Alcoli: introduzione, proprietà fisiche, nomenclatura, reattività (spiegazione delle 6 reazioni principali con meccanismi)

Chimica organica

Parte 3

Gli alcoli

• Introduzione
• Proprietà fisiche degli alcoli: come il gruppo OH influenza punto di ebollizione e solubilità
• Nomenclatura (esercizi esemplificativi)
• Reattività degli alcoli: reazioni acido/base, reazione con metalli “attivi”, trasformazione in alogenuri alchilici, disidratazione ad alcheni, ossidazione di alcol primari e secondari, eterificazione di Williamson

ALCOLI

Gli alcoli sono idrocarburi aventi un gruppo funzionale -OH sulla catena, sostituito all'idrogeno.

Anche se l'ossigeno ha 6 elettroni sulla superficie e non 4 come il carbonio, esso va comunque incontro a ibridazione. L'atomo di ossigeno dunque ha 1 orbitale 2s e 3 orbitali 2p in cui gli elettroni si dispongono, ma essi si ibridano formando 4 orbitali ibridi sp³: 2 occupati da 2 doppietti elettronici e 2 aventi un elettrone per formare un legame σ ognuno.

La forma della molecola non è proprio tetraedrica perché, nonostante ci siano 4 orbitali sp³ ne hanno solamente due leganti; nel carbonio ne abbiamo 4, non due.

Esempio H₂O:

Gli angoli sono di 109.5° nella geometria tetraedrica; qui sono di 105°.

I doppietti si comportano diversamente che da un singolo legame: schiacciano gli altri legati maggiormente; essi si comportano dunque ai più vicini (109.5°, 109.3°, i) più vicini.

L'esempio fatto con l'acqua vale per tutti gli alcoli, dato che al posto di un idrogeno è sostituito un gruppo alchilico (catena carboniosa).

Si ha comunque modifica degli angoli di legame per questioni:

• STERICHE
• ELETTRONICHE

Alcol più semplice: metanolo

ALCOLI

NOMENCLATURA: Il suffisso –ano dell’alcano corrispondente viene cambiato in –anolo. Questo suffisso ci dice che il composto è un alcol.

Regole IUPAC

1. Si individua la catena più lunga di atomi di carbonio contenente il gruppo –OH, numerando la catena a partire dall’estremità più vicina al gruppo.
2. Si cambia il suffisso dell’alcano di riferimento da –o a –olo, inserendo un numero indicante la posizione del gruppo ossidrilico sulla catena. Per gli alcoli ciclici la numerazione comincia dal gruppo –OH.
3. Prima del nome vengono aggiunti i sostituenti in ordine alfabetico, con la posizione che essi occupano.
4. Si indica la stereochimica dei centri stereogenici.

Gli alcoli, in funzione dell’atomo di carbonio a cui è legato il gruppo –OH, possono essere distinti in:

Primari

(esempio: etanolo)

Secondari

(esempio: 2-propanolo)

Terziari

(esempio: 2-metil-2-propanolo)

Sintesi Alcoli

• Gli alcoli si possono ottenere anche con epossidazione e attacco da parte di un nucleofilo dell’epossido (vedi reattività epossidi); si ottiene però un alcol sostituito con un nucleofilo al posto di un H.
• Idratazione alcheni (vedi reazioni alcheni).

che è un buon elettrofilo perché è legato al gruppo uscente.

CARBONIO ELETTROFILO reagisce con Cl^- (nucleofilo)

Li il Cl^- si attacca, ed esce il gruppo uscente (H₂O)

ecco ottenuto il cloruro alchilico.

In sintesi:

Alcool terziario (SN₁) perché il carbonio ingombrato pesantemente non è caricabile (stabile nella carica)

Con l'alcool terziario si verifica il meccanismo SN₁, ma con lo stesso procedimento. L'unica differenza è che si forma il carbocatione prima che si leghi il cloro.

1. Protonazione dell'OH

2). Gli elettroni del legame nucleofilo si allontano sull'ossigeno e si libera acqua. Si forma il carbocatione terziario.

3) Il cloro, solo ora, si lega al carbocatione (interazione nucleofilo-elettrofilo).

In sintesi:

Acido Cromico

H₂CrO₄

Reattivo a base di cromo (cromo VI cromo in forma ossidante), reagendo con acqua in ambiente acido dà H₂CrO₄

CrO₃ + H₂O → H₂CrO₄

È un reattivo molto forte che permette di passare direttamente da alcol ad acido carbossilico. (È una miscela altamente condensata, essendo fino a l'un che c'è gli massimo possibile). Prende il nome di "reattivo di Jones".

K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → H₂Cr₂O₇

Forma meno potente del cromo VI si ottiene come reattivo PCC clorocromato di piridinio.

È un sale della piridina con HCl e anidride cromica. È meno potente, fa solo la prima ossidazione ad aldeide.

Alcol Primario

PCC

SHONS

R₂OH → R₂O → R₂

Alcol Secondario

R

PCC

SHONS

R

Non può diventare acido carbossilico perché vi è legata una catena di carboni non idrogeno come nel primario.

Alcol Terziario

R R

R OH

Tutti i legami del carbonio sono legati da catene alchiliche, non può diventare nemmeno aldeide.