Chimica organica

Acidi carbossilici

Acidi carbossilici e i loro derivati, famiglie in ordine di numero di ossidazione dell’atomo di carbonio su cui

la funzione è presente con numero di ossidazione via via più alto. Nel caso dei derivati carbossilici

l’ossidazione è via via +3.

Vi è un atomo di carbonio ibridato sp2 che ha un doppio legame con l’ossigeno ed è legato

contemporaneamente con un gruppo OH. Si chiamano acidi quindi hanno questa caratteristica, il motivo è

la dissociazione fra l’atomo di O e di H fornisce il corrispondente carbossilato che è stabilizzato per

risonanza con il doppietto e la carica negativa delocalizzata sui due atomi di ossigeno.

Gli acidi carbossilici sono fra i primi composti organici che sono stati isolati e analizzati. Per molti di questi

composti oltre il nome Iupac, c’è un nome comune che riporta alla fonte naturale da cui questi composti

sono stati isolati per la prima volta.

Nomenclatura: prevede che si dica acido e che si aggiunga il nome che ha il prefisso della catena più lunga

che porta il gruppo COOH che chiude la catena, con un suffisso che è -oico.

Catena di 8 termini in cui, a parte l’atomo di carbonio carbossilico ibridato sp2, tutti gli altri sono carboni

ibridati sp3 senza ramificazioni.

Alcuni acidi che hanno soltanto il nome comune e una lettera in rosso che servirà per costruire il nome

Iupac di questi composti:

A= acido a due atomi di carbonio. Sarebbe l’acido Etanoico, acido acetico. C’è però il gruppo oh che sarà il

sostituente quindi abbiamo l’acido Idrossi etanoico, o meglio idrossi acetico. Non occorre indicare due

idrossi acetico perché con tre atomi di carbonio se è acido, c’è solo un carbonio libero per il sostituente.

B= acido a due atomi di carbonio. Acido acetico, che però ha presente il gruppo OH ed il gruppo fenil.

Dunque si chiama acido idrossi fenil acetico. Sono presenti due gruppi carbossilici, due gruppi COOH, che

devono essere in cima e in fondo alla catena. Il nome Iupac si farà dicendo acido di-oico.

Si dirà dunque acido etan dioico, che si dirà acido ossalico. I corrispondenti sali si chiamano ossalati. Gli

ossalati di calcio non sono altro che composti che sembrano piccoli sassetti di cui sono fatti i calcoli renali.

C= acido a tre atomi di carbonio. Si chiama Malonico e avrà un nome Iupac che sarà propandioico.

D= 4 atomi di carbonio. Butandioico.

E ed F= sono due atomi carbossilici a 4 atomi di carbonio. Non può essere butandioico, perché c’è un

doppio legame. Il doppio legame può essere solo fra carbonio 2 e 3, non occorre quindi scrivere la sua

posizione. Per questo avremo l’acido Butendioico. È possibile che i due gruppi COOH stiano dalla stessa

parte, o dalla parte opposta, infatti ci sarà l’acido trans butendioico, o meglio (E)-butendioico che sarà il

Fumarico, e l’acido cis butendioico, o meglio (Z)-butendioico, che sarà l’acido malefico.

G= acido a 4 atomi di carbonio. È un acido butanoico, però sono presenti due gruppi OH, sugli atomi di

carbonio 2 e 3, indipendentemente a quale dei due carboni carbossilici si dia il numero 1. Si chiamerà

quindi acido 2,3-diidrossi-butandioico. Composto presente nel succo d’uva, si deposita nelle botti dove

viene preparato il vino.

H= Acido orto benzenico bicarbossilico, che si chiama acido ftalico. Molto utilizzato nella preparazione delle

materie plastiche.

ACIDI GRASSI:

Acidi carbossilici a cui è possibile associare l’aggettivo grassi. È un acido di origine naturale, con almeno 10

atomi di carbonio in catena e quelli naturali sono soltanto di numero pari (10,12,14,16 ecc.). In natura non

esistono acidi grassi ramificati. Esistono molti composti che noi chiamiamo grassi che contengono acidi a

catena più corta, ad esempio nel burro è presente l’acido butirrico, che è l’acido butanoico. Di fatto questo

acido a catena corta è presente in un grasso, ma l’acido butanoico a rigore non andrebbe chiamato acido

grasso.

Possono essere saturi, insaturi e poliinsaturi.

Saturi significa che a parte l’atomo di carbonio sp2 carbossilico, tutti gli altri atomi di carbonio che saranno

o 9 o 11 o 13 (complessivamente devono essere pari), sono ibridati sp3. Saranno lunghe catene di CH2 e

alla fine ci sarà un CH3. Sono fondamentali, non solo perché utilizzati nella formazione dei grassi, quindi

degli oli, ma anche per la costruzione del tessuto nervoso delle membrane cellulari.

