Chimica e Propedeutica Biochimica - Appunti

OH•

— —>

! Anelli eteroaromatici: sono composti aromatici che contengono un ciclo che

• comprende, oltre al carbonio, anche un eteronomo (N, O, S…)

! ! !

Per rendere aromatico il pirrolo l’azoto deve mettere a disposizione i suoi due

elettroni, così si soddisfa la regola di Huckel e si hanno 6 elettroni delocalizzati.

! !

!

Aldeidi e chetoni

Sono composti che presentano un doppio legame fra carbonio e ossigeno (C=O).

! !

Il doppio legame è polarizzato con un dipolo negativo sull’ossigeno e uno positivo

sul carbonio. Aldeidi e chetoni differiscono in base alla natura dei gruppi R e R’.

Se R=H: aldeide

• Se R≠H e R’≠H: chetone

•

Differiscono anche per il tipo di alcol dal quale derivano:

Dall’ossidazione di un alcol primario si ottiene un’aldeide.

• Dall’ossidazione di un alcol secondario si ottiene un chetone.

•

Il chetone si indica con la desinenza -one, mentre l’aldeide con la desinenza -ale

! Metanale o aldeide formica o formaldeide

! Etanale o aldeide acetica o acetaldeide

! Dimetilchetone o acetone o propanone

!

I primi sei composti sono miscibili in acqua grazie al legame polare

C=O.

Si creano delle interazioni tra l’ossigeno e l’idrogeno dell’acqua.

! Posso scrivere una forma di risonanza spostando il doppietto elettronico dal carbonio

all’ossigeno, quindi i composti carbossilici subiscono facilmente l’attacco di un

nucleofilo sulla carica positiva del carbonio e si ha l’addizione nucleofila (sia per i

chetoni sia per le aldeidi).

Addizione nucleofila: ha bisogno della presenza di un catalizzatore acido.

•

! Le due forme mesomere intermedie presentano la carica positiva sul carbonio e

sull’ossigeno. Quella che interagisce con il nucleofilo è quella la cui carica è sul

carbonio. Il nucleofilo può entrare prima o dopo la canalizzazione a seconda della

forza del nucleofilo.

• Addizione di alcol ad un’aldeide: si formano emiacetali e poi acetali. La

formazione di emiacetali si può interpretare come una somma di alcol e non sono

necessari catalizzatori. L’equilibrio è spostato verso il composto carbonilico e basta la

debole dissociazione dell’alcol per far avvenire la reazione.

! La formazione degli acetali richiede acidi come catalizzatori e prende origine dalla

protonazione dell’ossidrile dell’emiacetale, che favorisce la perdita di una molecola

d’acqua. Allo ione mesomero si somma alcol e infine il protone si stacca:

Se si aggiunge un’altra molecola di alcool avviene la sostituzione dell’OH e al suo

posto viene introdotto il catalizzatore acido. In questo modo si ottiene l’acetale.

! ! A differenza degli emiacetali gli acetali sono stabili e possono venire isolati.

In presenza di un eccesso di acqua tutta la serie di reazioni avviene in senso inverso e

si può riottenere il composto carbonilico.

Addizione di alcol a un chetone:

•

! Senza catalizzatori c’è un rapporto 1:1 e si ottiene un emichetale. Se viene posto in

presenza di un’altra mole di etano in presenza di un catalizzatore acido si ottiene un

chetale stabile e isolabile.

! ! +

I nucleofili possono legarsi o direttamente al carbonio oppure può legarsi l’H

all’ossigeno in modo che si formi il carbocatione.

Addizione nucleofila di ammoniaca e ammine primarie:

• ! +

in questo caso è necessaria la presenza di donatori di H e quindi si lega un’amina

sfruttando il doppietto libero. Si forma un intermedio instabile con la carica positiva

+

sull’azoto. Libera uno ione H (che fa da catalizzatore) e si forma un intermedio che

porta contemporaneamente un gruppo amminico e uno carbossilico. In ambiente

acido si forma il doppio legame azoto-carbonio e si perde 1 H O e la molecola che si

2

forma è detta immina o base di Schiff.

! ! Hanno un ruolo importante come intermedi delle reazioni con transaminasi. Per

azione delle transaminasi dall’amina si forma un composto carbonilico.

Quando reagisce un chetone con un’amina in presenza di transaminasi la transaminasi

promuove la formazione di immina ! e poi si ottiene un’amina e un

chetone ma quello che prima era un’amina ora è un chetone: la transaminasi

trasferisce il gruppo amminico da una molecola all’altra.

! Retinale + opsina —> redopsina

Il retinale è un’aldeide, l’opsina è una proteina con gruppi NH e nella redopsina il

2

legame tra i due è un legame imminico.

• Addizione nucleofila di ione idruro: in laboratorio usa dei reattivi NaBH LiAlH

4 4

Il prodotto della reazione per riduzione di un composto carbonilico è un alcol

secondario (chetone) o primario (aldeide).

! +:

In ambiente biologico si usa il NADH/H +

Il doppio legame può essere utilizzato per legare un idrogeno come H e i suoi

elettroni colmano la lacuna elettronica presente sull’azoto, quindi nell’enzima il

3+ +

gruppo NH diventa NH , il composto carbonilico somma un H e sul carbonio si

2

forma una carica positiva in presenza del coenzima, il quale attraverso una serie di

–

passaggi dona un H al carbocatione e quindi come prodotto finale si forma un alcol e

+

il NAD

La riduzione di un gruppo carbonilico porta a un alcol primario o secondario, è

–

un’addizione nucleofila in cui il nucleofilo è un H .

