Capitolo_23

Copyright © 2008 Zanichelli editore
CAPITOLO
23
23.1 La chimica organica studia i composti del
carbonio
23.2 La nomenclatura dei composti organici segue la
IUPAC
23.3 Gli idrocarburi sono costituiti esclusivamente da
atomi di carbonio e idrogeno
23.4 Gli alcoli sono derivati organici dell'acqua
23.5 Le ammine sono derivati organici dell'ammoniaca
23.6 Aldeidi e chetoni contengono il gruppo carbonile
23.7 Anche gli acidi carbossilici e i loro derivati
contengono il gruppo carbonile
23 • CHIMICA ORGANICA
23.1 La chimica organica studia i composti del
carbonio
La chimica organica è lo studio della preparazione, delle
proprietà, del riconoscimento e delle reazioni dei composti del
carbonio non classificati come inorganici.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Sono inorganici gli ossidi del carbonio, bicarbonati e carbonati
degli ioni metallici, cianuri metallici e pochi altri composti.
Gli atomi di carbonio hanno la capacità unica di formare fra
loro robusti legami covalenti e, allo stesso tempo, di legarsi
saldamente ad altri non-metalli.
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
Gli isomeri sono composti che hanno la stessa formula
molecolare, ma diversa formula di struttura.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Due isomeri contengono gli stessi atomi, in ugual numero ma
legati gli uni agli altri in modo differente: hanno quindi
proprietà chimico e fisiche differenti.
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Il numero dei possibili isomeri aumenta con l'aumentare del
numero di atomi di carbonio presenti nella molecola.
Il carbonio può distribuire i suoi elettroni negli orbitali del
livello di valenza in tre modi differenti formando così legami
doppi e tripli.
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
I composti organici possono essere classificati in famiglie in
base alla presenza di gruppi funzionali.
Un gruppo funzionale è una piccola unità strutturale presente
nella molecola, che partecipa alla maggior parte delle reazioni
della molecola stessa.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Per rappresentare le molecole organiche utilizziamo le formule
“condensate” in cui:
• i legami C-H sono generalmente "sottintesi"
• un atomo di C legato a due atomi di H si indica con CH2,
a tre atomi di H con CH3
• non vengono mostrate le coppie solitarie di e-
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Alcune importanti famiglie di composti organici
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
I legami singoli C-C e C-H (elettronegatività simile) sono
poco sensibili all’attacco di reagenti polari o ionici.
Il legame C-O (differenza di elettronegatività significativa),
rappresenta un sito polare e reagisce con sostanze ioniche e
polari.
Nel doppio legame fra C e O la distribuzione non omogenea
delle cariche è ancora più netta per la presenza di elettroni π:
Copyright © 2008 Zanichelli editore
• Il carbonio assume una parziale carica positiva (δ+)
• L’ossigeno assume una parziale carica negativa (δ-)
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
Le sostanze nucleofile, dotate cioè di
elettroni in eccesso come gli anioni, le
basi di Lewis ed i riducenti, attaccano
il C.
Le sostanze elettrofile, povere di
elettroni come lo ione H+ e in generale
cationi, acidi di Lewis e ossidanti sono
attratte dall’O.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
La nuvola elettronica del legame π del
doppio legame C=C si polarizza in
vicinanza di una specie elettrofila.
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
Il simbolo R viene utilizzato nelle formule di struttura per
rappresentare una sequenza di atomi di carbonio simile a
quella degli alcani, per esempio:
R-NH2 dove R può essere CH3, CH3CH2, CH3CH2CH2
Nella maggior pare delle reazioni organiche le trasformazioni
chimiche coinvolgono solo il gruppo funzionale mentre il resto
della molecola rimane inalterato.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Molecole con lo stesso gruppo funzionale mostrano reazioni
simili.
Lo studio della chimica organica riguarda le proprietà comuni
dei gruppi funzionali, il modo con cui questi si trasformano
l'uno nell'altro e come influenzano le proprietà fisiche dei
composti.
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
Gli atomi di carbonio si possono
disporre in una sequenza continua
(catena lineare) o possono
presentare delle “ramificazioni”
(catena ramificata)
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Si incontrano spesso anche strutture
carboniose cicliche (o ad anello).
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
Le strutture cicliche sono spesso rappresentate con
poligoni. A ogni vertice è presente un atomo di carbonio:
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Molti composti possiedono anelli eterociclici.