Acidi insaturi e poliinsaturi, ovvero acidi che all’interno della catena di atomi di carbonio che comunque

deve essere di numero pari, presentano uno o più doppi legami C-C. Hanno sempre una geometria (z),

ovvero cis, intorno a questi atomi di carbonio con doppio legame.

Acidi insaturi a 18 atomi di carbonio: Digitare l'equazione qui.

Nomenclatura: si comincia a contare dall’atomo di carbonio più importante, ovvero quello che da il nome

alla molecola, quindi l’atomo di carbonio contenente il gruppo COOH è il numero 1.

I doppi legami negli acidi grassi naturali sono sempre separati da un atomo di carbonio ibridato sp .

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Quando la chimica deve essere maneggiata da chi la chimica non la sa per semplificare le cose

un acido di questo tipo ha il doppio legame sul terzo atomo di carbonio a partire dalla coda.

ESTERI:

Composto in cui c’è un atomo di carbonio carbossilico, ma invece che esserci COOH, troviamo COOR.

Formalmente e praticamente sono ottenibili dalla reazione di un acido carbossilico più un alcol che danno

luogo alla formazione di un estere più una molecola di acqua. È possibile anche la reazione inversa, ovvero

un estere e l’acqua in opportune condizioni possono reagire per dare un alcol e un acido carbossilico. Sono

composti fondamentali, si può trovare ROOR’, basta che un R non sia un atomo di ossigeno altrimenti è un

acido. Nomenclatura: si deve riconoscere la porzione dell’acido, si deve risalire a qual’era il gruppo RCOOH.

Una volta riconosciuto l’acido il nome dell’estere si fa come se quella sostanza fosse un sale, un carbossilato

di quel residuo organico. L’estere più semplice è il metanoato di metile, che deriva dal metile.

Al posto di Metanoato di metile si può dire Formiato, perché formiato è il nome comune del metanoato,

dato che l’acido metanoico si chiama anche formico.

Il Malonato di fenile è un derivato dell’acido malonico che ha come residui due fenili. Se non dovesse venire

in mente l’acido malonico che è un nome comune, quell’acido carbossilico è fatto di tre atomi di carbonio

con due gruppi carbossilici, quindi sarà il propan dioico, quindi il corrispondente carbossilato sarà il

propandioato. Il nome Iupac di questo composto sarà propan dioato di difenile.

Il composto acccanto è l’acido 2-idrossiproponiato di etile, si chiama acido lattico, per cui ha un carbossilato

che si chiama lattato, da qui il nome Etil lattato o lattato di etile.

TRIGLICERIDI:

I trigliceridi sono di origine naturale, sia animale o vegetale, che in qualsiasi organismo si formano

attraverso la reazione di un acido grasso con un alcol che è la glicerina. La glicerina è l’1,2,3-propantriolo.

La seguente reazione è la formazione di un triestere, ovvero un trigliceride. È una molecola di glicerina e tre

acidi grassi. È il modo in cui esseri viventi animali e vegetali stoccano energia, quando si mangia più delle

kcal che ci servono l’organismo, indipendentemente da come siano state assunte quelle calorie, accumula

grassi, perché nella minor quantità di volume poi si potrà liberare la quantità maggiore di energia.

RCOOH con 10 o più atomi di C, ma solo pari, È un triestere tra glicerine e 3 acidi grassi

se saturo nessun doppio legame (solo CH ), Se molti acidi grassi saturi sarà solido: Grasso

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se insaturo o poliinsaturo 1 o più doppi legami (solo cis). Se molti acidi grassi (poli)insaturi sarà liquido: Olio.

Struttura schematizzata di due trigliceridi: Viene fuori da tre acidi palmitici.

È anche un acido oleico. La presenza del doppio legame fa si che l’impacchettamento delle varie catene

all’interno delle catene sia molto meno efficiente, perché la piegatura da fastidio alle altre catene, che non

si possono impacchettare bene. Il minore impacchettamento fa si che i movimenti tra le molecole siano

maggiori e quindi un trigliceride fatto da tanti acidi (poli)insaturi a temperatura ambiente è liquido e si

chiama olio. Quando ci sono pochi acidi insaturi è un solido e si chiama grasso. La spremitura delle olive che

danno un olio, o il lardo di colonnata che si forma nella schiena del maiale, dove ci sono pochi acidi grassi

insaturi tant’è che è un solido alto fondente e molto alto bollente.

