Struttura e funzione delle molecole organiche negli alimenti

TIPOLOGIE ESERCIZI

Struttura e funzione delle molecole organiche negli alimenti

1. SEPARAZIONE

   Guardo i gruppi funzionali e riconosco le loro caratteristiche.

   N.B. per capire i gruppi funzionali devo pensare ai legami. Ad esempio: CHO, devo pensare che C ha un doppio legame con O (carbonile) e legame singolo con H aldeide

   • →NHCOCH attaccato a un anello aromatico, devo pensare che è un carbonile e al C ho legato NH e legato a N
   • un CH ammide secondaria→3NHCH CH attaccato a un anello aromatico ammina secondaria
   • →2 3Imparare a riconoscere:
   • - N gruppo amminico = basico→
   • - N + CARBONILE (C=O) gruppo ammidico. Non è basico!→
   • - OH attaccato a un C (NO di un anello aromatico) gruppo alcolico polare e neutro→
   • - Condensazione di due alcoli etere→
   • - OH attaccato ad anello aromatico fenolo acido e apolare→
   • - CARBONILE con due C attaccati al carbonio chetone→
   • - CARBONILE con un C e un H attaccati al carbonio aldeide→

CARBONILE con un C e un OH attaccati al carbonio acido carbossilico acido e polare→ →- CARBONILE con un C e un O attaccati al carbonio estere apolare. Se ciclico = lattone→- zuccheri polari→- sale d’ammonio quaternario (n con 4 sostituenti) separo con soluzione neutra+ →- lipidi apolari→TRIGLICERIDI esteri del FOSFOLIPIDI esteri SFINGOLIPIDI E CERE miscele in cui TERPENOIDI E STEROIDIglicerolo (C H O con tre dell’acido fosfatidico con GLICOLIPIDI predominano acidi e metabolismo➔3 8 3)acidi grassi un alcol a basso peso Membrane e tessuti alcoli a lunga catena secondario nelle➔Riserva molecolare nervosi protezione piante➔ ➔C:16 palmiticoC:18 stearicoC18:1 oleico Membrane➔SEPARARE: per estrarre i composti sfrutto le differenze tra le molecole da separare. N.B:- Simile scioglie simile- Anelli aromatici aumentano l’apolarità- La temperatura di ebollizione aumenta con i gruppi -OH (a causa dei legami H), con la lunghezza della

catena (acausa dei > legami); diminuisce con le ramificazioni- La polarità diminuisce all’aumentare della lunghezza della catena- Il carbonile C=O è un gruppo polare, ma non è donatore di legami idrogeno quindi non da forti legami aidrogeno con la silice.

a) Individuo se ci sono composti solubili in acqua:

• SALI: degli acidi carbossilici COO(-)Na(+), di ammonio, O(-)Na(+), SO (-)Na(+)3
• ZUCCHERI

In questo caso sfrutto la diversa polarità dei composti: inserisco nell’imbuto separatore la soluzione contenentetutti i composti e aggiungo sia acqua (solvente polare) che solvente organico (apolare es. acetato di etile… seuso solvente clorurato sta sotto), agito-sfiato e attendo la formazione del sistema bifasico. Separo le due fasi equindi anche i composti.

Fase acquosa: estraggo il composto polare distillando.

b) Individuo se ci sono composti acidi/basici

• ACIDI: carbossilici, fenoli aggiungo una soluzione acquosa basica (NaOH) che forma un

sale→reagendo con l’acido- BASI: ammine aggiungo una soluzione acquosa acida (HCl), così si forma un sale d’ammonio→reagendo con la base. 2Il sale è polare, quindi solubile in acqua separo le due fasi.→Fase acquosa: aggiungo un acido (riprotono) o una base per riottenere il composto di partenza il composto se è→solido precipita, se è liquido fa delle bollicine in superficie. Dato che non so se il composto è solido (in questo casopotrei filtrare sottovuoto) aggiungo il solvente organico così creo il sistema bifasico, il composto va nella faseorganica che separo con l’imbuto separatore e faccio quanto segue.Fase organica: anidrifico utilizzando un essicante (es. solfato di sodio) per rimuovere l’acqua eventualmente disciolta(dato che prima ho creato un sistema bifasico con una soluzione acquosa) separo i composti filtrando ed→evaporando il solvente al rotavapor (distillazione).CROMATOGRAFIA:

è una tecnica di separazione di miscele di composti che si basa sulla differente affinità (polarità) delle molecole per la fase stazionaria (gel di silice: polare) e la fase mobile (eluente: apolare).

TLC su strato sottile: nella fase mobile si immerge l’estremità inferiore della lastrina (lastrina di vetro con depositata la fase stazionaria) sulla quale è stata posta una goccia del campione da analizzare; il solvente sale lungo la lastrina per capillarità trascinando con sé in maniera differente i componenti della miscela. Se il composto è colorato appaiono delle macchie sulla cartina, diversamente possono essere visualizzate solo sotto la luce UV. Il composto più apolare corre di più perché non ha gruppi che riescono a fare legami con il gel di silice; se entrambi gli altri composti hanno gruppi che fanno buone interazioni con la silice, non posso sapere bene quale dei due corre di più (posso fare

cromatografia su colonna.- COLONNA CROMATOGRAFICA: l'eluente viene inserito in una colonna impaccata di gel di silice, viene inserito il campione e poi l'eluente per sommergere completamente la fase stazionaria; si raccolgono le frazioni del campione, le molecole meno polari scenderanno per prime dal rubinetto. Cosa posso distinguere con IR? (vedi esercizio 5) Cosa posso distinguere con UV-vis? La spettrofotometria UV-visibile analizza i fenomeni di assorbimento delle radiazioni luminose della regione dello spettro elettromagnetico appartenenti al campo del visibile (400 – 700 nm) e dell'ultravioletto (200 – 400 nm). Radiazioni con queste lunghezze d'onda possono promuovere un salto degli elettroni verso orbitali ad energia più alta (salto HOMO-LUMO) solo se hanno energia pari alla differenza di energia tra il livello elettronico fondamentale e il livello elettronico eccitato della molecola. Questo metodo è utile per una prima

