Chimica organica

REAZIONE IN CONDIZIONE DI CATALISI ACIDA

L’apertura dell’anello viene ottenuta trattando, in condizioni di catalisi acida, l’ossido di etilene con un

nucleofilo che non è un anione. In caso di epossidi con sostituenti asimmetrici, il nucleofilo anionico si

lega al C meno sostituito, mentre, in condizione di catalisi acida, viene attaccato il C più sostituito.

Eteri a corona: sono molto efficienti nel solfatare ioni metallici sequestrandoli all’interno della cavità; i

complessi tra eteri a corona e sali metallici diventano solubili in solventi organici. Nei solventi organici

l’anione rimane ‘nudo’ e quindi molto più reattivo come nucleofilo in reazione SN2.

AMMINE

Derivati dell’ammoniaca in cui uno o più H vengono sostituiti da gruppi alchilici o arilici.

- Ammine alifatiche: tutti i C direttamente legati all’atomo di azoto derivano da gruppi alchilici. Tutte le

ammine alifatiche hanno all’incirca la stessa basicità (pKb = 3,0-4,0) e sono basi leggermente più

forti dell’ammoniaca

- Ammine aromatiche: uno o più gruppi legati direttamente all’azoto sono gruppi arilici. Basi più

deboli delle ammine alifatiche.

- Ammine eterocicliche: in cui l’azoto è uno degli atomi dell’anello. Basi più deboli delle ammine

alifatiche.

Proprietà fisiche:

- Ammine primarie e secondarie possono formare legami a idrogeno con l’acqua e hanno solubilità Pagina 33 di 65

simile agli alcoli.

- Ammine terziarie si comportano come gli eteri

- Buon comportamento basico fa si che la loro solubilità aumenti molto in ambiente basico, caratteristica che le distingue dagli alcoli

Proprietà chimiche:

- Sono sostanze basiche e la loro basicità deriva dalla presenza sull’atomo di azoto di una coppia solitaria di elettroni che, attirando protoni,

provoca l’aumento dei gruppi OH- liberi e quindi rende più basica la soluzione

- Le ammine aromatiche, a cause dell’instaurazione dell’anello benzenico, per la presenza dei doppietti elettronici delocalizzati, sono basi più deboli

dell’ammoniaca

PIridina Pirrolo Imidazolo

TIOLI E MERCAPTANI

I tioli, anche detti mercaptani, sono composti organici che derivano da un alcol (R-OH) per sostituzione di una atomo di O con un atomo di zolfo S.

Pertanto -SH (solfidrilico) è il gruppo funzionale dei tioli. Vengono chiamati mercaptani poiché formano complessi stabili con cationi di metalli

pesanti come il mercurio (captano il mercurio) e l’arsenico. Presentano un odore sgradevole. Il legame O-H degli alcoli è più forte del legame S-H dei

tioli. I tioli quindi presentano una acidità maggiore rispetto ai corrispondenti alcoli.

Vengono facilmente ossidati a disolfuri (reazione reversibile): Pagina 34 di 65

Il ponte disolfuro è

un gruppo funzionale

costituito da due

atomi di zolfo

legati (S- S) che

riveste una

notevole

importanza nella

stabilizzazione della struttura terziaria di molte proteine.

Analogamente agli alcoli, i mercaptani possono reagire come nucleofili nei confronti di substrati elettronici come gli alogenuri o i derivati degli acidi

carbossilici.

Contrariamente agli alcoli, non possono essere usati come substrati per reazioni di sostituzione nucleofila o di eliminazione in quanto -SH è un

cattivo gruppo uscente,

SOLFURI

Sono eccellenti nucleofili perché la nuvola elettronica è polarizzabile

• Reagiscono facilmente con gli alogenuri alchilici formando i sali di solfonio

• Poiché possiedono un gruppo uscente debolmente basico, uno ione solfonio subisce facilmente reazioni di sostituzione nucleofila

•

Reazioni degli acidi carbossilici e dei loro derivati Pagina 35 di 65

I composti carbonilici contengono un gruppo carbonilico

Composti aventi un gruppo carbonilico:

Acidi Esteri Ammidi Cloruri acilici

carbossilici

Aldeidi Chetoni

STRUTTURA DEGLI ACIDI CARBONILICI

Il C carbonilico è ibridato sp2 e ha geometria trigonale planare. Presenta caratteristiche simili a quelle del doppio legame C-C. L’atomo di O,

elettronegativo, nel gruppo carbonilico rende il legame polarizzato, e questo risulta nel fatto che il carbonio carbonilico è povero di elettroni. Il

gruppo carbonilico può essere quindi rappresentato da due strutture di risonanza.

PROPRIETA’ FISICHE

Hanno valori di pKa circa uguali a 5.

Punti di ebollizione:

Ammide > acido carbossilico >> estere = cloruro acilico = chetone = aldeide

Hanno punti di ebollizione relativamente alti poiché ogni molecola ha due gruppi che possono formare legami idrogeno che per essere rotti

necessitano di elevata energia che dunque aumenta il punto di ebollizione.

GRUPPO CARBONILICO

L’ossigeno è più elettronegativo del carbonio. Il carbonio è quindi elettronpovero (elettrofilo). Quando un

nucleofilo attacca il carbonio carbonilico il doppio legame C-C si rompe e si forma un intermedio (intermedio Pagina 36 di 65

Tetraedrico) in cui il carbonio passa da essere sp2 a sp3. Tale intermedio non è un prodotto in quanto instabile.

La base più debole è il miglior gruppo uscente:

Cl- < OR- <OH- < NH2-

I derivati degli acidi carbossilici hanno quindi la seguente reattività:

Cloruro di acile > estere > acido carbossilico > ammide

Un derivato di un acido carbossilico può essere convertito in un derivato meno reattivo ma non in uno più reattivo.