• Ossidazione delle aldeidi: ci sono reazioni di ossidazione caratteristiche solo delle

aldeidi, in quanto l’aldeide è in grado di ossidarsi ad acido mentre i chetoni non sono

in grado di ossidarsi. ++

I composti che ossidano le aldeidi sono i complessi in ambiente basico con ione Cu

+

o Ag che si riducono e precipitano nell’ambiente di reazione (la reazione è anche

percepibile visivamente perché l’argento che precipita forma uno specchio sulle

pareti della provetta)

- Reattivo di Tollens:

! - Reattivo di Fehling:

! !

!

! ++ +

L’aldeide si comporta da riducente (il Cu si riduce a Cu ).

R—CH—OH R—C=O R—C=O

| —ox—> | —> | se R’ = H

R’ R’ OH

! —ox—> se R’ ≠ H

! +

Nel corso della reazione da alcol ad aldeide consumo il NAD e si

forma il NADH.

Il carbonio in posizione α è quello immediatamente adiacente al

gruppo carbonilico.

Se prendo dell’acetone e lo tratto con del bromo Br (liquido denso),

2

vedo che mano mano aggiungo il bromo all’acetone il bromo scompare perché si

forma un composto in cui resta inalterato il gruppo carbonilico ma reagisce il

carbonio α. Il composto carbonilico che in posizione α porta degli idrogeni entra in

una reazione di equilibrio detta tautomeria cheto-enolica.

Tutto l’acetone se ne va perché se sottraiamo il prodotto all’equilibrio (l’enolo

reagisce col bromo) l’equilibrio si sposta verso l’enolo, quindi ottengo un composto

che reagisce non nel gruppo carbonilico.

Si forma una molecola con un doppio legame e un gruppo OH (enolo)

! All’equilibrio esistono entrambe e differiscono per la posizione del doppio legame e

per la posizione dell’idrogeno legato al carbonio o all’ossigeno (prototropia,

spostamento di un protone).

La presenza di un acido o di una base fa instaurare più velocemente l’equilibrio tra i

due isomeri strutturali. +

Se aggiungo uno ione H , questo può legarsi all’ossigeno tramite gli elettroni π e

quindi avrò una carica positiva sul carbonio che deve essere bilanciata. Lo può fare

+

richiamando gli elettroni del legame C—H e si ottiene l’enolo mentre l’H si libera

nuovamente.

Si dice che il gruppo carbonilico rende più acidi gli idrogeni in posizione alfa.

+

La tautomeria si può instaurare anche senza gli ioni H e si forma lo ione enolato:

! !

ß-dichetone: l’equilibrio è spostato verso la forma enolica

perché il legame idrogeno intramolecolare stabilizza la

forma enolica

! L’atomo di carbonio in posizione alfa rispetto al gruppo carbonilico è importante per

alcune reazioni biologiche.

• Condensazione aldolica: acetaldeide o etanale + una base: il carbonio in posizione

alfa porta idrogeni alfa, si forma un carboanione. La carica negativa formata può

essere stabilizzata per risonanza e si ha uno ione negativo (enolato) e l’ossigeno. La

possibilità di delocalizzazione della carica negativa facilita la formazione dello ione

(mesomeria). Il carbocatione si comporta da nucleofilo e quindi può reagire con un

composto carbonilico. Il carboanione attacca il carbonio sul dipolo delta+, spinge la

carica sull’ossigeno e si forma un legame C—C. Si forma un intermedio in cui la

+

carica negativa può essere sistemata dagli ioni H provenienti dall’acqua e si liberano

–

OH .

! ! b

Il prodotto finale è un aldolo che presenta sia un gruppo —OH sia uno carbossilico.

Su un aldolo viene scaldato in presenza di un acido e di basi diluite libera una

molecola di acqua e quindi si forma enale.

Se la condensazione va avanti la condensazione si chiama crotonica.

! Aldeide glicerica + diidrossiacetone catalizzata da aldolasi.

!

!

Acidi carbossilici (—COOH)

Il nome acido indica che ha comportamento acido, cioè è un donatore di protoni.

La desinenza è -oico.

Per gli acidi carbossilici si usano i nomi d’uso, in particolare per gli acidi grassi che

compongono i trigliceridi. Al gruppo funzionale si dà numero 1. La posizione

adiacente al gruppo funzionale è la posizione α.

Il gruppo carbossilico è presente negli amminoacidi insieme al gruppo amminico.

! Acido etanoico (acido acetico)

Gli acidi grassi sono degli acidi carbossilici con la catena alifatica lineare lunga

(almeno 4 C) e numero pari di atomi di carboni. La biosintesi avviene per attacco

successivo a due a due di acido acetico.

Il gruppo carbossilico contiene l’ossigeno legato ad un H con legame covalente

polare (donatore) e uno con doppio legame che può fungere da accettore di legami

idrogeno. !

Hanno la caratteristica di dare dei dimeri perché hanno un ossigeno in grado di

donare e uno in grado di accettare.

Essendo polari si sciolgono in acqua (quelli a basso peso

molecolare). Più aumenta la lunghezza della catena,

meno sono solubili in acqua.

Essendo polari hanno punti di fusione abbastanza

elevati.

Gli acidi carbossilici sono acidi deboli, poco dissociati in ambiente acquoso.

! L’acqua si comporta da base di Brønsted,