acido carbonio -perciò

Chimica organica
Chimica dei composti del carbonio.
Nelle molecole organiche oltre al carbonio
sono presenti pochi altri elementi: H, O, N, P,
S, alogeni.
Le molecole organiche presentano particolari
raggruppamenti di atomi, detto “ gruppo
funzionale”, responsabile della reattività della
molecola.
CH4 metano
Il carbonio forma 4 legami covalenti
con 4 atomi di idrogeno
H
•
•
•
•
C
H
H
H
H
H
H•• C ••H H C H
H
H
Il metano è una molecola tetraedrica apolare
C2H6
CH3CH3 etano
ciascun carbonio forma 4 legami covalenti
1 con un altro atomo di carbonio e
3 con 3 atomi di idrogeno
H
H C
H
H
C H
H
Idrocarburi
Sono le molecole organiche più semplici,
costituite da C ed H
Alcani e Cicloalcani
Alcheni
Alchini
Aromatici: Benzene e derivati
saturi
insaturi
ALCANO
ALCHENE
ALCHINO
CH 3
CH2
CH
CH 2
CH
C
CH 3
CH 3
CH3
propano
propene
propino
Alcani a catena lineare, Cn H2n+2
1
2
3
4
5
6
7
8
Metano
Etano
Propano
Butano
Pentano
Esano
Eptano
Ottano
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
C7H16
C8H18
CH4
CH3CH3
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
CH3(CH2)3CH3
CH3(CH2)4CH3
CH3(CH2)5CH3
CH3(CH2)6CH3
H
H H
H C H
H C
CH4
metano
H
C H
H H
CH3 CH3
etano
H H H
H C
C
C
H H H
H
CH3 CH2 CH3
propano
CH3-CH2 -CH2-CH2-CH3
1-metil-butano o n-pentano
CH3-CH-CH2-CH3
CH3
2-metil-butano o iso-pentano
Esempi di composti alifatici ciclici
CnH2n
CH2
H2C
CH2
ciclopropano
ciclopentano
Ad ogni vertice è sottinteso un
- CH2 -
ciclobutano
cicloesano
ALCHENI
PRESENTANO NELLA LORO STRUTTURA
ALMENO UN DOPPIO LEGAME
C=C
HANNO FORMULA GENERALE CnH2n
Etilene
CH2=CH2
Propilene CH2=CH-CH3
CH3-CH=CH-CH3
Butilene
CH2=CH-CH2-CH3
ALCHENI
Etene o Etilene C2H4
legame π
H
H
C
C
legame σ
H
H
Bisogna indicare la posizione del doppio legame nella
catena. Ricordando che il doppio legame non può
ruotare si deve definire l’isomeria utilizzando il
prefisso cis o trans.
Esistono alcheni ciclici. Nei cicloalcheni i doppi legami sono
cis
Cicloesene
ciclobutene
ciclopentene
BENZENE
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Il benzene può essere rappresentato anche
attraverso una delle forme limite di risonanza
La delocalizzazione dei sei
elettroni π è rappresentata da
questa struttura
Il benzene (C6H6) presenta legami ad elettroni delocalizzati
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Ognuno dei sei
atomi di carbonio
forma tre legami σ
e mette a
disposizione un
elettrone per
formare il legame π
I sei elettroni π sono
completamente
delocalizzati nell’intera
struttura carboniosa
ALCHINI
PRESENTANO UNO O PIU’ TRIPLI LEGAMI
H3C-CH2-C C-CH3
PENTINO
H3C-C
DIMETILACETILENE
C-CH3
CICLOOTTINO
GRUPPI FUNZIONALI DEL CARBONIO
GRUPPO
CLASSE DI COMPOSTI
CH3
METILE
OH
OSSIDRILE
ALCOLI
O
C
ALDEIDICO
H
C O
ALDEIDI
CARBONILE
CHETONICO
CHETONI
O
C
CARBOSSILICO
OH
ACIDI CARBOSSILICI
CH4
riduzione
ossidazione
CH3OH
H
H
C
H
OH
H
H
C
C
H
H
OH
metanolo
etanolo
alcol metilico
alcol etilico
H
H
H
3
C
H
2
C
H
1
C
H
OH
H
3
C
OH H
2
C
1
C
H H H
1-propanolo
H H H
2-propanolo
alcol n-propilico
alcol isopropilico
H
H
H
H
H
C
C
C
H
OH
H H H
alcol primario
OH H
C
C
C
H
H H H
alcol secondario
CH3
CH2
H 3C
H
C CH3
OH
alcol terziario
Per eliminazione di una molecola di acqua
da due gruppi alcolici si ottiene un etere
H
H
H3C C
OH
H
+
HO C
-H2O
H
H 3C C
dietiletere H
CH3
H
H
O C CH3
+ H2O
H
R
O
R
Gli alcoli primari si ossidano ad aldeidi
H
O
H C H
O
- H2
C
H
H C H
H C H
H
H
etanolo
etanale
Gli alcoli secondari si ossidano a chetoni
CH
3
H
C O H
CH
3
2-propanolo
- H2
H3C
C
H3C
propanone
O
GRUPPI CARBONILICI
O
R C
O
R C
H
aldeide
R
chetone
O
O
H3C C
H C
H
H
etanale
metanale
(aldeide acetica)
(aldeide formica)
O
H 3C C H 2 C
H
propanale
(aldeide propionica)
O
H3C C
CH3
propanone
(acetone)
L’atomo di ossigeno del gruppo carbonilico
attira su di sé gli elettroni del legame a causa
della sua maggiore elettronegatività.
