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CAPITOLO I gruppi funzionali 1 3 Indice 1. I gruppi funzionali 2. Alogenuri alchilici 3. Proprietà fisiche ed usi degli alogenuri alchilici 4. Proprietà chimiche degli alogenuri alchilici 5. Alcoli 6. Proprietà fisiche degli alcoli 7. Proprietà chimiche degli alcoli 8. Gli alcoli di notevole interesse 9. Fenoli 10. Eteri 11. Aldeidi e chetoni 12. Proprietà fisiche delle aldeidi e dei chetoni 13. Proprietà chimiche delle aldeidi e dei chetoni © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 1 1 I gruppi funzionali CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Per gruppi funzionali s’intendono atomi o raggruppamenti atomici, legati ad una catena carboniosa, che determinano la reattività chimica dei composti organici. GRUPPI FUNZIONALI DELLE PRINCIPALI FAMIGLIE ORGANICHE. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2 2 Alogenuri alchilici CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Gli alogenuri alchilici hanno come formula generale R – X, dove R è un gruppo alchilico ed X, il gruppo funzionale, è un alogeno. Possono essere distinti in primari, secondari o terziari a seconda che il carbonio dell’alogeno sia legato ad uno, due o tre gruppi alchilici. alogenuro primario © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas alogenuro secondario alogenuro terziario 3 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 2 Alogenuri alchilici Nella nomenclatura IUPAC gli alogenuri alchilici vengono considerati derivati dagli idrocarburi. Si numera la catena idrocarburica partendo dal carbonio più vicino all’alogeno. Nella nomenclatura tradizionale, il nome dell’alogeno si tramuta nel corrispondente alogenuro che viene seguito dal nome del gruppo alchilico. 4 3 2 1 – CH3 − CH2 − CH − CH3 Cl 2-clorobutano (cloruro di sec-butile) © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 3 2 1 CH3 − CH2 − CH2 − Br 1-bromopropano (bromuro di n-propile) 4 3 Proprietà fisiche ed usi degli alogenuri alchilici CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Gli alogenuri alchilici, pur essendo composti polari, in quanto l ’ alogeno è più elettronegativo del carbonio, non sono solubili in acqua (non si formano legami a idrogeno), mentre sono solubili nei solventi organici. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 5 4 Proprietà chimiche degli alogenuri alchilici CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Gli alogenuri alchilici danno reazioni di sostituzione nucleofila. CH3Br + NaOH(aq) CH3OH + NaBr bromometano alcool metilico (CH3)3CBr + NaOH(aq) (CH3)3COH + NaBr 2-bromo-2-metilpropano 2-metil-2-propanolo Nelle due reazioni lo ione OH− (reattivo nucleofilo) sostituisce lo ione Br− (reattivo nucleofilo). Con NaOH in soluzione alcolica gli alogenuri alchilici danno reazioni di eliminazione. − CH3 − CH − CH3 + NaOH CH2 = CH − CH3 + NaBr + H2O Br propene 2-bromopropano © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 6 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 5 Alcoli Gli alcoli sono composti che presentano il gruppo funzionale ossidrilico −OH legato al gruppo alchilico: R − OH Gli alcoli possono essere distinti in primari, secondari o terziari a seconda che il carbonio del gruppo − OH sia legato ad uno, due o tre atomi di carbonio. Alcool primario © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Alcool secondario Alcool terziario 7 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 5 Alcoli La nomenclatura IUPAC per gli alcoli considera la catena più lunga comprendente il gruppo – OH e cambia la desinenza -o degli alcani in -olo. La nomenclatura tradizionale utilizza la parola alcool seguita dal gruppo alchilico che termina in -ilico. CH3 – OH metanolo (alcool metilico) CH3 – CH2 – OH etanolo CH3 – CH2 – CH2 – OH propanolo (alcool propilico) CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – OH butanolo © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas (alcool etilico) (alcool butilico) 8 6 Proprietà fisiche degli alcoli CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Gli alcoli presentano alte temperatura di ebollizione perché possono formare legami a idrogeno intermolecolari. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 9 7 Proprietà chimiche degli alcoli CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Gli alcoli hanno una acidità molto bassa (Ka = 1016 - 1018), quindi simile a quella dell’acqua (Ka = 1016). L ’ acidità degli alcoli, come ricavato sperimentalmente, diminuisce passando dall’alcool metilico agli alcoli terziari: alcool metilico alcoli primari alcoli secondari alcoli terziari Gli alcoli danno reazioni con rottura del legame R – OH. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 10 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 7 Proprietà chimiche degli alcoli Trattando un alcool con HCl(g) o HCl(conc) il gruppo OH viene sostituito da Cl. riflusso C2H5 – OH(ℓ) + HCl(g) C2H5 – Cl(ℓ) + H2O(ℓ) ZnCl2 cat. rottura del legame L’ordine di velocità di reazione è: alcool terziario secondario primario © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 11 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 7 Proprietà chimiche degli alcoli In presenza di acido solforico (H2SO4) un alcool si trasforma in un alchene per disidratazione, cioè per eliminazione di una molecola di acqua. H2SO4 60% CH3 – CH2 – CH – CH3 CH3 – CH = CH – CH3 – OH alcool sec-butilico © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 100 °C 2-butene 12 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 7 Proprietà chimiche degli alcoli Gli alcoli danno reazioni di ossidazione. Per ossidazione degli alcoli primari si ottengono aldeidi o acidi carbossilici, a seconda delle condizioni sperimentali. H CH3 – C = O OX = OX – – CH3 – C – OH O H CH3 – C – OH – H etanolo (alcool 1°) © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas etanale (aldeide acetica) acido etanoico (acido acetico) 13 7 Proprietà chimiche degli alcoli CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Un alcool secondario si ossida a chetone. 