Gli atomi diversi dal carbonio sono detti eteroatomi e vengono
sempre rappresentati in modo esplicito nella formula di
struttura:
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
Le molecole dei cicloalcani non sono perfettamente planari
ma assumono disposizioni ripiegate.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Gli anelli a sei termini, molto frequenti nei composti naturali
sono i più stabili.
Struttura del cicloesano. La conformazione a sedia
presenta sei atomi di idrogeno in posizione equatoriale e sei
atomi di idrogeno (in rosso) in posizione assiale.
23 • LA CHIMICA ORGANICA STUDIA I COMPOSTI DEL CARBONIO
I gruppi funzionali e le dimensioni della molecola, indicano se
un composto è solubile in acqua.
Gli idrocarburi sono solo lievemente polari e risultano
insolubili in acqua.
Gli idrocarburi comprendono alcani, alcheni, alchini e
idrocarburi aromatici.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Le molecole che presentano gruppi funzionali polari tendono a
essere solubili in acqua.
A questo gruppo appartengono alcoli, acidi carbossilici,
ammine e ammidi.
Molecole di grandi dimensioni, anche in presenza di gruppi
funzionali polari, tendono a essere insolubili.
23 • CHIMICA ORGANICA
23.2 La nomenclatura dei composti organici
segue la IUPAC
Regole IUPAC per assegnare il nome agli alcani
Copyright © 2008 Zanichelli editore
1. Il suffisso per tutti gli alcani (e cicloalcani) è -ano.
2. La catena di origine è la più lunga catena continua di atomi
di carbonio nella molecola.
3. Il suffisso -ano è preceduto da una radice che indica il
numero di atomi di carbonio presenti nella catena di origine.
Le seguenti radici rappresentano le catene fino a dieci atomi di
carbonio:
23 • LA NOMENCLATURA DEI COMPOSTI ORGANICI SEGUE LA IUPAC
4. Gli atomi di carbonio della catena di origine sono numerati
a partire dall'estremità della catena più vicina alla
ramificazione.
5. A ciascuna ramificazione deve essere assegnato il nome
corretto. Una ramificazione costituita solo da atomi di carbonio
e idrogeno uniti con legami singoli prende il nome di gruppo
alchilico, il cui nome termina con il suffisso:
metile 
Copyright © 2008 Zanichelli editore
propile 
CH3 
CH3CH2CH2 
etile 
isopropile 
CH3CH2 
CH3 C HCH 3
|
6. Il nome di ciascun gruppo alchilico è usato come prefisso
del nome dell'alcano di origine ed è preceduto da un numero,
seguito da un trattino, che indica la sua posizione nella
catena.
23 • LA NOMENCLATURA DEI COMPOSTI ORGANICI SEGUE LA IUPAC
Copyright © 2008 Zanichelli editore
7. Quando alla catena di origine sono legati due o più gruppi,
ciascuno di essi deve essere denominato e posizionato con un
numero. I nomi dei sostituenti alchilici sono elencati in ordine
alfabetico, usando sempre dei trattini per separare i numeri
dalle parole.
8. Se due o più sostituenti sono identici, si usano i prefissi di(per 2), tri- (per 3), tetra- (per 4) e così via. La posizione di
ciascun gruppo deve essere sempre specificata nel nome
finale, usando delle virgole per separare fra loro i numeri.
9. Quando allo stesso atomo di carbonio sono legati gruppi
identici, il numero che indica la posizione deve essere
ripetuto.
23 • LA NOMENCLATURA DEI COMPOSTI ORGANICI SEGUE LA IUPAC
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Esempi:
23 • CHIMICA ORGANICA
23.3 Gli idrocarburi sono costituiti
esclusivamente da atomi di carbonio e
idrogeno
Gli idrocarburi comprendono alcani, alcheni, alchini e gli
idrocarburi aromatici.
Gli alcani sono composti saturi, in cui sono presenti solo
legami singoli.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Tutti gli alcani a catena aperta hanno formula generale CnH2n+2,
dove n indica il numero di atomi di carbonio.
Il loro punto di ebollizione aumenta progressivamente con
l'aumentare della massa molecolare, perché le forze di London
diventano sempre più intense. Sono in genere meno densi
dell'acqua e sono stabili a temperatura ambiente.
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Alcani a catena lineare
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
Non reagiscono con gli acidi, con le basi forti, né con i metalli
più reattivi.