REAZIONI DEI CLORURI ACILICI

Nel primo stadio avviene l’addizione di un nucleofilo al gruppo carbonilico, con formazione di un intermedio tetraedrico, una coppia di elettroni

dell’ossigeno sposta il gruppo uscente Y, generando come prodotto un nuovo composto carbonilico. Pagina 37 di 65

Pagina 38 di 65

REAZIONI DEGLI ESTERI

Un estere può reagire con acqua (reazione di idrolisi) per formare un acido carbossilico e un alcol. Tale reazione è l’opposto della esterificazione di

Fischer.

Un estere può reagire con alcol (transesterificazione) per formare un nuovo estere e alcol. Entrambe le reazioni sono molto lente e richiedono un

catalizzatore quando svolte in laboratorio.

Gli esteri possono reagire con le ammine per formare le ammidi (amminolisi). La reazione è più veloce delle due reazioni precedenti in quanto

l’ammina è un nucleofilo migliore (non necessita di catalisi acida). La velocità di reazione può essere aumentata per riscaldamento.

Mecanismo a due stadi: Nel primo stadio si ha l’attacco del nucleofilo dell'ammoniaca al carbonio

carbonilico dell’estere. Si ha la formazione di un intermedio tetraedrico neutro.

Nel secondo stadio della reazione si ha la dissociazione dell’intermedio tetraedrico con

formazione di un alcol e di una ammide. Pagina 39 di 65

REAZIONI DEGLI AMMIDI

Le ammidi sono composti poco reattivi. Per farle reagire è necessario riscaldarle o usare un catalizzatore acido.

IDROLISI DELLE AMMIDI

Aldeidi e chetoni

Sono composti organici dotati di un gruppo funzionale carbonilico (doppio legame C-C). L’atomo di C di questo legame ha 2 legami rimanenti che

possono essere occupati da H, da un sostituto alchilico o arilico. Se almeno uno di questi sostituenti è un H il composto è un aldeide. Se nessuno

Pagina 40 di 65

dei due sostituenti è un H, il composto è un chetone. Il gruppo carbonilico è polare in quanto

l’ossigeno, più elettronegativo del carbonio, attira verso di se gli elettroni del doppio legame. Il

C del carbonile dunque è elettronpovero (un elettrofilo) e quindi reagisce con i nucleofili.

Reattività:

Formaldeide > aldeide > chetone

La maggior reattività dell’aldeide rispetto al chetone è dovuta a:

- Maggior carica + parziale sul C carbonilico dell’aldeide rispetto a quello del chetone, poiché un H è più elettron-attrattore rispetto a un gruppo

alchilico

- Fattori sterici (il C carbonilico di un aldeide è più accessibile a un nucleofilo) —> i chetoni con gruppi piccoli legati al C carbonilico sono più

reattivi di quelli che hanno gruppi con grande ingombro sterico.

Reattività relative dei composti carbonilici:

Cloruro acilico > anidride > aldeide > chetone > estere = acido carbossilico > ammide > ione carbossilato

Aldeidi e chetoni sono diffusi in natura, spesso combinati con altri gruppi funzionali. Dal momento che il C carbonilico è legato con basi troppo forti

(H- e R-) che non possono fungere da buoni gruppi uscenti, non possono subire reazioni di sostituzione nucleofili ma subiscono reazioni di

addizione nucleofila. composti organo-

Per rendere il C nucleofilo è necessario legarlo a un metallo. Composti che presentano un legame carbonio-metallo sono detti

metallici. reattivi di Grignard

Quelli noti come sono i nucleofili al carbonio più usati. Essi reagiscono come se fossero carbocationi. Sono ottimi

nucleofili e anche basi tanto forti da reagire immediatamente con qualsiasi acido presente in ambiente di reazione.

REAZIONI DI CHETONI E ALDEIDI CON I REATTIVI DI GRIGNARD

Il prodotto iniziale dell’addizione è un ossido di magnesio complesso da cui può essere liberato alcol per aggiunta di acido diluito. Se l’alcol è

sensibile all’azione dell’acido, l’idrolisi può essere fatta con una soluzione di cloruro ammonio.

L’addizione di un reattivo di Grignard alla formaldeide porta alla formazione di un alcol primario. Tutte le altre aldeidi addizionano i reattivi di Grignard

Pagina 41 di 65

portando alla formazione di alcoli secondari, mentre i chetoni portano ad alcoli terziari.

REAZIONE DEI COMPOSTI CARBONILICI CON LO IONE CIANURO

L’addizione di idrogeno cianide agli aldeidi ed ad alcuni chetoni porta alla

formazione di cianidrina.

Dal momento che l’idrogeno cianide è di per se acido (pKa = 9,25) l’addizione è non acido-catalizzata. La formazione di cianidrina è favorita per gli

aldeidi e per i chetoni ciclici liberi e metilici. Pagina 42 di 65

REAZIONE DI FORMAZIONE DELLE IMMINE

La reazione di aldeidi e chetoni con ammoniaca o con ammine primarie porta alla formazione di immune e suoi derivati /badi di Schiff); composti

aventi un gruppo funzionale C- -N. Tale reazione svolge un ruolo importante nella sintesi di ammine secondarie. Una molecola d’acqua viene

eliminata nella reazione, che è acido-catalizzata e reversibile.

Nel primo stadio di reazione il catalizzatore acido H3O+ cede un protone all’ossigeno dell’aldeide o del chetone.

In questo modo il carbonio carbonilico viene attivato nei confronti del nucleofilo.

Nel secondo stadio l’ammina effettua un attacco nucleofilo

al carbonio carbonilico.

Nel terzo stadio si viene a formare la

carboinolammina.

Nel