Reazioni chimica organica

IDROLISI DEL GRUPPO FOSFATO

Le catalizzano reazioni di defosforilazione che non sono l'inverso di quelle di fosforilazione. Le fosfatasifosfatasi trasferiscono gruppi fosfato all'acqua (sono reazioni di idrolisi). Non richiedono quindi energia come il processo inverso.

Nel primo meccanismo abbiamo l'attacco diretto di acqua (nucleofilo) sul fosforo elettrofilo, con la formazione dell'intermedio e il distacco del gruppo uscente, in presenza di un enzima acido-base.

Nella reazione indiretta abbiamo due passaggi. Nel primo il fosfato viene attaccato da un gruppo nucleofilo e solo successivamente reagisce con l'acqua come visto sopra. I due meccanismi sono diversi ma portano alla fine allo stesso identico risultato.

ADDIZIONE NUCLEOFILA

L'addizione nucleofila porta alla formazione di un nuovo legame δ a spese di un legame π di aldeidi e chetoni. La reazione avviene con l'attacco al gruppo carbonilico (per renderlo più).

nucleofilo) e lanucleofilodell’ossigeno (per renderlo più elettrofilo).

protonazioneIl nucleofilo attacca seguendo la traiettoria di Burgi-Dunitz e la geometria di legame diventa tetraedrica conl’eventuale creazione di un nuovo centro di chiralità (che dipende dalla faccia che viene attaccata). Questatraiettoria è favorita perché è un compromesso la tra massima e la minimainterazione HOMO-LUMOrepulsione dell’HOMO (del nucleofilo) da parte degli elettroni del legame π.

FORMAZIONE DI UN ACETALESi formano quando un emiacetale (o emichetale) reagisce con una seconda molecola di alcool nucleofilo.

1: un ossidrile vieneIn un contesto non biologico è catalizzata da un acido forte e segue una reazione SNprotonato formando acqua (buon gruppo uscente) che si distacca con formazione di un carbocationeintermedio stabilizzato per mesomeria.

In un contesto biologico il gruppo OH non viene protonato ma trasformato in un buon gruppo uscente

per(si ha un primo passaggio di segue poi una S 1. Esempio di gruppo acetale è ilfosforilazione attivazione), Nlegame glicosidico.

IDROLISI DI UN ACETALE

Un acetale può essere idrolizzato ad emiacetale. La reazione è ancora una (S 1) masostituzione nucleofila Nstavolta il nucleofilo è l'acqua mentre il gruppo uscente è un alcool (formato per protonazione).

Il gruppo alcossi viene protonato e si stacca una molecola di alcool con formazione di un carbocationeche viene attaccato da una molecola di acqua deprotonata (resa un miglior nucleofilo). Questointermedioè quello che avviene nella scissione dei legami glicosidici.

FORMAZIONE DI UN LEGAME N-GLICOSIDICO

Nella formazione di un legame glicosidico un emiacetale viene attaccato da una seconda molecola di alcoolcon formazione di un acetale. Se invece un emiacetale viene si forma un "acetaleattaccato da un'aminamisto" con un carbonio legato ad un ossigeno e a un azoto che viene

definito legame N-glicosidico.Il procedimento è sempre lo stesso (sostituzione nucleofila S 1) con l'ossidrile attivato per difosforilazioneN(viene attaccato il fosfato β dell'ATP) con conseguente distacco del pirofosfato e formazione di unche verrà attaccato da un'ammmina.carbocatione intermedioFORMAZIONE DI EMIACETALI E EMICHETALIUno degli esempi più importanti è l'addizione a un chetone o a un'aldeide con la formazione didi un alcoolemiacetali e emichetali (acetali e chetali si formeranno per aggiunta di una seconda molecola di alcool).Questi solitamente si trovano a energia più alta per cui l'equilibrio della reazione è spostato a sinistra.Il meccanismo biochimico avviene con l'alcol viene deprotonato (reso più nucleofilo) ecatalisi basica:attacca il carbonio elettrofilo del carbonile (con protonazione dell'ossigeno).In laboratorio (processo non biologico) la reazione avviene con

in presenza di un acido forte, la catalisi acida protona l'ossigeno carbonilico formando degli intermedi per formarsi in un ambiente troppo acido. LA CICLIZZAZIONE DEI CARBOIDRATI In soluzione acquosa, le molecole di carboidrati a cinque o sei atomi di carbonio danno una rapida interconversione tra forma lineare e forma ciclica con la formazione intramolecolare (perché l'alcool si trova sulla stessa molecola) di emiacetali ed emichetali. Questi casi sono delle eccezioni a quanto detto sopra in quanto le forme cicliche sono catalizzate da enzimi a energia notevolmente inferiore. Il glucosio in forma ciclica è detto glucopiranosio e l'attacco nucleofilo può avvenire su entrambe le facce del carbonile con la formazione di due diastereomeri detti anomeri α e β. Il fruttosio in soluzione acquosa forma un emichetale ciclico detto fruttopiranoso con il gruppo ossidrile del fruttosio che attacca il gruppo.

carbonilicocarbonio 5

Questa non è però l'unica forma in quanto il fruttosio forma anche un emichetale ciclico a cinque termini detto dove è il gruppo ossidrile al carbonio 5 (e non al carbonio 6) ad attaccare il gruppo fruttofuranosocarbonilico

FORMAZIONE DI UNO IONE IMMINIOL

L'atomo di carbonio di e può essere oggetto di un attacco nucleofilo da parte di ammine e aldeidi chetoniche alcoli. Se viene attaccato da un nucleofilo all'azoto (ammina) il doppio legame C=O sarà sostituito da un doppio legame C=N noto come (a pH fisiologico può essere rappresentato anche nella forma imminaprotonata, come ione imminio).

