Sostituenti e gruppi funzionali, Biochimica

Dall'altra parte però ci deve essere il nucleofilo, in questo caso l’OH. Un nucleofilo è una sostanza che

possiede un doppietto di elettroni delocalizzato e che può facilmente formare un attacco sul carbonio

carbonilico. Il legame sarà di natura elettrostatica, doppietto elettronico che ha parziale carica

negativa che attacca un carbonio che ha parziale carica positiva. Sostituendo l'OH con un gruppo

amminico, a ph7 in condizioni fisiologiche, è molto più difficile che la reazione avvenga ma perché il

gruppo amminico è protonato a ph 7, quindi in acqua non avviene; se si pone in acqua acido benzoico

e acetofenone dopo venti minuti si ritrova una buona concentrazione di emiacetale, una reazione che

avviene anche spontaneamente. Per gli zuccheri che troviamo tutti in forma ciclica almeno quelli a

cinque o sei atomi di carbonio non c'è un enzima che ciclizza, avviene spontaneamente.

Vediamo l'esempio di uno zucchero. [Si scrive così in genere, senza gli H]. E' un pentoso degli aldosi.

Quando si trova uno zucchero in forma lineare, subito bisogna pensare a quale macrociclo si associa

come sequenza di stabilità. Il macrociclo a 6 termini è quello termodinamicamente favorito, quello a 5

o a 7 un po' di meno, quello a 4 in biologia è raro ma non si trova negli zuccheri. Se è l'ossigeno 5

otteniamo un macrociclo a 6 atomi di carbonio e quando lo trascriviamo sarà un ponte etere con una

funzione OH al di fuori dell'anello. 5 atomi di carbonio, scrivere la formula, che ha piena rotazione

intorno a tutti i legami, sono tutti permessi, si riarrangia in maniera da predisporre il sistema per

l'attacco nucleofilo, la ciclizzazione avviene in questo modo:, si forma l'attacco nucleofilo, formazione

del legame sigma ed ecco l'emiacetale. Concentrarsi sui gruppi reattivi, farli distaccare e con calma

ricomporre gli altri sostituenti della molecola. Le reazioni di ciclizzazione avvengono in questo modo.

Quando si chiude il ponte etere, nell'intermedio l'idrogeno si trasferisce sull'ossigeno rimasto

monovalente nell'emiacetale (quando si rompe il legame sigma, in esso ci sono due elettroni C=O con

un legame sigma e un pi greco, nel legame sigma ci sono due elettroni, nel legame pigreco altri due

elettroni, quando si rompe il doppio legame, i due elettroni del legame pigreco vanno sull'atomo piu

elettronegativo, quindi andranno sull'ossigeno, ma l'ossigeno ha già due doppietti, che costituiranno

una carica negativa netta). Quindi quando si rompe uno dei due legami, in particolare il legame

pigreco, i due elettroni vanno sull'ossigeno, lasciando una carica negativa, ione O- però a ph7 in

soluzione acquosa si protona, in questo caso si lega il protone libero dell'ex gruppo alcolico.

Sulla scatola di un medicinale si trova il nome di un composto. Si analizza la molecola: ha un gruppo

carbonilico con un ponte etere accanto, si identifica subito un estere. Si può risalire a quale alcol e

quale acido ha dato origine all'estere: l'acido carbossilico è quello a destra del ponte etere, l'alcol è

quello alla sinistra. Diamo un nome all'estere, all'etere e all'alcol (il nome dell'estere viene dal nome

dell'acido e dal nome dell'alcol): l'alcol è il 2-propanolo, alcol secondario, l'acido carbossilico, ha

quattro atomo di carbonio ma ha un metile in 2, quindi 2-metil-butanolo, o alfa-metil-butanolo, quindi

l'estere sarà il 2-metil-2-propil-butanoato, si usa il nome dello ione dell'acido carbossilico

corrispondente, si può chiamare anche 2-metil butanoato di 2-propile, basta utilizzare il nome dell'alcol

in intero e il nome dello ione che deriva dalla ionizzazione dell'acido carbossilico

Il prossimo composto è un precursore degli antinfiammatori, come l'ibuprofene, è un estere e deriva

da un acido, l'acido acetico, quindi questo sarà un acetato di (benzene, a 2 il naftalene, a 3

l'antracene, lineare, gli aceni sono lineari, gli antreni sono i fusi, l' antracene, ma anche il fenantrene,

dall'antracene in su importanti in tossicologia, i derivati dell'antracene sono noti cancerogeni) e si

chiamerà naftil-alcol o 1-naftalenolo, quindi l'estere è il naftil-acetato.

Questo esempio ci porta a considerare nomenclature semplificate di composti alle quali attorno ad un

ciclo centrale si pongono dei sostiutenti. Quando si indicano i sostituenti, ci sono regole ben precise.

Sostituenti monocarboniosi saranno il metil, metilen, CH da solo sarà metin, un sostituente

monocarbonioso agganciato ad una molecola, formil (perchè deriva dall'aldeide formica, la

benzaldeide, o aldeide benzoica, si chiama anche formil benzene) e poi un altro sostituente che si

chiama carbossil, quando si agganciano dei sostituenti ad un composto complesso; un'ammide,

ammil, nella 3 ammidopiridina (NAD); idrossi metil, quando si trova CH2OH agganciato ad una grossa

molecola. A due atomi di carbonio abbiamo etil-, tutti i sostituenti alchilici prendono il nome dall'alcano

corrispondente (metil, etil, propil, pentil, cicloesil, un cicloesano agganciato). Sostituente bicarbonioso

con doppio legame, si chiamano vinil-, il vinile è un polimero che contiene sostituenti di questo tipo,

sostituente con 2 carboni con doppio legame.

