Dai gruppi funzionali ai polimeri

G. Valitutti A.Tifi A.Gentile
Le idee della chimica
Seconda edizione
Copyright © 2009 Zanichelli editore
Capitolo 24
Dai gruppi funzionali ai polimeri
1.
I gruppi funzionali
2.
Alcoli, fenoli ed eteri
3.
Le reazioni di alcoli e fenoli
4.
Alcoli e fenoli di particolare interesse
5.
Aldeidi e chetoni
6.
Gli acidi carbossilici e i loro derivati
7.
Esteri, saponi e ammidi
8.
Le ammine
9.
Composti eterociclici
10. I polimeri di sintesi
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Le idee della chimica
1. I gruppi funzionali
Un gruppo funzionale è un atomo o un gruppo
di atomi che determina le proprietà chimiche di
un composto organico, permettendone la
classificazione.
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Le idee della chimica
1. I gruppi funzionali
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Le idee della chimica
2. Alcoli, fenoli ed eteri
Gli alcoli derivano dagli idrocarburi per
sostituzione di un idrogeno con un gruppo
ossidrile (—OH) che ne diventa il gruppo
funzionale.
La formula generale degli alcoli è R—OH.
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2. Alcoli, fenoli ed eteri
Gli alcoli si classificano in primari, secondari e
terziari a seconda che l’atomo di carbonio a cui è
legato l’ossidrile sia unito rispettivamente a uno,
due o tre atomi di carbonio.
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2. Alcoli, fenoli ed eteri
Secondo la nomenclatura IUPAC, il nome dell’alcol
deriva da quello dell’idrocarburo corrispondente a
cui si aggiunge la desinenza -olo.
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Atomi di
carbonio
nome
1
metanolo
2
etanolo
3
propanolo
4
butanolo
5
pentanolo
Le idee della chimica
2. Alcoli, fenoli ed eteri
Se presentano due o tre gruppi ossidrili, gli alcoli
prendono il nome di dioli e trioli.
Il fenolo è il capostipite degli alcoli aromatici a
cui dà il nome (fenoli).
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2. Alcoli, fenoli ed eteri
Gli eteri sono caratterizzati da un atomo di
ossigeno che lega due gruppi alchilici.
Hanno formula generale degli eteri è R—O—R’.
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2. Alcoli, fenoli ed eteri
La nomenclatura degli eteri si basa sul nome, in
ordine alfabetico, delle catene alchiliche presenti
nella molecola, a cui segue il nome etere.
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2. Alcoli, fenoli ed eteri
A parità di massa molecolare, gli alcoli e i fenoli
hanno punti di ebollizione più alti rispetto agli
idrocarburi e agli eteri.
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Le idee della chimica
2. Alcoli, fenoli ed eteri
La solubilità degli alcoli decresce all’aumentare
del numero di atomi di carbonio: la buona
solubilità di metanolo, etanolo e propanolo in
acqua è dovuta alla formazione di legami a
idrogeno:
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2. Alcoli, fenoli ed eteri
La solubilità degli alcoli decresce all’aumentare
del numero di atomi di carbonio, perché prevale il
carattere idrofobico della catena rispetto al
carattere idrofilo dell’ossidrile.
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2. Alcoli, fenoli ed eteri
Gli alcoli sono acidi molto deboli; i fenoli al
contrario sono circa un milione di volte di più
acidi perché lo ione fenossido (ArO–) è molto più
stabile dello ione alcossido (RO–).
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3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Gli alcoli danno reazioni con rottura del legame
C—O, oppure reazioni di ossidazione:
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3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Le reazioni di rottura del legame C—O avvengono
prevalentemente in ambiente acido, per
sostituzione nucleofila.
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3. Le reazioni di alcoli e fenoli
In presenza di acido solforico concentrato e alla
temperatura di 180°, gli alcoli danno reazioni di
disidratazione con formazione di un alchene.
