Sostituenti e gruppi funzionali, Biochimica

Reazioni chimiche e sostituzione nucleofila

Faremo una tavola sinottica dei sostituenti per sapere come chiamare le molecole. Per la biochimica e per il medico non serve saper fare le reazioni chimiche, però di fronte a una molecola è necessario saperla commentare. Proviamo a fare alcuni esercizi: prenderemo in uno due composti e vediamo che reazione può avvenire tra questi due composti, nel secondo cercheremo di dare un nome a un composto e vedremo da quali prodotti si può formare, partendo dai composti semplici che abbiamo visto fino ad adesso.

Reazione tra alcool benzilico e acido benzoico

Prendiamo l'alcool benzilico e l'acido benzoico: che composto si può ottenere da una reazione tra un acido e un alcool? Un estere. Commentiamo come avviene la formazione dell'estere. Questo è uno dei pochi meccanismi di reazione organica che è sempre presente, la sostituzione nucleofila: essa prevede l'attacco nucleofilo dell'ossigeno dell'alcool sul carbonio carbonilico che ha parziale carica positiva; questo procede con la formazione di un intermedio tetraedrico; si procede legame per legame, uno si forma, uno si rompe. L’attacco nucleofilo avviene con formazione di un legame sigma tra carbonio e gli ossigeni.

Negli esteri, il carbonio ha tendenza a riformare questo doppio legame e l'OH dell'alcol ha una tendenza ad uscire, per cui l'estere che si forma è semplice ponte etere. Di nuovo, carbonio carbonilico e una molecola d'acqua (questo è il famoso gruppo funzionale estere). Quindi questo è il segreto dell'attacco nucleofilo, è uguale per tutti, l'unica differenza è che se prendiamo un acido carbossilico, che ha un carbonio con più elevato stato di ossidazione, riotteniamo il gruppo carbonilico.

Reazione con chetone: benzofenone

Vediamo il caso in cui anziché avere un carbonio così ossidato, abbiamo un chetone (benzofenone). Il computo degli atomi di idrogeno: naturalmente uno scrive l'acido in forma dissociata (il protone non c'è) o se siamo in ambiente acido il protone è un protone "bound", perché c'è un'alta concentrazione di protoni.

Stessa logica si usa nelle reazioni tra alcoli, aldeidi e chetoni, reazioni importantissime in biochimica per i glucidi (si classificano in aldosi, con gruppo aldeidico terminale, e chetosi, con gruppo chetonico intermedio); però non si ritrovano mai in forma aldeidica o chetonica, si trovano sempre in forma ciclica, dalla famosa reazione di formazione di emiacetale intramolecolare.

Reazione di formazione di emiacetale

È una reazione che avviene facilmente, basta avere un alcol e un chetone e la reazione è la stessa che per gli esteri, un attacco nucleofilo di un ossigeno dell'alcol sul carbonio carbonilico, con il meccanismo chiamato di sostituzione nucleofila bimolecolare (o solamente sostituzione nucleofila). Qui si forma l'intermedio tetraedrico; però qui c’è un carbonio a più basso stato di ossidazione, immediatamente si rompe il doppio legame. Ha la possibilità di prendere l'idrogeno dell'alcol e la molecola si blocca immediatamente nella sua forma emiacetalica.

Quindi questa era la reazione tra alcol benzilico e benzofenone (il nome comune di questo composto). Nell'emiacetale è ancora più semplice, c'è un trasferimento di protoni dall'alcol all'ossigeno ex doppio legame e si forma il gruppo funzionale emiacetalico, formato da ponte etere più emifunzione alcolica.

Nucleofili e legami elettrostatici

La sostituzione nucleofila è una chimica che appartiene al carbonio carbonilico, non solo per gli esteri. 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 pH 7 in cond...