AMMIDI:

Derivati di acidi carbossilici. Sono composti basilari, perché si ottengono facendo reagire un acido

carbossilico con un’ammina che può essere l’ammoniaca, oppure può essere un’ammina primaria o

secondaria. L’importante è che ci sia almeno un legame N-H, altrimenti non è possibile costruire il legame

ammidico, che è il legame fra il carbonio carbossilico e l’azoto. Sono sostanze importanti perché i legami

ammidici che si ottengono sono quelli che danno luogo alla formazione di peptidi, tripeptidi, polipeptidi e

proteine. Sono di fatto i composti presenti nelle proteine, quelli che si ottengono facendo reagire fra loro

gli amminoacidi, gli alfa amminoacidi.

Nomenclatura: il nome Iupac è prefisso, quanti atomi di carbonio ci sono, suffisso “ammide”. La più

semplice ottenuta per reazione fra l’acido metanoico e l’ammoniaca si chiama metan ammide. Siccome

l’acido metanoico si chiama acido formico, questa molecola si chiama Formammide.

Le ammidi hanno una suddivisione al loro interno che è in tutto e per tutto uguale a quella delle ammine.

Se abbiamo un’ammide in cui è presente il gruppo NH , avremo un’ammide primaria, se abbiamo

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un’ammide in cui è presente il gruppo NH ma poi l’azoto è legato a un residuo organico, avremo

un’ammide secondaria. Se infine legato all’azoto dell’ammide non c’è nessun idrogeno ma soltanto dei

residui, allora avremo un’ammide terziaria.

La capsaicina è il principio attivo del peperoncino. La parte apolare, è molto più importante del gruppo OH

e del gruppo NH che sono presenti. Se non è solubile in acqua significa che se si morde un peperoncino

l’acqua non sarà in grado di levarci il bruciore. Se ad esempio vengono toccati gli occhi ci si dovrebbe lavare

con una sostanza apolare, come ad esempio l’olio d’oliva.

Se si fa reagire l’acido 2-ammino-etanoico con l’acido-2-amino-propanoico, il gruppo acido del primo e il

gruppo amminico del secondo formano un ammide che di fatto sarà un’ammide secondaria. I due acidi

sono degli alfa amminoacidi e l’ammide nella parte destra è un dipeptide.

Tutto ciò che si sa delle ammidi si può trasferire a livello delle proteine, ad esempio perché un’ammide è

meno basica di un’ammina e questo varrà anche nei peptidi. Abbiamo spiegato come un legame ammidico

abbia una certa percentuale di doppio legame e questa percentuale c’è anche nei peptidi e nelle proteine.

Altre 3 famiglie di derivati carbossilici:

Derivati dell’acido cianidrico, in cui al posto dell’idrogeno c’è un residuo organico. Si chiamano Metrili e

sono comunque composti carbossilici, perché se si misura il numero di ossidazione del carbonio che ha un

triplo legame con l’azoto, di fatto questo è +3, perché intorno a quel carbonio c’è soltanto un elettrone,

quello che condivide con il legame con il carbonio accanto. Sono composti poco reattivi.

Alogenuri aciclici, si chiamano in funzione dell’acido carbossilico da cui derivano. Sono i derivati più reattivi

degli acidi carbossilici. Sono utili quando vogliamo trasformare un composto carbossilico in un altro.

Famiglia delle anidride, che sono molto reattive, poco meno degli alogenuri. Di fatto si chiamano Anidridi e

poi il nome del corrispondente acido carbossilico. Si chiamano anidridi perché si possono ottenere

riscaldando un acido carbossilico, due acidi carbossilici reagiscono tra loro e liberano una molecola di

acqua, il che significa anidrificarsi, da qui il nome anidridi.

Composti che servono per trasformare un composto carbossilico in un altro.

ISOMERIA:

Fino ad ora abbiamo cercato di capire come le molecole sono fatte, mettendo in relazione la forma delle

molecole con le loro proprietà fisiche ed anche il loro comportamento chimico. Tuttavia mancava il

concetto di isomeria.

Gli isomeri sono composti con la stessa formula molecolare (formula bruta), ma diversa struttura. Questi

sono isomeri costituzionali, esiste tuttavia anche la classe degli stereoisomeri.

Gli isomeri costituzionali li abbiamo visti ad esempio nella diversa posizione del sostituente all’interno di

una molecola, che dona proprietà fisiche e chimiche diverse.