Qual è lo benzil-derivato più usato in farmacopea? E' la benzilpenicillina, lo zimox. Benzile o benzoil- il

sostituente è formil-, un carbossil, il sostituente che chiamiamo ammide nella iupac è riportato [k-oil?],

poi i sostituenti prendono diversi nomi, tra questi l'azido nella sintesi dell'AZT, comune a molti farmaci

perché è molto stabile; tutti i composti nitrati, nell'ambito tossicologico i nitrati sono numerosissimi. Altri

nomi, un sulfoderivato, derivato dall'acido solforico; c'è poi il gruppo metossi, il metanolo con

l'ossigeno agganciato ad un carbonio come sostituente è un metossi.

Il composto cicloesano ha una struttura a barca e a sedia, la struttura a sedia è quella piu stabile.

Sostituiamo un carbonio etilenico e un idrogeno per ottenere l'emiacetale: prendiamo l'ossigeno,

sostituiamo un idrogeno e otteniamo cicloesano con OH, un cicloesanolo. La forma piranosica

prevede la presenza di una funzione emiacetalica, quindi dal cicloesanolo si passa ad una forma

emiacetalica di un composto a sei atomi di carbonio, con forma piranosica (furanosica o piranosica si

può dire delle molecole a prescindere se sono o non sono zuccheri, tipicamente gli zuccheri

assumono la forma furanosica o piranosica a sei atomi, ciclo a sei, in cui c'è sempre un ossigeno a

ponte nell'anello. Per ciclizzare un ciclopiranosico a sei termini servono cinque termini, non sei, perché

uno è sempre l'ossigeno, le forme piranosiche degli zuccheri sono tutte forme emiacetaliche; gli

zuccheri a sei termini ciclizzano con 5 atomi di carbonio e un atomo rimane fuori dal ciclo. Si può

passare dall'emiacetale all'estere ciclico, un lattone, le forme lattoniche a sei termini sono esteri ciclici.

L'estere ciclico in teoria potrebbe essere ottenuto dall'ossidazione dell'emiacetale, in pratica non

avviene quasi mai, dipende dallo stato di ossidazione del carbonio: se il carbonio è in uno stato di

ossidazione elevato come negli acidi carbossilici si forma l'estere, se invece è in uno stato di

ossidazione più basso, aldeide o chetone, si forma l'emiacetale, una volta formato l'emiacetale non è

frequente l'ossidazione dell'emiacetale, serve un enzima. Una forma lattonica, con legame estere

completamente piano, non presenta la forma a sedia, mentre invece la forma ridotta conserve una

partenza di conformazione a sedia, quella ossidata la perde completamente.

Proviamo a costruire qualche molecola più complessa, la riboflavina. Partiamo dal

composto 4-dimetil-anilina, dopodiché una pirimidina. Riboflavina a partire dal

derivato dell'uracile, 5-amino-uracile. Eseguiamo una reazione di condensazione

(che in natura non esiste) ed ecco che otteniamo la riboflavina (ossidata/ridotta),

quando si ossida utilizza due elettroni e due protoni, presenta un doppio legame in

più. Quindi in generale, più una molecola ha doppi legami più è ossidata, meno

doppi legami ha più una molecola è ridotta. Un idrocarburo alifatico saturo è completamente ridotto,

un idrocarburo che contiene doppi legami o insaturazioni è un idrocarburo ossidato, anche se non c'è

l'ossigeno, si riferisce al fatto che ha perso elettroni.

Adesso proviamo a comporre un di o un tripeptide. Il legame peptidico è un ammide e avviene tra

azoto e carbonio. L'N-terminale sarà il gruppo amminico libero, il C-terminale è il carbossilico libero.

Le catene laterali di questo dipeptide saranno un imidazolo, quindi l'istidina, qui un CH2OH, un

idrossimetil-alfa-amminoacido, che è la serina. E' possibile avere una forma neutra del dipeptide? Se

abbiamo l'NH2 deprotonato vuol dire che siamo sopra a pH 10, quindi il gruppo carbossilico sarà

COO-; l'istidina invece ha pK intorno a 6, quindi a pH 10 sarà in forma neutra (significa che sotto pH 6

l'istidina si prende un altro protone, sopra pH 6 è nella forma neutra, ATTENZIONE, sotto ph6 tutti e

due gli azoti posseggono uno ione e l'istidina è in forma di ione positivo, un L+; sopra pH 6 il protone

se ne va, mentre il protone del gruppo imidazolico non ionizza perché è covalente, o meglio, esiste lo

ione imidazolato, però esiste a ph 16 (non misurabile nell'acqua, in alcol con HCl 1M), l'istidina si

protona sull'azoto che ha un doppietto elettronico libero, diventa ione imidazolo. L'OH della serina a

pH 10 (negli alcoli) rimane tale e quale, non si dissocia. L'unico alfa amminoacido che si dissocia è la

cisteina, a pH 10 il tiolo rilascia un protone, diventa ione tiolato, s- e abbiamo un'ulteriore ionizzazione.

Questa reazione avviene in natura, gli N-terminali possono essere metilati o acetilati, come il dna può

essere metilato, ci sono modificazioni post traduzionali delle proteine che portano a delle modificazioni

del gruppo N-terminale, che può essere metilato, o addirittura formilato, esclusivamente negli N-

terminali.

Un altro composto ad esempio: è un'ammide, C=O ed NH. Il nome è N-etil-propanammide. Si conta la

catena idrocarburica più lunga (3 atomi di carbonio, acido propanoico più etil ammina), si forma

un'ammide e sarà l'etil-ammide dell'acido propanoico. Però perché N-etil? Si specifica che l'etil è

attaccato all'azoto. In un'ammina terziaria ad esempio avremo n-etil-n-metil-propanammide. Quindi

analizzando un composto si ved