Chimica organica - Parte 1

HO

H HaN

acido maleico H

acido fumarico acido glutammico ↳

dal glutammato

monosodico (additivo

alimentare) si ricava il

gaba (acido gamma-

amminobutirrico), un

neurotrasmettitore

Derivati degli acidi carbossilici

ALOGENURI ACILICI

- sono ottenuti per SOSTITUZIONE NUCLEOFILA, poiché c'è risonanza e i doppietti elettronici

sono delocalizzati

- il nome si forma dal nome dell'alogeno più il suffisso -ile al posto di -oico

- hanno punti di ebollizione più alti degli eteri ma più bassi degli alcoli, in quanto non formano

legami idrogeno intermolecolari

esempi:

cloruro di acetile

bromuro di benzoile

ESTERI

- sono formati da acido carbossilico + alcol per condensazione, con l’eliminazione di una molecola

d’acqua

esempio:

- hanno punti di ebollizione più alti degli eteri ma più bassi degli alcoli, in quanto non formano

legami idrogeno intermolecolari

- sono spesso usati come solventi perché sono polari e solubili in altri solventi (eteri, alcani,

idrocarburi aromatici)

- gli ESTERI CICLICI (formati da fenolo + acido carbossilico) sono detti lattoni

O

11

AMMIDI R NH2

C

- sono formate da acido carbossilico + ammina

O

O H

If Il

R &H R H2O

C NHz

C

H +

N >

1 A

I

f

- il nome si forma sostituendo il suffisso -oico con “ammide”

- le ammidi possono essere PRIMARIE (non si hanno sostituenti sull’atomo di azoto ma solo due

atomi di idrogeno), SECONDARIE (un atomo di idrogeno è sostituito da un gruppo R) o

TERZIARIE (entrambi gli atomi di idrogeno sono sostituiti): presentano rispettivamente un

gruppo NH2, NHR’ o N(R’)2 al posto del gruppo OH di un acido carbossilico

O

O O -

Il - N(R')

NHR'

R-C-NH2 i R

- -

primaria terziaria

secondaria

- le AMMIDI CICLICHE prendono il nome di lattami

- l’atomo di azoto è ibridizzato sp2 (questo lo rende in grado di delocalizzare il doppietto di non

legame presente su di esso portando quindi alla formazione di un doppio legame C=N, che

determina un punto di rigidità della molecola fondamentale nella formazione dei peptidi)

ot

O It

Il t

NH3

= > NH2

R-C R-C =

<

- nella risonanza gli elettroni sono delocalizzati sugli atomi di ossigeno, carbonio e azoto

- sono composti poco reattivi

- numerosi farmaci presentano nella loro struttura dei gruppi ammidici

esempi:

acetammide ciclopentancarbossiammide

esanammide

(dall’acido acetico) (dall’acido ciclopentacarbossilico)

(dall’acido esanoico)

ANIDRIDI

- si formano dall'unione di due acidi carbossilici per eliminazione di una molecola d’acqua

- possono essere simmetriche (gli acidi carbossilici sono uguali) o miste (gli acidi carbossilici non

sono uguali)

- il nome si ottiene da quello degli acidi aggiungendo la parola “anidride”

esempi:

anidride acetica anidride aceticobutirrica anidride succinica

(simmetrica) (mista) (simmetrica)

NITRILI

- sono composti che derivano dall'acido nitrico (HCN)

- contengono un legame triplo tra C e N, detto gruppo ciano

- reagendo con l’acqua formano acidi carbossilici, quindi sono considerati loro derivati

- il nome deriva da quello dell’alcano corrispondente aggiungendo la parola “nitrile”; il nome

IUPAC deriva dal nome dell’acido corrispondente eliminando il termine “acido” e aggiungendo

il suffisso -onitrile

TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE

PH

Attività ottica

- numerose sostanze organiche ruotano il piano della luce polarizzata (la luce ordinata consiste

di molti raggi che oscillano in piani diversi, mentre la luce polarizzata consiste di un solo

raggio che oscilla in un piano unico)

- in laboratorio questa operazione è effettuata attraverso l'utilizzo di un polarimetro, ad esempio

per verificare la purezza di un dato composto

- la rotazione osservata (α) per una specifica lunghezza della cella e una specifica

concentrazione del campione prende il nome di ROTAZIONE SPECIFICA

CHIRALITÀ

- questa proprietà di alcuni composti dipende dalla CHIRALITÀ: i composti chirali sono in grado

di ruotare il piano della luce polarizzata

- la chiralità è una proprietà geometrica di tutti gli oggetti che esistono in due forme distinte,

simili ma NON SOVRAPPONIBILI l'una con l'altra, in quanto immagini speculari

- in chimica, la chiralità è una caratteristica di numerose coppie di composti organici le cui

molecole presentano la medesima composizione ma una diversa disposizione dei costituenti (due

composti chirali possiedono la stessa formula bruta e diversa attività ottica), che nelle

interazioni con i sistemi biologici producono effetti anche profondamente diversi

- la chiralità rappresenta una forma di isomeria, l'isomeria ottica

- la chiralità è una proprietà legata alla simmetria delle molecole, che possono essere analizzate

in base a vari elementi di simmetria (centro, piano, assi): le molecole che possiedono piani di

simmetria e/o centri di simmetria sono sovrapponibili alla propria immagine speculare, quelle

che non li possiedono sono CHIRALI

- uno dei modi per poter identificare un composto chirale è quello di andare a verificare la

presenza di un centro asimmetrico (atomo, solitamente di carbonio, ibridizzato sp3 e legato a

quattro sostituenti diversi: tra gli esempi più importanti di composto biologico con quattro

sostituenti diversi vi sono gli AMMINOACIDI)