Gli stereoisomeri sono composti in cui avendo ovviamente la stessa formula bruta, di fatto i vari gruppi

sono legati agli stessi atomi di carbonio, ma si differenziano per come questi gruppi sono disposti nello

spazio (stereo = spazio). Il primo esempio di stereoisomeri sono le posizioni cis e trans, oppure quando è

presente un anello e i due sostituenti possono essere dalla stessa parte o da parti opposte del piano

ipotetico individuato dal sistema ciclico. Si tratta di stereoisomeri e nella fattispecie di Diastereoisomeri,

ovviamente con diverse proprietà chimiche e fisiche.

All’interno degli stereoisomeri esistono anche gli Enantiomeri, di cui andremo a spiegare la natura. Sono

isomeri peculiari, perché hanno uguali proprietà chimico fisiche, ma non completamente, perché hanno un

diverso verso e interagiscono in maniera diversa con la luce polarizzata.

Quindi nel caso degli stereoisomeri, le molecole hanno i vari gruppi legati agli stessi atomi, ma hanno una

disposizione diversa nello spazio. Questa disposizione si chiama configurazione.

Non ha niente a che vedere con la conformazione, che riguarda le diverse forme che le molecole possono

acquistare muovendosi attraverso alla rotazione intorno ai legami, o il movimento da una sedia ad un’altra.

Le configurazioni invece rappresentano le posizioni che i vari sostituenti assumono nello spazio. Quando si

ha due diastereoisomeri significa che tra loro è diversa la configurazione relativa E-Z, cis-trans. Quando

invece si ha gli enantiomeri significa che è diversa la configurazione assoluta.

Classico esempio di due isomeri costituzionali e di due diasteoisomeri:

-isomeri costituzionali:

-stereoisomeri, diasteroisomeri:

Per poter definire in maniera chiara il concetto di enantiomeri, cioè il concetto di configurazione assoluta,

stereochimica assoluta, occorre introdurre molto velocemente il concetto di simmetria, che vale per ogni

oggetto rigido, incluse le molecole.

Quando si definisce la simmetria di una molecola, si definisce la simmetria del suo conformero più

simmetrico.

Conformero, ad esempio se si considera il metano che ha dei conformeri eclissati e sfalzati, nel conformero

eclissato la simmetria è maggiore che in quello sfalsato. Però per l’etano se è simmetrico quello eclissato, è

simmetrica la molecola.

Assi di simmetria. Un asse è una retta che passa per l’oggetto e noi ruotando di un certo angolo si ottiene lo

stesso oggetto. Qualsiasi tipo di oggetto ruotandolo di 360° tornerà lo stesso. Molti altri oggetti tornano

uguali a se stessi anche se si ruotano di un angolo più piccolo.

Ad esempio un cubo, se si prende l’asse che passa in mezzo a due facce, ruotando di 90° torna identico a

quello in partenza. L’asse si indica con la lettera C e sotto si mette un numeretto, ed è il numero che se si fa

360 diviso quel numero, si trova l’angolo di cui si deve rotare per far tornare la molecola su se stessa.

Il cubo ha asse C per ogni due lati.

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L’ultima immagine potrebbe essere anche un benzene, che ha un asse di C , poiché se si fa 360 diviso 60 si

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ottiene 60, ruotando quindi di 60° si riporta l’esagono su se stesso.

Piano di simmetria: piano che taglia l’oggetto in due parti perfettamente identiche tra loro. Un cubo ha

almeno 9 piani di simmetria. Se quel piano diventasse uno specchio, con la riflessione si potrebbe

ricostruire l’oggetto intero.

Ad esempio aereo monoelica, ha il piano di simmetria che passa per la coda.

Nell’uomo solo il rosso è un piano di simmetria, perché lo divide in due parti uguali.

Tre definizioni:

- Un oggetto e quindi anche una molecola che abbia almeno un piano di simmetria si dice che è

simmetrica e se è simmetrica è ACHIRALE.

- Se un oggetto o una molecola ha soltanto assi di simmetria, ad esclusione dell’asse 1 di 360° che

non è un operazione di simmetria valida, si dice dissimmetrica e quindi è ACHIRALE.

- Gli oggetti che non hanno piani di simmetria e non hanno assi di simmetria sono detti asimmetrici e

sono CHIRALI.

Quindi le molecole possono essere achirali o chirali, se sono chirali possono essere disimmetriche (con solo

gli assi di simmetria), oppure possono essere asimmetriche (senza piani e senza assi).

CHIRALITÀ:

I concetti di prima legano la chiralità alla simmetria. Il concetto di chiralità è anche legato ad un’altra

proprietà. Siccome ogni oggetto ha la propria immagine speculare, capita che gli oggetti chirali, cioè gli

oggetti che hanno o solo assi di simmetria o ne assi ne piani di simmetria, non sono sovrapponibili alla

propria immagine speculare. Per ciò, ciò che è dentro lo spec