Chimica organica

ALOGENURI ALCHILICI

Sono composti molto attivi che si formano a partire da un idrocarburo per sostituzione di un atomo

di idrogeno con uno o più alogeni. Hanno formula generale R-X, e prendono il nome

dell’idrocarburo preceduto dal nome dell’alogeno, indicandone anche la posizione. Quindi avremo:

- Fluoruri alchilici R-F

- Cloruri alchilici R-Cl

- Bromuri alchilici R-Br

- Ioduri alchilici R-I

Sono composti tossici per l’ambiente poiché distruggono l’ozono atmosferico.

è in cui l’alogeno viene sostituito da un

Una loro reazione tipica la sostituzione nucleofila

nucleofilo, che può essere una molecola neutra (es. H O) o una molecola con

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che causa l’allontanamento dell’alogeno sottoforma di

carica negativa (es. OH-),

anione (definito gruppo uscente).

ALCOLI

Sono composti formati da un gruppo alchilico al quale si lega un gruppo OH.

Hanno formula generale R-OH e la nomenclatura deriva dal nome del gruppo alchilico con la

desinenza -olo.

I composti che contengono più gruppi alcolici vengono definiti polioli.

Vengono classificati in base al tipo di atomi di carbonio a cui è legato il gruppo OH in:

- Alcoli primari

- Alcoli secondari

- Alcoli terziari

La polarità del gruppo OH, dovuta all’elettronegatività dell’ossigeno, permette alle molecole di

formare legami a idrogeno con molecole vicine e anche con molecole d’acqua. Quindi

alcol di

questi composti sono solubili in acqua e le loro temperature di ebollizione e fusione sono superiori a

del gruppo alchilico corrispondente, però l’aumentare delle dimensioni di quest’ultimo riduce

quelle

la solubilità dell’alcol.

Le reazioni che portano alla formazione di alcoli sono:

- Idratazione di un alchene: addizione elettrofila di acqua al doppio legame

- Sostituzione nucleofila di acqua sugli alogenuri alchilici

- Riduzione di aldeidi, chetoni e acidi carbossilici: cioè aggiunta di un protone H+. Per

riduzione di un acido carbossilico si ottiene un’aldeide riduzione di un’aldeide si

e per

ottiene un alcol primario. Per riduzione di un chetone si ottiene un alcol secondario. Queste

reazioni avvengono in presenza di riducenti, come ad esempio l’idruro di litio.

- Idrolisi di esteri

- Fermentazione di glucosio per ottenere etanolo. Questa reazione è utilizzata industrialmente.

Le reazioni a cui vanno incontro sono:

- Ossidazione degli atomi di carbonio che legano il gruppo OH. In particolare: un alcol

primario viene ossidato prima ad aldeide e poi ad acido carbossilico; un alcol secondario

l’alcol terziario non si può ossidare.

viene ossidato a chetone;

- Sostituzione nucleofila del gruppo OH con un alogeno, formando un alogenuro alchilico.

In particolare avviene una reazione tra alcol e acido alogenidrico (HCl, HBr, HI) in cui

l’acido protona l’ossigeno del gruppo OH, formando un alcol protonato. Successivamente

l’alogeno lega l’alcol protonato con la fuoriuscita dell’acqua.

eliminazione di una molecola d’acqua.

- Disidratazione: cioè

Il gruppo OH dell’alcol viene protonato; successivamente viene eliminata la molecola

d’acqua formatasi ottenendo un alchene.

Es.: ultima reazione del Ciclo di Krebs, in cui il malato viene trasformato in ossalacetato

dalla malato deidrogenasi.

- Formazione di alcossidi metallici: reazione di un alcol con sodio metallico o idruro di

sodio, con sviluppo di idrogeno gassoso, porta alla produzione di alcossidi o alcolati.

- Esterificazione di Fischer: una reazione di condensazione tra alcol e acido carbossilico, in

presenza di un catalizzatore acido, che porta alla formazione di un estere.

FENOLI

Sono composti formati da un anello aromatico al quale si lega un gruppo OH. Sono più acidi

rispetto agli alcoli corrispondenti, questo perché hanno la possibilità di delocalizzare la carica

negativa dell’anione sull’anello aromatico.

Le reazioni a cui vanno incontro sono:

sull’anello aromatico:

- Sostituzione elettrofila un atomo di H viene sostituito da gruppi

alchilici (alchilazione), alogeni (alogenazione), azoto (nitrazione) o zolfo (solfonazione).

- Ossidazione. Viene utilizzata nella respirazione cellulare dal coenzima Q, che attraverso un

ciclo di ossidazione e riduzione traporta gli elettroni dell’ossigeno.

Inoltre, poiché possono delocalizzare e stabilizzare gli elettroni spaiati presenti nei radicali liberi,

hanno un forte potere antiossidante. Ad esempio, la vitamina E e i polifenoli (contenuti nelle

piante).

TIOLI o TIOALCOLI

Sono composti simili agli alcoli ma l’ossigeno è sostituito dallo zolfo, a formare il gruppo

sulfidrilico. Hanno formula generale R-SH e hanno lo stesso nome degli alcoli corrispondenti

ma con il suffisso -tiolo.

La reazione a cui vanno incontro è la reazione di ossidazione in cui viene ossidato lo zolfo. Per

ossidazione di due molecole di tiolo si forma il disolfuro (o ponte disolfuro).

disolfuro con un’altra

Un esempio di tiolo è la cisteina, un amminoacido, che formando un ponte

cisteina stabilizza la struttura tridimensionale della proteina. Inoltre, è il precursore del glutatione,

un potente antiossidante presente all’interno delle cellule.