1) Caratterizzazione della struttura della molecola in quanto permette di riconoscere solo i legami multipli. Con UV riconosco che ho un composto aromatico, con VISIBILE riconosco sistemi di doppi legami coniugati.

2) OLI ESSENZIALI

La molecola X appartiene alla famiglia dei terpeni, principali costituenti alifatici (ovvero non aromatici, ma possono essere lineari, ramificati e ciclici!) degli oli essenziali estratti dalle piante.

I terpenoidi sono dei terpeni "modificati", per esempio possono contenere eteroatomi come l'ossigeno.

Riconosco che appartiene alla famiglia dei terpeni perché ha 10 atomi di carbonio, la sua via biosintetica è quella del mevalonato. La via biosintetica ha inizio con due molecole di Acetil-CoA che si uniscono a dare HMGCoA, che viene poi convertito in acido mevalonico; per decarbossilazione si ottiene IPP (isopentenil difosfato) e per azione dell'enzima isomerasi si ottiene DMAPP (dimetilallil difosfato) che è la forma

biologica dell'unità isoprenica (C_H). Per condensazioni testa-coda di unità isopreniche origina la famiglia dei terpeni (e degli steroidi): 5-8 monoterpeni (C_H) (quasi tutti otticamente attivi = enantiomeri), sesquiterpeni (C_H), diterpeni (C_H), triterpeni (C_H), tetraterpeni (C_H) etc. Eugenolo Anetolo Fencone Mentolo Limonene β-fellandrene Composto Composto Monoterpenearomatico Alcol di natura Monoterpene ciclico Monoterpene ciclicoaromatico idrossilato ossigenato (ETERE) terpenica (FENOLO = acido) (OH = solubilità)

ISOLARE: per ottenere l'olio essenziale partendo dal vegetale devo estrarlo usando la distillazione in corrente di vapore perché sono molecole molto piccole e volatili, non posso usare la distillazione semplice perché sono componenti termolabili.

SEPARARE:

1. Spiccate differenze acido/base proseguo come al punto B dell'esercizio 1 (lavaggio acido-base) →
2. Nessuna spiccata differenza

uso la colonna cromatografica (descrivo come si fa)→CARATTERIZZARE: una volta separati posso fare la spettroscopia NMR per identificare ciò che ho separato, ma per avere la certezza devo fare la cromatografia su strato sottile (TLC) e confrontare con la costante Rf (fattore di ritenzione= rapporto tra la distanza percorsa dal componente e la distanza percorsa dal fronte del solvente) di uno standard di riferimento. Colesterolo: Fa parte degli steroidi e deriva dalla ciclizzazione dello squalene C30 alanosterolo C30 e poi conversione in colesterolo C27. *Tutti gli steroidi derivano dallo squalene che a sua volta ha origine dalla via del mevalonato. Precursore degli ormoni steroidei, degli acidi biliari, della vitamina D. Componente delle membrane, grazie al gruppo polare OH è anfipatico (sia idrofilo, che idrofobo) e quindi in grado di formare legami H con le teste polari dei fosfolipidi; questo diminuisce la mobilità delle code, ma allo stesso tempo non.

permette l'impaccamento /cristallizzazione delle membrane (lo stesso ruolo è svolto dagli acidigrassi insaturi che abbassano il melting point). In generale in tutti gli steroidi (C18-C30) riconosco l'anello tetraciclico.

3) ADDITIVO (funzione, correlazione struttura chimica-attività) ANTIOSSIDANTE Sono aggiunti per evitare le ossidazioni delle molecole organiche negli alimenti. Le reazioni di ossidazione possono essere mediate da specie ossidanti (ossigeno, metalli, perossidi e sistemi ossidativi enzimatici) e da specie radicaliche.

- Imbrunimento enzimatico: frutta e verdura tagliata i composti fenolici (vacuolo) e le polifenolo ossidasi → (citoplasma) si incontrano e, in presenza di ossigeno, i polifenoli si ossidano e si ottengono i CHINONI 4 che sono non aromatici, ma scuri.

- N-nitrosazione delle ammine i nitriti (aggiunti come conservanti e per aumentare il colore rosso delle carni, o → formati dai nitrati, abbondanti nei vegetali, con la digestione)

i ossidazione, formando composti fenolici ossidati che possono contribuire all'aroma e al sapore rancido degli alimenti. Inoltre, l'ossidazione dei lipidi può portare alla formazione di radicali liberi, che possono danneggiare le cellule e contribuire allo sviluppo di malattie croniche come il cancro e le malattie cardiovascolari. L'aggiunta di antiossidanti può aiutare a prevenire l'ossidazione dei lipidi e quindi il rancidimento degli alimenti.