L'azoto amminico attacca il carbonio in un'addizione nucleofila, nel secondo passaggio il doppietto di non formando un doppio legame C=N con la perdita legame dell'azoto spinge l'ossigeno lontano dal carbonio di una molecola d'acqua (che si comporta come gruppo uscente). Il tutto avviene in presenza di una

Coppie di enzimi acido-base che protonano l'ossigeno e deprotonano l'azoto.

IDROLISI DI UNO IONE IMMINIOTRANSIMMINAZIONE

Il meccanismo è molto simile a quello della formazione di un'immina: una nuova ammina nucleofila viene deprotonata (resa più nucleofila) e attacca il carbonio carbonilico. Viene nuovamente deprotonata e il doppietto di non legame fa allontanare l'altra ammina.

ADDIZIONE NUCLEOFILA CON ELIMINAZIONE

I derivati degli acidi carbossilici differiscono da aldeidi e chetoni per la presenza di un eteroatomo legato al carbonio carbonilico, questo è un potenziale gruppo uscente elettronegativo. In aldeidi e chetoni vediamo una semplice addizione nucleofila mentre in questi casi possiamo avere addizioni nucleofile seguite da eliminazione del gruppo uscente. Sostanzialmente quello che avviene è una sostituzione, per questo motivo queste reazioni vengono definite anche (è come se il gruppo acile fosse trasferito da un gruppo X a

un altro) sostituzioni nucleofile aciliche

Nel primo passaggio il nucleofilo attacca il carbonile con formazione di un intermedio tetraedrico. Nel secondo passaggio si riforma il carbonile e il gruppo X-R viene espulso. Quello che avviene è una sostituzione del gruppo X-R con il nucleofilo.

È importante che il nucleofilo che entra sia una base più forte (un gruppo uscente peggiore) del gruppo X-R, altrimenti si ritornerà al materiale di partenza.

Sostituzioni sfavorite come la trasformazione di un carbossilato devono essere collegate con reazioni favorite che (come l'idrolisi dell'ATP). Un carbossilato viene allora primariamente attivato per fosforilazione.

La formazione di esteri, tioesteri e ammidi (come la transtioesterificazione e l'esterificazione) partendo dal carbossilato avvengono in questo modo. La reazione che permette di tornare al carbossilato è un'idrolisi (l'acqua è il nucleofilo che entra).

ADDIZIONE

ALDOLICA

La reazione aldolica è molto importante perché è coinvolta nella formazione di legami carbonio-carbonio che vengono creati in una cellula vivente.

In questa reazione lo ione enolato opera come nucleofilo e attacca il gruppo carbonilico di una seconda molecola. Possiamo quindi considerarla una normale reazione di addizione nucleofila a un carbonile invece che a un ossigeno o un azoto.

Il nome deriva dai primi esempi osservati in cui un' aldeide reagiva con se stessa con formazione di un gruppo funzionale aldeidico e uno alcolico, da qui è rimasto l'aggettivo "aldolica" anche per reazioni che non contengono aldeidi.

Gli enzimi che catalizzano le reazioni sono le aldolasi e il prodotto ha sempre un gruppo ossidrile sul carbonio β. A seconda di quale carbonio α reagisce possono esserci più vie, in presenza di enzimi questi andranno a...

bloccare le molecole in processi totalmente regioselettivi. La può essere considerata una particolare addizione aldolica dove lo ione enolato attacca il carbossilazionegruppo carbonilico della CO (non di un chetone o di un’aldeide).

Esempio in biochimica è la reazione della fruttoso-1,6-difosfato aldolasi che unisce il diidrossiacetonfosfato alla 3-fosfogriceraldeide formando un prodotto a 6 atomi di carbonio.

Inoltre oltre ad aldeidi e chetoni anche gli esteri e i tioesteri possono agire come partner nucleofili in reazioni aldoliche. Se il substrato nucleofilo è un molto spesso come intermedio troviamo un tioestereal posto di uno ione enolato.

enolo

REAZIONE RETRO-ALDOLICA

Nelle reazioni aldoliche le energie dei composti di partenze e dei prodotti finali sono molto vicine per cui queste possono anche essere reversibili: nelle reazioni inverse avviene la rottura di un legame carbonio-carbonio. Il gruppo β-idrossi viene deprotonato mentre esce un anione enolato.

(è stabilizzato quindi baserelativamente debole e buon gruppo uscente), l’anione enolato viene poi nuovamente protonato da unenzima acido (gli enzimi sono sempre le aldolasi).Unico limite è che dopo la scissione del legame gli elettroni devono poter essere delocalizzati permesomeria, se non hanno un atomo su cui andare la reazione retro-aldolica non può avvenire (ad esempioquindi se il carbonile si trova a tre atomi di distanza).ADDIZIONE ALDOLICA CON INTERMEDI ENAMMINICI LEGATI ALL’ENZIMAAlcune reazioni invece di passare attraverso un intermedio enolato utilizzano come intermedio chiave unaenammina.In un primo momento il subtrato viene legato all’enzima con formazione di uno la cui caricaione imminiopositiva svolge la stessa funzione del catione zinco presente per stabilizzare lo i