Bruciano all'aria e danno diossido di carbonio e acqua.
In presenza di luce o a temperature elevate reagiscono con il
cloro e il bromo con formazione di alogenuri alchilici R-X.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Il meccanismo di reazione prevede una fase iniziale che
consiste nella rottura omolitica del legame Cl-Cl:
I radicali del cloro con un meccanismo di sostituzione
radicalica danno inizio ad una serie di reazioni a catena
(stadio di propagazione) che portano alla formazione del
prodotto e di altri radicali liberi.
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
Gli alcheni sono idrocarburi che contengono uno o più doppi
legami carbonio-carbonio.
Gli alchini presentano invece un triplo legame.
Gli alcheni a catena aperta hanno formula generale, CnH2n; gli
alchini a catena aperta hanno formula generale CnH2n-2
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Sono insolubili in acqua e sono facilmente infiammabili.
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
Sono denominati in base alle regole IUPAC:
Copyright © 2008 Zanichelli editore
• il suffisso è –ene per gli alcheni e –ino per gli alchini
• la catena di origine deve comprendere il legame insaturo
anche se questa non è la catena più lunga
• la catena di origine deve essere numerata a partire
dall’estremità più vicina al legame insaturo
• la posizione del doppio (triplo) legame è definita da un
solo numero che corrisponde al primo atomo di carbonio
impegnato nella formazione del doppio (triplo) legame
• gli alcheni che presentano due doppi legami sono detti
dieni, quelli che ne presentano tre sono detti trieni
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Esempi:
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Rappresentazione degli orbitali dell’1,3-butadiene: il legame
C2-C3 presenta un parziale carattere di doppio legame.
Questa molecola presenta un’elevata stabilità dovuta alla
delocalizzazione degli e- coinvolti nel legame π.
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
Intorno a un doppio legame C-C i gruppi non possono ruotare
e per questo gli alcheni mostrano isomeria geometrica.
Gli isomeri geometrici presentano stessa formula molecolare,
stesso scheletro e stessa disposizione degli atomi e dei
legami, ma differiscono per la direzione in cui si dispongono i
gruppi legati al doppio legame.
Gli isomeri geometrici hanno diverse proprietà fisiche e
proprietà chimiche simili.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Esistono isomeri geometrici anche per i composti ciclici.
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
Gli alcheni danno reazioni di addizione elettrofila: diverse
porzioni di uno stesso reagente si legano agli atomi di
carbonio del doppio legame.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Nel primo passaggio avviene la rottura eterolitica del legame
π da parte di una specie elettrofila. Esempio:
La coppia di elettroni del legame π si sposta e lega lo ione H+.
Il risultato è un catione molto instabile chiamato carbocatione,
in cui esiste una carica positiva sul carbonio. Questo attrae
rapidamente lo ione Cl- per dare il prodotto finale, il
cloroetano.
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
I doppi legami degli alcheni addizionano anche:
• bromuro di idrogeno, ioduro di idrogeno e acido solforico
• acqua in presenza di un catalizzatore acido
• cloro e bromo anche a temperatura ambiente
• idrogeno, in presenza di un catalizzatore come platino
finemente suddiviso
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Il doppio legame è sensibile all’attacco degli ossidanti forti
come, per esempio, l’ozono.
In presenza di un iniziatore, le molecole degli alcheni
possono dare reazioni di addizione radicalica con
formazione di polimeri.
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
I composti aromatici più comuni contengono un anello
benzenico.
L’anello del benzene può essere rappresentato come:
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Nel benzene la delocalizzazione degli elettroni π conferisce
all’anello un’elevata stabilità.
Il benzene subisce reazioni di sostituzione elettrofila in
cui uno degli atomi di idrogeno dell’anello viene sostituito da
un altro atomo o gruppo.
La sostituzione, a differenza dell’addizione, lascia intatta la
rete elettronica delocalizzata dell’anello benzenico.
23 • GLI IDROCARBURI SONO COSTITUITI ESCLUSIVAMENTE DA ATOMI DI
CARBONIO E IDROGENO
In presenza di un opportuno catalizzatore, il benzene
reagisce per sostituzione con cloro, bromo, acido nitrico e
acido solforico:
C6H6 + Cl2 → C6H5-Cl + HCl
C6H6 + Br2 → C6H5-Br + HBr
C6H6 + HNO3 → C6H5-NO2 + H2O
C6H6 + H2SO4
→
C6H5-SO3H + H2O
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Il meccanismo di reazione prevede l’attacco di un elettrofilo
(E+) sull’anello del benzene, con formazione di un
carbocatione intermedio che non possiede più la struttura
aromatica.
