5 Aldeidi e chetoni

Aldeidi e chetoni

Aldeidi e chetoni sono tra i composti organici contenenti il gruppo carbonilico C=O. Esso è uno tra i gruppi funzionali più importanti, proprio perché caratterizzante di varie classi di composti organici oltre le due appena menzionate, quali acidi carbossilici e loro derivati. Ha particolari proprietà chimiche ma i suoi aspetti caratteristici non sono di difficile comprensione. Sia il carbonio che l'ossigeno del carbonile hanno ibridazione sp², quindi, similarmente agli alcheni, il gruppo carbonilico è planare.

Struttura e legami

Il gruppo funzionale dell’aldeide è il gruppo carbonilico legato ad un atomo di idrogeno ed un atomo di ossigeno. Nella formaldeide, l’aldeide a singolo atomo di carbonio, il carbonile è chiaramente legato a due atomi di idrogeno. Nella nomenclatura tradizionale, derivano il nome dall'acido carbossilico corrispondente (formaldeide, acetaldeide, propionaldeide…). Il gruppo funzionale del chetone è invece il carbonile legato a due atomi di carbonio.

Nomenclatura

Nella nomenclatura IUPAC, per nominare aldeidi e chetoni, si aggiungono rispettivamente le desinenze –ale e –one al radicale alchilico corrispondente. La nomenclatura comune per i chetoni vuole che si indichi come "chetone" il carbonile e come sostituenti i gruppi alchilici ad esso legati, in ordine alfabetico. Così il composto in immagine risulta essere l’etilmetilchetone secondo la nomenclatura comune e il butanone secondo la nomenclatura IUPAC. Il termine chetonico più semplice è chiaramente il propanone (molto più comunemente chiamato acetone), anche in nomenclatura IUPAC, la quale accetta anche i nomi di acetofenone e benzofenone. In caso di un composto che presenta sia un gruppo aldeidico che un gruppo chetonico, l’aldeide ha priorità maggiore.

Proprietà fisiche

Il doppio legame C=O è polarizzato, perché l’ossigeno è più elettronegativo del carbonio, ed avremo quindi il dipolo permanente C=O che renderà la molecola polare. Sono quindi composti polari, che allo stato liquido interagiscono mediante interazioni dipolo-dipolo. Hanno punti di ebollizione più alti dei composti non polari di peso paragonabile. Il punto di ebollizione del butanale è compreso tra quelli di dietiletere e pentano e quelli dello stesso chetone, del butanolo e dell’acido butanoico. Il punto di ebollizione di aldeidi e chetoni a uguale catena carboniosa è pressoché simile, leggermente maggiore per il chetone.

Il dietiletere è sì una molecola polare, ma presenta un notevole ingombro sterico che infastidisce le interazioni molecolari. Alcoli e acidi carbossilici, oltre ad essere molecole polari, sono capaci di formare legami a idrogeno, il più forte tipo di interazioni intermolecolari. Aldeidi e chetoni non possono formare legami a idrogeno (non c’è nessun H legato all’ossigeno del carbonile!) ma possono comportarsi da accettori di legami idrogeno. Proprio per questo le aldeidi e i chetoni di basso peso molecolare sono molto solubili in acqua, solubilità che chiaramente va scemando aumentando la massa molecolare, cosicché formaldeide, acetaldeide e acetone hanno solubilità infinita.

Reazioni e comportamento chimico

Le aldeidi sono più reattive dei chetoni. Il d+ presente sul carbonio lo rende suscettibile ad attacchi nucleofili. Il nucleofilo si addiziona per formare un composto di addizione tetraedrico. Il carbonio del C=O è altamente elettrofilo, per quanto detto prima riguardo la risonanza, perché è infatti capace di trasferire la coppia di elettroni del legame pi come coppia solitaria sull’ossigeno. Il Nu-, che porta carica negativa, non si sostituisce sul carbonio bensì si addiziona. Queste reazioni sono dette di addizione nucleofila.

Il legame pi del carbonio carbonilico si rompe (trasferisce sull’ossigeno) nello stesso momento in cui inizia l’attacco del nucleofilo, quando viene determinata la variazione dello stato di ibridazione del carbonio, da sp² a sp³. Questa parte della molecola infatti, da che era planare, diventa tetraedrica. Si forma così uno ione alcossido, che, in ambiente acido, può essere protonato.

Un’altra reazione classica è quella di protonazione da parte di un acido, che porta ad una specie carbocationica stabilizzata dalla risonanza. Ciò aumenta la deficienza di elettroni del carbonio in C=O rendendolo ancora più suscettibile all’attacco di nucleofili. Questo carbonio molto reattivo comincia a reagire, e quindi a scomparire dall’ambiente di reazione. Ciò spinge l’equilibrio, che inizialmente sarebbe spostato verso i reagenti (il carbonile è una base debole) a spostarsi verso i prodotti.