Chimica organica

TERZIARIO.

- Reazioni con esteri e cloruri alchilici: danno due reazioni successive con un reattivo di Grignard.

Un estere reagisce con un reattivo dando come primo stadio di reazione una sostituzione nucleofila

acilica, poiché un estere ha un gruppo uscente che viene sostituito dal reattivo di Gringard formando

un chetone. Il chetone a sua volta subiscono una successiva reazione di addizione nucleofila ad

opera di un altro equivalente di reattivo di Gringard portando infine alla formazione di un alcol

terziario, che essendo il prodotto di due successive reazioni con un reattivo di Gringard, ha due

gruppi identici legati al carbonio terziario.

Un cloruro alchilico reagisce come l’estere subendo due stadi di reazione: nel primo stadio avviene

una reazione di sostituzione nucleofila acilica in cui una prima unità di reattivo sostituisce lo ione

cloruro; nel secondo stadio avviene una reazione di sostituzione nucleofila.

Reazioni di aldeidi e chetoni con nucleofili all’ossigeno:

1) Addizione di acqua : l’addizione di acqua ad un aldeide o chetone porta alla formazione di un

IDRATO (= molecola che contiene due gruppi OH legati allo stesso carbonio. Gli idrati di aldeidi e

chetoni sono generalmente troppo instabili per poter essere isolati. L’acqua è un nucleofilo debole e

si addiziona lentamente ad un carbonio carbonilico, quindi la reazione viene velocizzata da una

catalisi acida, e il catalizzatore influenza Soltanto la velocità ma non l’equilibrio: l’equilibrio della

reazione (grado in cui aldeide/chetone è idratato in soluzione acquosa acida, e dipende dal tipo di

composto carbonilico considerato. Sostituenti ingombranti ed il rilascio elettronico diminuiscono la

percentuale di idrato presente all’equilibrio, mentre l’attrazione elettronica e i sostituenti non

ingombranti l’aumentano.

2) Addizione di alcoli :

Equivalente di alcol + aldeide = EMIACETALE

Secondo equivalente di alcol + aldeide = ACETALE

Equivalente di alcol + chetone = EMICHETALE

Secondo equivalente di alcol + chetone = CHETALE

Quando un equivalente di alcol si addiziona ad un’aldeide o un chetone, il composto che si ottiene è

a metà strada dall’acetale o dal chetale finale che contiene i gruppi derivanti da due equivalenti di

alcol. Nel primo stadio di formazione dell’acetale/chetale, l’acido protona l’ossigeno carbonilico

rendendo in tal modo il carbonio carbonilico più suscettibile all’attacco nucleofilo. La perdita di un

protone dall’intermedio tetraedrico porta alla formazione dell’emiacetale/emichetale, che è in

equilibrio con la sua forma protonata. I due atomi di ossigeno dell’emiacetale/emichetale sono basici

in ugual misura, per cui entrambi possono essere protonati. La perdita di acqua dall’intermedio

tetraedrico che presenta il gruppo OH protonato forma un intermedio O-alchilato molto reattivo (ha

un ossigeno carico positivamente) e l’attacco nucleofilo su tale intermedio ad opera di una seconda

molecola di alcol, seguita dalla perdita finale di un protone, porta alla formazione

dell’acetale/chetale.

Acetale e chetale possono essere ottenuti eliminando l’acqua dal mezzo di reazione man mano che

si forma: in assenza di acqua l’acetale/chetale è stabile, in presenza di acqua essi vengono

idrolizzati.

Composti carbonilici III: reazioni sul carbonio alfa

- Aldeidi, chetoni e esteri hanno due siti reattivi: il carbonio carbonilico e un idrogeno alfa legato ad un

carbonio adiacente al carbonio carbonilico (carbonio alfa).

- Un idrogeno legato ad un carbonio ibridato sp3 adiacente ad un carbonio carbonilico è acido, poiché

la base coniugata che si ottiene quando questo protone viene rimosso è più stabile. La stabilità di

questa base è data dal fatto che quando un protone viene rimosso da un carbonio adiacente al

carbonio carbonilico, gli elettroni che rimangono vengono delocalizzati sull’ossigeno, che è molto più

elettronegativo rispetto al carbonio. La delocalizzazione degli elettroni aumenta anche la stabilità

della base.

- L’idrogeno alfa di un aldeide o di un chetone è più acido dell’idrogeno alfa di un estere.

- Se il carbonio si trova fra due gruppi carbonilici, l’acidità degli idrogeni ad esso legati è ancora più

elevata. L’acidità aumenta perché gli elettroni rimasti sul carbonio dopo la rimozione del protone

possono essere delocalizzati su DUE atomi di ossigeno.

- Tautomeria cheto-enolica: un chetone esiste in equilibrio con il suo tautomero enolico (tautomeri =

isomeri in rapido equilibrio tra loro). I tautomeri cheto-enolici differiscono tra loro per la posizione del

doppio legame e di un idrogeno. Il tautomero enolico è molto meno stabile del tautomero chetonico

in quasi tutti i casi, tranne per il fenolo.

Enolizzazione = interconversione dei tautomeri chetonico ed enolico, e può essere catalizzata sia

da acidi che da basi. In soluzione basica, lo ione idrossido rimuove un protone dal carbonio alfa del

tautomero chetonico formando lo ione enolato (in cui per risonanza la carica negativa è distribuita fra

carbonio e ossigeno); la protonazione sull’ossigeno forma il tautomero enolico. In soluzione acida,

l’ossigeno carbonilico del tautomero chetonico viene protonato e l’acqua strappa un protone dal

carbonio alfa formando l’enolo. Nei due processi, gli stadi sono invertiti.