23 • CHIMICA ORGANICA
23.4 Gli alcoli sono derivati organici
dell'acqua
Gli alcoli sono composti con formula generale R-OH.
I fenoli presentano lo stesso gruppo funzionale, il gruppo
ossidrile –OH, legato direttamente ad un anello aromatico.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
I composti in cui sono presenti due gruppi alcolici adiacenti
vengono chiamati glicoli.
Le regole IUPAC indicano che per gli alcoli:
• si aggiunge il suffisso -olo al nome dell’alcano di origine
• la catena di origine deve comprendere il gruppo OH
• la numerazione della catena deve iniziare dall’estremità
più vicina al gruppo OH
23 • GLI ALCOLI SONO DERIVATI ORGANICI DELL'ACQUA
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Esempi:
23 • GLI ALCOLI SONO DERIVATI ORGANICI DELL'ACQUA
Le molecole degli alcoli sono associate fra loro tramite legami
a idrogeno quindi:
• i loro punti di ebollizione sono elevati rispetto agli
idrocarburi con massa simile
• gli alcoli con basso numero di atomi di C sono solubili in
H2O
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Come l’acqua, gli alcoli possono comportarsi da basi
estremamente deboli legando un protone.
Gli alcoli sono acidi molto deboli che in acqua non mostrano
alcun comportamento acido mentre i fenoli sono acidi più forti
dell’acqua perché gli ioni fenato, sono stabilizzati dalla
risonanza.
23 • GLI ALCOLI SONO DERIVATI ORGANICI DELL'ACQUA
Gli alcoli subiscono un’ossidazione quando il carbonio
alcolico lega almeno un atomo di idrogeno.
L’ossidazione di un alcol del tipo RCH2OH, detto alcol primario,
produce un'aldeide che può essere ulteriormente ossidata a
acido carbossilico.
L'ossidazione di un alcol secondario del tipo R2CHOH, produce
un chetone.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Gli alcoli del tipo R3COH, detti alcoli terziari, non possono
essere ossidati.
O
Ulteriore
os s idazione
||
os s idazione
O
||
RCH 2OH  R C H  R C OH
alcool
aldeide
acido carbossili co
O
os s idazione
||
CH3CH2OH  CH3 C H
alcool
chetone
23 • GLI ALCOLI SONO DERIVATI ORGANICI DELL'ACQUA
In presenza di un acido forte un alcol può perdere una
molecola d'acqua con formazione di un doppio legame
carbonio-carbonio (reazione di eliminazione):
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Nel primo passaggio l’atomo O del gruppo OH adopera la
coppia di elettroni non condivisa per strappare un atomo H dal
catalizzatore.
23 • GLI ALCOLI SONO DERIVATI ORGANICI DELL'ACQUA
Nel secondo passaggio si libera una molecola di acqua con
formazione di un carbocatione:
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Il carbocatione tende infine a stabilizzarsi cedendo un
protone:
23 • GLI ALCOLI SONO DERIVATI ORGANICI DELL'ACQUA
In presenza di un acido alogenidrico concentrato a caldo, il
gruppo OH di un alcol può essere sostituito dall'atomo di
alogeno (reazione di sostituzione nucleofila):
CH3CH2OH + HI (conc.)
→
CH3CH2I + H2O
Un nucleofilo attacca il substrato e prende il posto dell’atomo
o del gruppo di atomi, chiamato gruppo uscente.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
La velocità e il meccanismo di reazione dipendono dall’alcol di
partenza.
23 • GLI ALCOLI SONO DERIVATI ORGANICI DELL'ACQUA
Gli eteri si possono considerare derivati dell’acqua dove
entrambi gli atomi di idrogeno vengono sostituiti da due atomi
di carbonio.
La formula generale è R – O – R ‘ dove R e R’ possono essere
due gruppi alchilici, uguali o diversi tra loro:
CH3OCH3
etere
CH3OCH2CH3
etilmetiletere
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Le molecole di etere non possono formare fra loro legami a
idrogeno.
Gli eteri più semplici hanno punti di ebollizione molto bassi e
sono poco reattivi.
Sono solventi utilizzati per moltissime reazioni organiche e per
estrarre composti organici dalle loro fonti naturali.