- il diverso modo con cui i gruppi legati al carbonio tetraedrico si dispongono nello spazio è

argomento di studio della stereochimica; l’atomo di carbonio centrale con quattro sostituenti

diversi è detto stereocentro; l'immagine speculare di una molecola chirale si chiama

ENANTIOMERO (la molecola e la propria immagine speculare formano una coppia di enantiomeri)

gli enantiomeri hanno gli stessi punti di

ebollizione, di fusione, la stessa densità

e lo stesso indice di rifrazione, differenti

direzioni di rotazione della luce

polarizzata e differenti interazioni le

con molecole chirali (come enzimi e

recettori)

- quando un fascio di luce piano-polarizzata viene fatto passare attraverso un campione costituito

da molecole chirali (quindi otticamente attive), il piano di polarizzazione viene ruotato di un certo

angolo: questa rotazione può portare ad un ENANTIOMERO+ (che ruota a destra l’asse della

luce polarizzata e viene indicato con il termine DESTROGIRO; un esempio sono gli zuccheri) o ad

un ENANTIOMERO- (che ruota a sinistra l'asse della luce polarizzata e viene indicato con il

termine di LEVOGIRO; un esempio sono gli amminoacidi); se si ha una miscela al 50% dei due

enantiomeri si ha una MISCELA RACEMICA e potere ottico nullo

- FORMA MESO: composto chimico la cui molecola contiene più stereocentri ma nel suo complesso,

a causa dell’esistenza di un piano di simmetria interno, risulta otticamente

inattivo

- la CONFIGURAZIONE rappresenta come si dispongono spazialmente i sostituenti intorno al

carbonio chirale: la configurazione relativa riguarda la disposizione spaziale degli atomi di un

composto rispetto ad un altro, la configurazione assoluta è la precisa disposizione nello spazio

degli atomi

Configurazione assoluta

- la configurazione assoluta non ha nulla a che vedere con il segno del suo potere ottico rotatorio

- per ogni coppia di enantiomeri con un solo centro asimmetrico, uno dei due avrà configurazione R,

l'altro configurazione S: per stabilire quale sia l’enantiomero R e quello S si utilizza la regola di

Cahm-Ingold-Prelog

1) si dà un ordine di priorità ai sostituenti: più alto è il numero atomico dell' atomo legato

direttamente al centro asimmetrico più è alta la priorità (i legami multipli vengono trattati

come altrettanti legami semplici)

2) si ruota la molecola in modo tale che il gruppo a priorità minore si trovi dalla parte opposta

rispetto all'osservatore

3) si congiungono i gruppi 1,2 e 3: se la rotazione è oraria si tratta dell'enantiamero R, se la

rotazione è antioraria si tratta dell’enantiomero S

Configurazione relativa

- si fa riferimento alla gliceraldeide attraverso le proiezioni di Fisher

- la gliceraldeide è un composto con un gruppo aldeidico: è formata da 3 atomi di carbonio e

presenta un atomo di carbonio asimmetrico con quattro sostituenti diversi

- la gliceraldeide che nella proiezione di Fisher presenta il gruppo idrossilico OH a destra prende il

nome di D-gliceraldeide, mentre quella che lo ha a sinistra prende il nome di L-gliceraldeide (L e

D non hanno alcun rapporto con il potere ottico rotatorio del composto)

ISOMERI

- ISOMERI STRUTTURALI —> stessa formula molecolare ma disposizione degli atomi con diverso

ordine

- STEREOISOMERI —> stessa formula molecolare, stesso ordine degli atomi ma diversa

disposizione spaziale; comprendono a loro volta gli isomeri

conformazionali (che a temperatura ambiente si interconvertono

rapidamente e quindi non possono essere separati) e gli isomeri

configurazionali (sono stereoisomeri che non possono intercovenvertire e

quindi possono essere separati; si dividono in due categorie: isomeri cis-

trans e isomeri che contengono centri asimmetrici)

- le molecole possono contenere più stereocentri (più atomi di carbonio chirali); se una molecola

N

ha N stereocentri, può avere al massimo 2 stereoisomeri

- gli stereoisomeri che non sono enantiomeri si definiscono diastereoisomeri (ad esempio il

glucosio e il galattosio, che differiscono per un atomo di carbonio)

- un composto può avere un solo enantiomero ma diversi diastereoisomeri (ad esempio il

1,2-dibromociclopropano)

Lipidi

- i lipidi sono un gruppo eterogeneo di composti di origine naturale

- sono insolubili in acqua e solubili in solventi organici (idrocarburi, cloroformio, benzene, eteri e

alcoli) in SOLVENTI APOLARI (esano, cicloesano) formano forze di

London, in SOLVENTI POLARI APROTICI (etere di etilico,

acetone) interazioni dipolo-dipolo e in SOLVENTI POLARI

PROTICI (acqua, metanolo, etanolo) interazioni dipolo-dipolo e

legami ad H (ma ovviamente non li dissolvono)

- FUNZIONI: formano la struttura della membrana cellulare (creano una barriera che controlla il

flusso del materiale) e il rivestimento mielinico degli assoni delle cellule nervose

(agiscono come isolante termico); costituiscono una riserva di energia tramite il

grasso; sono precursori di numerose molecole biologiche, come vitamine e ormoni

(responsabili della comunicazione tra le cellule e della regolazione dei processi

biologici)

- si possono suddividere in