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3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Nelle reazioni di ossidazione dei composti
organici, il carbonio risulta tanto più ossidato
quanti più legami forma con l’ossigeno e quanti
meno ne forma con l’idrogeno.
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3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Gli alcoli primari si ossidano prima ad aldeidi e
poi ad acidi carbossilici.
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3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Gli alcoli secondari si ossidano a chetoni.
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3. Le reazioni di alcoli e fenoli
I fenoli si ossidano a chinoni.
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3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Il metanolo (CH3OH) è una sostanza altamente
tossica: 30 mL provocano la morte di un essere
umano adulto.
È un importante intermedio dell’industria chimica,
inoltre viene impiegato come carburante per
autotrazione e nelle celle a combustibile.
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4. Alcoli e fenoli di particolare interesse
L’etanolo (CH3CH2OH) è il costituente di tutte
le bevande alcoliche.
Si ottiene per fermentazione degli zuccheri da
parte di microorganismi.
Viene adoperato come combustibile al posto
della benzina e trova impiego nell’industria dei
solventi, dei profumi e dei cosmetici.
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4. Alcoli e fenoli di particolare interesse
Il glicol etilenico è un diolo che viene impiegato
come liquido anticongelante grazie all’alto punto di
ebollizione e alla totale solubilità in acqua.
Il glicol etilenico è usato per la sintesi di numerosi
composti tra cui il PET, la resina con cui si
producono le bottiglie «di plastica».
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4. Alcoli e fenoli di particolare interesse
Il glicerolo, più noto come glicerina, è un triolo.
Trova impiego nell’industria dei cosmetici e delle
vernici.
Il derivato nitrato del glicerolo, la nitroglicerina,
è un potente esplosivo che viene impiegato anche,
in soluzione alcolica molto diluita, nella terapia
dell’angina pectoris.
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4. Alcoli e fenoli di particolare interesse
I composti
fenolici hanno
proprietà
antiossidanti e
azione
disinfettante.
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5. Aldeidi e chetoni
Le aldeidi hanno gruppo funzionale —CHO.
I chetoni hanno gruppo funzionale —CO—.
Sono detti anche composti carbonilici.
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5. Aldeidi e chetoni
I punti di ebollizione delle aldeidi e dei chetoni
sono più alti di quelli degli idrocarburi a uguale
massa molecolare, ma minori a quelli degli alcoli
corrispondenti.
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5. Aldeidi e chetoni
La nomenclatura utilizza il nome dell’alcano
corrispondente a cui si aggiunge:
•
il suffisso -ale per le aldeidi;
•
il suffisso -one per i chetoni.
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5. Aldeidi e chetoni
La reazione caratteristica dei composti carbonilici
è l’addizione nucleofila grazie all’atomo di
carbonio del gruppo carbonile, che è polarizzato:
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6. Gli acidi carbossilici
Gli acidi carbossilici sono caratterizzati dal
gruppo funzionale —COOH, chiamato gruppo
carbossile.
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6. Gli acidi carbossilici
La nomenclatura degli acidi carbossilici prevede
l’aggiunta del suffisso -oico al nome dell’alcano
corrispondente.
Alla nomenclatura IUPAC ne è affiancata una
corrente tutt’ora in uso.
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6. Gli acidi carbossilici
Gli acidi carbossilici tendono a formare legami a
idrogeno intermolecolari; pertanto presentano
punti di ebollizione abbastanza alti.
In acqua sono solubili solo gli acidi formico,
acetico e propionico.
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6. Gli acidi carbossilici
Gli acidi carbossilici sono acidi deboli, ma sono più
forti dei fenoli e degli alcoli.
Reagiscono con basi forti formando dei sali.
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6. Gli acidi carbossilici
A partire dagli acidi carbossilici, con reagenti
adeguati, si ottengono diversi derivati, tutti
caratterizzati dalla presenza del gruppo
acilico —RCO.
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6. Gli acidi carbossilici
I derivati degli acidi carbossilici si ottengono
tramite reazioni di sostituzione nucleofila
acilica.