- Alchilazione degli ioni enolato: lo ione enolato ha due posizioni ricche di elettroni, il carbonio alfa

e l’ossigeno. La protonazione avviene di preferenza sull’ossigeno poiché è più elettronegativo,

mentre quando l’elettrofilo è diverso da un protone, è più probabile che il nucleofilo sia il carbonio.

Alchilazione= genera un legame carbonio-carbonio, e si effettua rimuovendo prima un protone dal

carbonio alfa con una base forte, e poi aggiungendo l’alogenuro alchilico appropriato. È una

reazione Sn2, e funziona meglio con alogenuri primari e con alogenuri metilici.

- Addizione aldolica = reazione nella quale una molecola di un composto carbonilico, dopo che un

protone viene rimosso da un carbonio alfa, reagisce come nucleofilo ed attacca il carbonio

carbonilico elettrofilo di una seconda molecola del composto carbonilico. È una reazione fra due

molecole di un’aldeide o due molecole di un chetone. Quando il reattivo è un’aldeide, il prodotto è un

ALDOLO (beta-idrossialdeide), e la reazione forma un nuovo legame C-C fra il carbonio alfa di una

molecola e il carbonio che originariamente era il carbonio carbonilico dell’altra molecola. Nel primo

stadio, una base rimuove un protone da un carbonio alfa, creando così uno ione enolato nucleofilo,

che poi si lega al carbonio carbonilico di una seconda molecola del composto carbonilico e

l’ossigeno carico negativamente così ottenuto viene protonato dal solvente. Quando in un’addizione

aldolica il reagente è un chetone, il prodotto è un beta-idrossichetone.

Nei sistemi biologici: avviene un’addizione aldolica in uno dei passaggi della biosintesi del glucosio,

in cui l’enzima aldolasi catalizza l’addizione aldolica fra diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide-3-

fosfato, dando come prodotto il fruttosio-1,6-difosfato che viene poi convertito in glucosio.

Condensazione aldolica = avviene quando il prodotto di addizione aldolica viene disidratato, e la

reazione unisce due molecole, rimuovendo al contempo una molecola piccola, di solito acqua o

alcol. Una condensazione aldolica forma un’aldeide alfa,beta-insatura o un chetone alfa,beta-

insaturo.

Nei sistemi biologici: l’evento di cross-linking del collagene, in cui le singole molecole di collagene

(tropocollagene) si uniscono con legami incrociati rendendo la struttura più dura, è un esempio di

condensazione aldolica.

- Condensazione di Claisen = reazione che avviene quando due molecole di un estere subiscono

una reazione di condensazione, e il prodotto è un beta-chetoestere. Una molecola di composto

carbonilico agisce da nucleofilo dopo che un idrogeno alfa è stato rimosso da una base forte, poi il

nucleofilo attacca il carbonio carbonilico di una seconda molecola di estere. Si forma il nuovo

legame tra il carbonio alfa di una molecola ed il carbonio che originariamente era il carbonio

carbonilico di un’altra molecola. Dopo l’attacco del nucleofilo, l’ossigeno carico negativamente

riforma il legame pi greco C-O ed elimina il gruppo OR-. L’estere inoltre dispone di un gruppo

uscente legato al carbonio carbonilico.

Nei sistemi biologici: biosintesi degli acidi grassi è un esempio di condensazione di Claisen.

- Decarbossilazione degli acidi 3-ossocarbossilici: se un gruppo CO2 è legato ad un carbonio

carbonilico, esso può essere rimosso perché gli elettroni che restano sul carbonio possono essere

delocalizzati sull’ossigeno del carbonile. Quindi, gli ioni 3-ossocarbossilato perdono CO2 quando

vengono riscaldati, e questa perdita è detta decarbossilazione. La reazione avviene ancora più

facilmente se avviene in condizioni acide, e si ha quindi il trasferimento intramolecolare di un protone

dal gruppo carbonilico all’ossigeno carbossilico. L’enolo che si forma tautomerizza immediatamente

a chetone. Gli acidi carbossilici quindi con un gruppo carbonilico in posizione 3 perdono CO2 per

riscaldamento.

- Sintesi malonica (sintesi di acidi carbossilici) = combinazione di alchilazione di un carbonio alfa

e di decarbossilazione di un acido beta-dicarbossilico, e il prodotto di partenza della sintesi è l’estere

dietilico dell’acido malonico. Nella prima parte della reazione, il carbonio alfa del diestere viene

alchilato rimuovendo un protone dal carbonio alfa del diestere malonico e facendo reagire il

risultante carbanione con un alogenuro alchilico (primario o metilico, poiché l’alchilazione è una

reazione Sn2). Mediante riscaldamento in una soluzione acquosa acida, l’estere malonico alfa-

sostituito viene idrolizzato ad acido malonico alfa-sostituito e dopo ulteriore riscaldamento perde

CO2 formando un acido carbossilico con due atomi di carbonio in più rispetto all’alogenuro alchilico.

- Sintesi acetacetica: la sintesi è molto simile alla sintesi malonica, ma viene utilizzato l’estere

acetacetico al posto di quello malonico e il prodotto è un metilchetone. L’ultimo stadio della sintesi

acetacetica è la decarbossilazione di un acido acetico sostituito.

CARBOIDRATI

- Sono la classe di composti bio-organici più rappresentata in natura, poiché costituisce più del 50% in

peso secco della biomassa presente sulla terra.

- Assolvono differenti funzioni: funzione strutturale, funzione di molecole di riconoscimento se espressi

sulla superficie dell