23 • CHIMICA ORGANICA
23.5 Le ammine sono derivati organici
dell'ammoniaca
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Le ammine sono derivati organici dell'ammoniaca in cui uno,
due o tre gruppi idrocarburici sostituiscono un ugual numero di
atomi di idrogeno.
23 • LE AMMINE SONO DERIVATI ORGANICI DELL'AMMONIACA
Le ammine vengono classificate in primarie, secondarie e
terziarie in base al numero dei sostituenti, diversi dall’H,
legati all’N.
Hanno punti di ebollizione inferiori rispetto agli alcoli di massa
simile.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Sono solubili in acqua grazie alla possibilità di formare legami
a idrogeno.
23 • LE AMMINE SONO DERIVATI ORGANICI DELL'AMMONIACA
Sono basi di Brønsted e quindi le loro soluzioni acquose hanno
valori di pH superiori a 7.
In presenza di donatori di protoni più forti dell'acqua
accettano uno ione H+
CH3CH2NH 2 (aq)  H  (aq)  CH3CH2NH 3 (aq)
In questo modo le ammine insolubili diventano solubili.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Le ammine protonate hanno un comportamento acido e
possono neutralizzare una base.
CH3CH2NH 3 (aq)  OH  (aq)  CH3CH2NH 2 (aq)  H2O
Le reazioni più importanti sono quelle con gli acidi carbossilici.
23 • CHIMICA ORGANICA
23.6 Aldeidi e chetoni contengono il gruppo
carbonile
Il gruppo carbonile, è presente in molti tipi diversi di
molecole.
Nelle aldeidi, il gruppo carbonile lega un atomo H e un gruppo
idrocarburico (o un secondo atomo H).
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Nei chetoni, C=O lega due gruppi idrocarburici.
Negli acidi carbossilici il carbonio del carbonile lega un gruppo
OH:
O
O
O
O
O
O
||
||
||
 C
 C H
C  C C
gruppo
gruppo
gruppo
carbonile
aldeidico
chetonico
||
||
HC H
R C R'
aldeide
||
R C R'
chetone
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Il gruppo aldeidico viene spesso condensato nella forma CHO.
Il gruppo chetonico è invece indicato come CO.
Il gruppo carbonile è polare e rende i composti carbonilici
maggiormente solubili in acqua rispetto agli idrocarburi.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Le molecole delle aldeidi, e così anche quelle dei chetoni, non
formano fra loro legami a idrogeno, bollono perciò a
temperature più basse rispetto agli alcoli corrispondenti ma
più alte rispetto agli idrocarburi di ugual massa.
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Il suffisso IUPAC per le aldeidi è -ale.
La catena di origine è la catena più lunga che comprende il
gruppo aldeidico.
La numerazione della catena comincia sempre dall'atomo di
carbonio del gruppo aldeidico, a cui si assegna la posizione 1.
Il suffisso IUPAC per i chetoni è -one.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
La catena di origine deve comprendere il gruppo carbonile ed
è numerata a partire dall'estremità più vicina allo stesso
gruppo.
La posizione del gruppo deve essere indicata nel nome del
chetone tutte le volte in cui potrebbe presentarsi ambiguità.
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Alcuni esempi di aldeidi e chetoni
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Il doppio legame del gruppo carbonile di aldeidi e chetoni può
addizionare atomi di idrogeno (idrogenazione o riduzione):
Le aldeidi, al contrario dei chetoni, si ossidano molto
facilmente:
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Il doppio legame del gruppo carbonile di aldeidi e chetoni può
addizionare una molecola di alcol e portare alla formazione di
un emiacetale o emichetale.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Si tratta di una reazione di addizione nucleofila.
Il nucleofilo attacca l’atomo di carbonio del doppio legame
carbonio ossigeno e gli e- del legame π si spostano sull’atomo
di ossigeno:
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
La reazione termina con la somma di un protone all’ossigeno
negativo.
Questa reazione è importante nella formazione delle strutture
cicliche dei monosaccaridi.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
In presenza di un eccesso di alcol la reazione porta alla
formazione di un acetale o di un chetale.
In natura è quello che avviene quando si formano gli zuccheri
complessi come amido e cellulosa
23 • CHIMICA ORGANICA
23.7 Anche gli acidi carbossilici e i loro
derivati contengono il gruppo carbonile
Gli acidi organici più importanti sono gli acidi carbossilici,
molecole in cui il carbonio del carbonile lega un gruppo OH
(gruppo carbossile).
