondari resta tutto come prima.

Ossidazione di dioli vicinali

Per dioli vicinali intendo un alcol con 2 gruppi –OH posti vicini tra loro e dalla stessa parte del piano; in questo caso posso usare come agente ossidante l’acido periodico HIO₄ che riduce contemporaneamente i 2 gruppi –OH e spezza la catena tra i 2 C alcolici.

Meccanismo: il diolo si spezza originando 2 composti carbonilici; osservo la formazione di un intermedio a 5 termini che dovrà essere possibile dal punto di vista sterico avvicinare entrambi gli OH contemporaneamente.

Applicazione: passo da molecole cicliche a molecole lineari. 37

Trasformazione degli alcoli in solfonati

È un modo efficace di trasformare un pessimo gruppo uscente (-OH) in un ottimo gruppo uscente; la reazione inoltre avviene con ritenzione di configurazione, al contrario della SN2, e quindi ci permette di modulare la stereochimica del centro chirale.

La reazione mi permette di attaccare un tosilato invece dell’H e quindi ottengo un buon gruppo uscente O-tosilato.

Applicazione successiva: posso far reagire la mia nuova molecola con reazione SN2 perché ho un buon gruppo uscente, e alla fine mi trovo che al posto dell’OH ho messo il gruppo che volevo.

Metodi di sintesi di alcoli

Riduzione di composti contenenti un carbonile

Riduzione catalitica

Normalmente i catalizzatori in condizioni normali riducono solo gli alcheni senza toccare il gruppo chetonico che rimane invariato. Se invece come in questo caso voglio proprio ridurre lui allora devo usare condizioni estreme e i catalizzatori più usati sono Pt e Ni. 38

Riduzione chimica

La riduzione chimica viene fatta da idruri alcalini e cioè composti che liberano idruri, idrogeni che portano via gli elettroni, e quindi sono in grado di legare il reagente a sé e poi grazie a disidratazione lo lasciano andare sotto forma di alcol.

Gli idruri alcalini sono:

• Sodio boro idruro
• Litio alluminio idruro

Entrambi riducono in rapporto 4:1, cioè 1 idruro alcalino e 4 chetoni.

• Sodio boro idruro: utilizzato in acqua e alcoli [MeOH].

Meccanismo: il sodio boro idruro dissocia un idruro e cioè un idrogeno con carica negativa che attacca il carbonio del chetone che ha sempre parziale carica positiva. In questo modo si lega rubando elettroni dal doppio legame.

A questo punto la carica scoperta sull’ossigeno si lega al composto dell’idruro alcalino.

A questo punto il solvente alcolico, etanolo, permette l’idratazione e si rompe il legame legando un nuovo idrogeno: ho formato l’alcol.

Selettività: il NaBH₄ come abbiamo visto riduce aldeidi e chetoni ma mai doppi o tripli legami, tra C, né esteri (COOR) e acidi (COOH).

• Litio alluminio idruro: si usa in etere e reagisce violentemente con l’acqua che infatti si aggiunge solo in un secondo momento.

Meccanismo: come prima è l’idruro a attaccare il carbonile e formare il complesso. In un secondo step: il passaggio idrolitico, aggiungo acqua che rompe il legame con alluminio idruro che reagisce formando Al(OH)₃.

Selettività: LiAlH₄ riduce come visto aldeidi e chetoni, nemmeno lui riesce a ridurre alcheni e alchini, doppi e tripli legami, ma è in grado di ridurre esteri (COOR) e acidi (COOH).

LiAlH₄ riduce un estere: come l’attacco dell’idruro provoca una rottura della molecola fin dall’inizio e poi separatamente formo un alcol dal chetone e uno dall’etere.

Esempi: l’etere non viene ridotto. 39

Da composti organometallici: Grignard

I composti organometallici sono caratterizzati dal legame C-M, metallo; i metalli infatti come litio, sodio e magnesio sono ottimi agenti riducenti. Normalmente se un alogenuro alchilico, alcano che presenta alogeno Br, I o Cl, reagisce con uno di questi metalli l’alogeno viene scalzato ma esiste un’eccezione: con il magnesio, semplicemente si lega formando il reagente di Grignard.

Uso come solventi gli eteri perché stabilizzano il Grignard: le cariche negative dell’ossigeno stabilizzano quelle positive del magnesio.

Il carbonio del reagente di Grignard è caratterizzato da una carica parziale negativa perché i 2 metalli rubano elettroni.

Questa carica lo rende:

• Base molto forte: caratteristica negativa che non vogliamo; i Grignard infatti reagiscono con gli acidi e con tutti i composti contenenti –OH, -SH, -NH, e cioè che hanno idrogeni mobili, questi vengono rubati dal Grignard, e la parte metallica li lega al loro posto; acqua.
• Nucleofilo: una potente caratteristica che sfruttiamo.

Grazie a Grignard riduco aldeidi e chetoni, esteri e epossidi: tutti composti con doppio legame O, o comunque con O, ad alcol e lego la catena del Grignard al reagente. Lo uso infatti per creare il composto che mi interessa.

Grignard reagisce con:

• Reazione di Grignard con composti carbonilici a dare alcol: osservo che ho sempre 2 passaggi separati perché aggiungo acqua, acida, solo in un secondo momento perché se no reagirebbe subito con il Grignard che si comporta da base. 40

Meccanismo: osservo uno stato di transizione in cui entrano in gioco 2 molecole di Grignard ma alla fine solo una viene consumata quindi ho stechiometria 1:1; infatti un Grignard cede la sua catena di C mentre l’altro cede i metalli Mg e Br.

• Reazione di Grignard con esteri a dare alcoli: ottengo un residuo alcolico che proviene dall’estere e 2 catene provenienti da 2 Grignard, quindi ho rapporto 1:2.
• Reazione con epossidi a dare alcoli: ho una sostituzione nucleofila in cui il gruppo uscente rimane attaccato. L’epossido si apre e l’estremità dell’O diventa alcol mentre all’altra si lega la catena proveniente dal Grignard.
• Reazione con CO₂ a dare acidi carbossilici: uno dei 2 doppi legami mi dà un alcol mentre l’altro resta a doppio legame. Quindi è un acido. Al carbonio come al solito si lega la catena.

Esempi: 41

Eteri

Come gli alcoli contengono un O ma non presentano H, quindi non danno legami idrogeno, non sono solubili, e hanno caratteristiche diverse.

Posso osservare l’etere come un alcano che ha come sostituente un O-R e cioè un’altra catena legata attraverso un ossigeno. Questo sostituente ha al posto del suffisso “ile” il suffisso –OR –OSSI.

Simmetrici: per eteri in cui cioè l’ossigeno si trova in mezzo, indico i 2 sostituenti e aggiungo la parola etere.

Caratteristiche chimico-fisiche

• Sono molto meno polari degli alcoli perché non ho H legati all’ossigeno, quindi non ho nemmeno legami idrogeno.
• Chimicamente sono poco reattivi e quindi sono buoni solventi.
• Molto infiammabili.
• Hanno punto di fusione e ebollizione più basso degli alcoli per la mancanza del legame idrogeno che dava stabilità.
• Reagiscono lentamente con O₂ formando epossidi esplosivi, è una reazione lenta e costante.

Reattività degli eteri

1. Sintesi di Williamson: è una sintesi SN2. Uso alogenuri primari o tosilati primari se no diventa una E2. Primario alcossido metallico + alogenuro SN2.

2. Disidratazione di alcoli: è una SN1; in questo modo sintetizzo eteri simmetrici primari da alcoli primari. Alcol primario.

3. Addizione di alco