Il carbonio del gruppo carbonilico è elettrofilo e può
reagire con un nucleofilo, cioè con una specie
chimica in grado di fornire un doppietto elettronico
R
H
C
R
O
R
H
H
δ+
δ-
C
O
C O
Reazione con alcoli: formazione di acetali
La reattività del carbonio carbonilico consente la
formazione di un legame con l’atomo di ossigeno di un
alcol per portare alla formazione degli emiacetali
H
H
R C OR1
+ HO-R1
R C
OH
O
L’emiacetale reagisce con una seconda molecola
di alcol per formare un acetale
H
R C OR1+ HO-R2
OH
H
R C OR1
OR2
H2O
Sia il gruppo funzionale carbonilico che quelli
alcolici sono presenti negli zuccheri
2
H
O
H
1
H 1 O
C
O
C
2
OH
H
3
CH2OH
D-gliceraldeide
HO
2
H
3 CH2OH
L-gliceraldeide
H
H
HO
C
O
OH
H
CH2OH
C O
HO
H
H
OH
H
H
OH
H
CH2OH
OH
OH
CH2OH
D-glucosio
D-fruttosio
aldosoesoso
chetosoesoso
Gli acidi carbossilici sono prodotti
di ossidazione delle aldeidi
O
R C
H
ox
O
R C
OH
gruppo funzionale carbossilico
R
R
COOH
O
C
OH
Gli acidi carbossilici cedono un protone all’acqua
trasformandosi nel rispettivo anione
O
R
C
O
CH3OH
alcol
riduzione
ossidazione
O
H
C
aldeide
H
ossidazione
riduzione
O
H
CO2
ox
C
acido
OH
Gli acidi grassi sono formati da una
lunga catena alifatica e da un gruppo
carbossilico (acidi carbossilici)
O
CH3-(CH2)n-C
OH
ac. palmitico, 16 atomi di carbonio
ac. stearico, 18 atomi di carbonio
Gli acidi grassi possono essere:
saturi se non presentano doppi legami
insaturi se presentano uno o più doppi legami
Acido palmitico
16:0
Acido stearico
18:0
Acido oleico
18:1 (ω
ω-9)
Acido linoleico
18:2 (ω
ω-6)
Acido linolenico
18:3 (ω
ω-3)
Acido arachidonico 20:4 (ω
ω-6)
La presenza di un punto d’insaturazione nella
catena determina la diminuzione del punto di
fusione.
Gli esteri si ottengono per reazione fra un acido
carbossilico ed un alcol.
O
HC C
O
H O CH3
3
OH
acido acetico
+ H2O
HC C
3
O
alcol metilico
CH3
acetato di metile
esteri
O
R
C
O
R1
I glicerolipidi sono esteri del glicerolo
con acidi grassi (acidi carbossilici
saturi o insaturi, 1414-24 atomi di carbonio)
O
O
R CO
CH2O C R
C
H
trigliceride
CH2O C R
O
Per reazione fra due acidi carbossilici si ottengono
anidridi, il legame si dice anidridico. E’ un legame
ad alta energia di idrolisi
O
O
O
R1 C
C R2
H2O
R1
C ~ O ~C
OH H O
acido
carbossilico
acido
carbossilico
O
anidride
R2
Le anidridi si dicono miste quando si instaurano
tra un acido carbossilico ed un acido inorganico
OH
R C OH +H O P
O
O
H2O
OH
acido
carbossilico
acido ortofosforico
OH
R C ~ O ~P O
OH
O
anidride mista
H
H3C C
O
O
C
H
CH3
alcol+acido= estere
Legame estereo
H
R1 C O R2
OH
O
O
R1 C~O ~ C R2
alcol + aldeide = emiacetale
Legame emiacetalico
Acido+acido = anidride
Legame anidridico
gruppo funzionale amminico
H
R N
CH3 NH2
metanammina
H
CH3 CH2 NH2
etanammina
Le ammine, come l’ammoniaca, hanno carattere
basico ed in soluzione acquosa accettano un
protone dall’acqua.
R NH2 + H2O
R
+
NH3
+
OH
Il gruppo funzionale amminico è presente negli
amminoacidi.
COOH3N+
C
R
α
H
Allo stato cristallino gli
amminoacidi si trovano
nella forma zwitterionica
(ioni dipolari)