N-acetil-cisteina è il principio attivo di farmaci mucolitici, in quanto il gruppo tiolico libero

dell’acetilcisteina è in grado di scindere i ponti disolfuro responsabili dell’aggregazione delle

proteine contenute nel muco.

ETERI

Sono composti organici costituiti da un atomo di ossigeno legato a due gruppi alchilici.

e vengono definiti simmetrici o asimmetrici, a seconda che

Hanno formula generale R-O-R’

i due gruppi siano uguali o diversi.

La nomenclatura deriva da quella dei gruppi alchilici con la desinenza -etere.

Sono composti poco polari e scarsamente reattivi, poiché il legame etereo è stabile.

Si producono utilizzando la sintesi di Williamson, cioè una sostituzione nucleofila tra un alcol,

trasformato in alcolato, e un alogenuro alchilico.

Possono anche essere ottenuti da una reazione di condensazione tra due alcol, con eliminazione di

acqua.

Es.: la reazione di condensazione tra due monosaccaridi che, mediante il legame glicosidico, porta

alla formazione di un disaccaride.

Questa reazione può essere effettuata anche all’inverso. Infatti, in acqua e in presenza di acidi molto

forti avviene la reazione di idrolisi dell’etere che porta alla formazione di due molecole di alcol.

TIOETERI ma contengono un atomo di zolfo al posto dell’atomo di ossigeno.

Sono gli analoghi degli eteri

Un importante tioetere è l’amminoacido metionina.

ALDEIDI e CHETONI

Sono composti organici costituiti dal gruppo carbonilico C=O.

Nelle aldeidi il gruppo è su un carbonio primario legato a un atomo di idrogeno e

ad un gruppo alchilico, mentre nei chetoni il gruppo si trova su un carbonio

secondario legato a due gruppi alchilici.

Il nome delle aldeidi si ottiene dal nome dell’alcano corrispondente con il suffisso -ale; il nome dei

chetoni si ottiene dal nome dell’alcano corrispondente con il suffisso -one.

Esempi sono la formaldeide (si usa per conservare gli organi evitandone la decomposizione),

l’acetaldeide e l’acetone (è un solvente ma anche un corpo chetonico).

Le aldeidi vengono sintetizzate per ossidazione di alcoli primari e, per fare in modo che

l’ossidazione non proceda a formare acidi carbossilici, si utilizzano reagenti a base di cromo.

I chetoni, invece, vengono sintetizzati per ossidazione di alcoli secondari.

Aldeidi e chetoni sono composti polari poiché il legame C=O è molto polarizzato, per cui il

carbonio è soggetto ad attacchi nucleofili.

Le principali reazioni sono le addizioni nucleofile, in cui il nucleofilo attacca il carbonio

formando un intermedio in cui il nucleofilo ha carica positiva e l’ossigeno ha carica

carbonilico l’ossigeno del

negativa. Successivamente composto intermedio viene protonato e, infine, si forma

un alcol.

A seconda del nucleofilo, le reazioni saranno differenti:

- Addizione di acqua: porta alla formazione di composti definiti gemdioli (costituiti da due

gruppi OH). La reazione può essere catalizzata da acidi o da basi.

Nella catalisi acida, il carbonio carbonilico viene protonato formando un composto reattivo

con l’acqua,

(in cui il carbonio carbonilico è un carbocatione). Il composto reagisce

formando un intermedio in cui l’ossigeno dell’acqua lega il carbocatione e, quindi, la carica

positiva si sposta sull’ossigeno. l’ossigeno

Per stabilizzare la carica, rilascia un H+

formando il diolo geminale. formazione dell’emiacetale,

- Addizione di alcoli porta alla che subirà una successiva

formando l’acetale.

reazione di sostituzione nucleofila La reazione può avvenire sia in

l’alcol

presenza di H+, che in assenza poiché è debolmente dissociato e quindi può reagire

spontaneamente.

Nel primo passaggio, il gruppo carbonilico viene protonato in modo da formare un

carbocatione, che può reagire con l’alcol. L’ossigeno del gruppo OH reagisce con il

carbocatione, per cui la carica positiva si sposta sull’ossigeno che, per essere stabilizzato,

rilascia un H+. A questo punto si è formato l’emiacetale (o semiacetale), cioè un composto

in cui il carbonio è legato ad un gruppo OH ed un gruppo OR.

un H+ protona l’ossigeno del gruppo OH che quindi assume carica

Nel secondo passaggio,

positiva. Successivamente viene eliminata una molecola di H O formando un intermedio

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L’ossigeno del gruppo OH lega il

con un carbocatione, che reagirà con un altro alcol.

carbocatione, così la carica positiva si sposta sull’ossigeno che, per stabilizzarsi, elimina un

l’acetale, cioè un composto costituito da due gruppi OR legati allo stesso

H+ formando

atomo di carbonio.

- Addizione di ammine porta alla formazione delle immine, un composto in cui è presente un

Se la reazione avviene con l’ammoniaca NH

doppio legame tra carbonio e zolfo. si ottiene

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una base di Schiff; se avviene con un’ammina primaria si ottiene un’immina; se avviene con

un’ammina secondaria si ottiene un’enammina.

Nel primo passaggio, l’azoto del gruppo NH si lega al carbonio carbonilico formando un

2

intermedio in cui l’azoto ha una carica positiva e l’ossigeno legato al carbonio ha una carica

trasferisce un protone all’ossigeno.

negativa, per cui il gruppo NH Questo passaggio

2

avviene in maniera veloce, cioè spontaneamente.

Nel secondo passaggio, che avviene in ambiente acido, si ha la protonazione del gruppo OH

che f