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Il gruppo carbossile è presente in tutti gli amminoacidi, le
molecole che costituiscono le proteine.
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Il suffisso IUPAC per gli acidi carbossilici è –oico:
• il nome deve però essere preceduto dalla parola acido;
• la catena di origine deve comprendere il gruppo
carbossile, al cui atomo di carbonio è assegnata la
posizione 1.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Esempi:
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Copyright © 2008 Zanichelli editore
Gli acidi carbossilici hanno un punto di ebollizione maggiore
rispetto agli alcoli di massa molecolare simile. Fra le molecole
di acido acetico si possono creare legami idrogeno molto
intensi.
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Il gruppo carbossile è debolmente acido e gli acidi
carbossilici sono perciò in grado di neutralizzare basi come gli
ioni ossidrile, bicarbonato e carbonato:
RCO2H + NaOH
→
RCO2Na + H2O
All’acidità degli acidi carbossilici contribuisce:
Copyright © 2008 Zanichelli editore
• il fatto che la polarità del legame O-H è aumentata dalla
presenza del gruppo carbonile
• la possibilità di delocalizzare per risonanza la carica
negativa dello ione carbossilato
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Gli acidi carbossilici vengono impiegati per sintetizzare esteri,
ammidi, alogenuri acilici e anidridi.
Le reazioni che coinvolgono questi composti procedono
attraverso un meccanismo di sostituzione nucleofila acilica
che procede in due stadi:
Copyright © 2008 Zanichelli editore
(1) l’attacco di un nucleofilo sull’atomo di carbonio
carbonilico;
(2) l’eliminazione del gruppo uscente.
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Gli esteri sono molecole polari che derivano dagli acidi per
sostituzione del gruppo OH con un gruppo OR‘.
Secondo la IUPAC, la prima parte del nome di un estere deriva
dall'acido carbossilico di origine, sostituendo il suffisso -oico
con –oato; si aggiunge poi il nome del gruppo alchilico legato
all'atomo di ossigeno.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
HCO2CH3
metanoato di metile
CH2CO2CH2CH3
etanoato di etile
Un estere di ottiene riscaldando una miscela dell'acido
carbossilico e dell'alcol di origine in presenza di un
catalizzatore acido.
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Si stabilisce un equilibrio che risulta:
• spostato sulla destra quando si usa una quantità di alcol
in eccesso
• spostato a sinistra in presenza di un forte eccesso di
acqua e H+
O
O
||
||
H
CH3 CH2 C OH  HOCH 2CH3   CH3 CH2 C OCH 2CH3  H2O
Copyright © 2008 Zanichelli editore
acido etanoico
etanolo
etanoato di etile
In presenza di OH- l’estere libera l'acido carbossilico in forma
ionizzata. (saponificazione)
O
||
calore
CH3 CH2 C OCH 2CH3 (aq)  NaOH (aq) 

O
||
CH3 CH2 C O  (aq)  Na  (aq)  CH3CH2OH
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Nelle ammidi, il gruppo OH del carbossile viene sostituito da
azoto trivalente che può legare atomi H o gruppi idrocarburici
in combinazioni diverse.
Nelle ammidi semplici l'atomo di azoto lega soltanto due
atomi di idrogeno.
Secondo la IUPAC, il nome di un'ammide semplice è costituito
da una prima parte che deriva dall'acido carbossilico di origine
seguita dal suffisso –ammide.
Copyright © 2008 Zanichelli editore
CH3
CH3CH2CONH 2
propanammi de
|
CH3CH2  CH  CONH 2
2 - metilbutan ammide
23 • ALDEIDI E CHETONI CONTENGONO IL GRUPPO CARBONILE
Le ammidi sono composti polari, formano facilmente legami
idrogeno e hanno perciò punti di ebollizione elevati.
Le ammidi semplici sono composti neutri.
Per ottenere le ammidi semplici è sufficiente scaldare l’acido
carbossilico con un eccesso di ammoniaca:
O
||
O
calore
||
CH3CH2 C OH  NH 3    CH3CH2 C NH 2  H2O
Copyright © 2008 Zanichelli editore
acido propanoico
propanammi de
Le ammidi, al pari degli esteri, possono essere idrolizzate.
La reazione è favorita da acidi e basi forti e non è altro che il
processo inverso della preparazione di un’ammide.