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7. Esteri, saponi e ammidi
Gli esteri si ottengono per reazione fra un acido
carbossilico e alcol ad alta temperatura.
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7. Esteri, saponi e ammidi
Esteri naturali ad alto peso molecolare sono le
cere, i grassi e gli oli.
Le cere sono esteri di un acido carbossilico e di
un alcol entrambi a lunga catena.
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7. Esteri, saponi e ammidi
I grassi (solidi e saturi) e gli oli (liquidi e insaturi)
sono esteri del glicerolo (trigliceridi) con acidi
carbossilici a lunga catena sia saturi sia insaturi.
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7. Esteri, saponi e ammidi
I grassi e gli oli riscaldati con una soluzione
acquosa di NaOH (o di KOH) danno luogo ad
un’idrolisi alcalina.
I saponi sono i sali di sodio (o di potassio) degli
acidi grassi a lunga catena.
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7. Esteri, saponi e ammidi
I saponi sono formati da una lunga catena
idrocarburica detta coda, idrofobica, alla cui
estremità si trova il gruppo -COO– detto testa,
che è idrofilo.
A contatto con un tessuto sporco, le code apolari
disperdono le molecole di grasso in acqua.
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7. Esteri, saponi e ammidi
L’azione detergente dei saponi dipende dalla
durezza dell’acqua, cioè dal contenuto di sali di
calcio e magnesio.
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7. Esteri, saponi e ammidi
Le ammidi sono derivati degli acidi carbossilici
molto diffuse in natura (per esempio nelle
proteine).
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7. Esteri, saponi e ammidi
Le ammidi vengono classificate in:
• primarie: l’azoto ha un idrogeno sostituito con
un gruppo alchilico R—CO—NH2
• secondarie: l’azoto ha due idrogeni sostituiti
con gruppi alchilici R—CO—NHR
• terziarie: tutti gli idrogeni dell’azoto sono
sostituiti con gruppi alchilici R—CO—NR2
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7. Esteri, saponi e ammidi
La nomenclatura delle ammidi prevede la
sostituzione del suffisso -ammide al nome
dell’acido corrispondente
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8. Le ammine
Le ammine derivano dall’ammoniaca (NH3) per
sostituzione di uno, due o tutti gli atomi di
idrogeno con altrettanti gruppi alchilici.
Il gruppo funzionale delle ammine è il gruppo
amminico.
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8. Le ammine
La nomenclatura delle ammine prevede che si
indichino i nome dei gruppi alchilici legati all’azoto
con la desinenza -ammina.
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8. Le ammine
Per le ammine aromatiche si usano i nomi
correnti, per esempio anilina.
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8. Le ammine
Le ammine primarie e secondarie formano legami
a idrogeno intermolecolari, per cui i loro punti di
ebollizione sono più alti di quelli degli alcani a
uguale massa molecolare.
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8. Le ammine
Le ammine con pochi atomi di carbonio sono
solubili in acqua.
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8. Le ammine
Le ammine sono composti basici (deboli) in virtù
del doppietto elettronico libero dell’azoto.
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9. Composti eterociclici
I composti eterociclici sono molecole formate
da anelli caratterizzati dalla presenza di atomi
diversi dal carbonio.
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10.I polimeri di sintesi
I polimeri sono molecole ad alta massa
molecolare costituite da un insieme di gruppi
chimici legati tra loro da legami covalenti.
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10.I polimeri di sintesi
Le unità costituenti i polimeri sono i monomeri
(molecole a basso peso molecolare).
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10.I polimeri di sintesi
I polimeri di addizione derivano molecole di
alcheni che, in presenza di opportuni catalizzatori,
si uniscono tramite reazioni che coinvolgono i
doppi legami.
L’esempio più semplice è il polietilene.
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10.I polimeri di sintesi
I polimeri di condensazione derivano dalla
reazione tra due diversi gruppi funzionali che
eliminano molecole di H2O, H2 o HCl.
Ne sono un esempio il PET e il nylon.
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