2-propanolo acetone Gli alcoli terziari non possono essere ossidati perché non hanno atomi di idrogeno legati al carbonio che possiede il gruppo – OH. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 14 8 Gli alcoli di notevole interesse CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Il metanolo (o alcool metilico) presenta notevoli usi industriali sia come solvente organico sia per la preparazione della formaldeide. Il metanolo presenta notevole tossicità per cui, se ingerito, può provocare cecità ed anche morte. L’etanolo è un costituente del vino, della birra e, in genere, delle bevande alcoliche. L’etanolo per uso alimentare si ottiene per fermentazione dei carboidrati: C6H12O6(aq) 2 C2H5OH(aq) + 2 CO2(g) glucosio © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas etanolo alimentare 15 8 Gli alcoli di notevole interesse CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 CH2 – OH Il glicol etilenico è un alcool con due gruppi ossidrilici. CH2 – OH Viene adoperato come anticongelante nei radiatori delle automobili e, in generale, come solvente. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 16 8 Gli alcoli di notevole interesse La glicerina CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 CH2 – OH CH – OH CH2 – OH un alcool con tre gruppi ossidrilici, è usata nell’industria dei cosmetici. Un derivato della glicerina, la trinitroglicerina, è un composto instabile (un esplosivo) molto sensibile agli urti. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 17 9 Fenoli CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 I fenoli sono composti che hanno uno o più gruppi ossidrilici – OH legati direttamente ad atomi di carbonio dell’anello del benzene. Il fenolo (o idrossibenzene) è il composto più semplice della serie, C6H5 OH. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 18 9 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Fenoli I fenoli si ossidano con facilità: l’idrochinone si ossida a benzochinone. idrochinone © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas benzochinone 19 9 Fenoli CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 In campo alimentare alcune sostanze si ossidano a contatto con l’ossigeno dell’aria. Per evitare il deterioramento delle sostanze, vengono aggiunti ai prodotti alimentari additivi fenolici, detti antiossidanti, che si ossidano al loro posto. Questi antiossidanti sono noti in campo alimentare come BHA (butilidrossianisolo) e BHT (butilidrossitoluene). La vitamina E è un antiossidante. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 20 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 10 Eteri Gli eteri sono composti in cui ad un atomo di ossigeno sono legati due gruppi (alchilici o arilici o misti). Hanno formula generale R – O – R’ La nomenclatura IUPAC fa seguire la parola etere al nome dei gruppi di questi composti, messi in ordine alfabetico: CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 dietiletere Gli eteri sono ottimi solventi di composti organici, e vengono usati per l’estrazione di questi composti dai loro prodotti naturali. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 21 11 Aldeidi e chetoni CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Le aldeidi e i chetoni sono composti caratterizzati dal gruppo funzionale carbonilico La formula generale di un’aldeide è: quella di un chetone: dove R ed R’ possono essere gruppi alchilici o aromatici. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 22 11 CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Aldeidi e chetoni La nomenclatura IUPAC trasforma la desinenza terminale -o dell’alcano in -ale per le aldeidi ed in -one per i chetoni: O – = H CH3 – C = O CH3 – C – CH3 etanale (aldeide acetica) propanone (dimetilchetone o acetone) © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 23 12 Proprietà fisiche delle aldeidi e dei chetoni CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Le aldeidi e i chetoni hanno temperature di ebollizione superiori a quelle degli alcani di pari massa molecolare, come conseguenza della polarità del gruppo carbonilico. La temperatura di ebollizione delle aldeidi e dei chetoni è, invece, inferiore a quella degli alcoli, in quanto questi composti danno legami a idrogeno intermolecolari. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 24 13 Proprietà chimiche delle aldeidi e dei chetoni CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Le reazioni delle aldeidi e dei chetoni sono le seguenti: • reazioni di riduzione • reazioni del gruppo carbonilico con gli alcoli • ossidazione delle aldeidi. Le aldeidi possono essere ridotte ad alcoli primari e i chetoni ad alcoli secondari. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 25 13 Proprietà chimiche delle aldeidi e dei chetoni CAPITOLO 3. I GRUPPI FUNZIONALI 1 Le aldeidi reagiscono con gli alcoli per dare composti noti con il nome di emiacetali. emiacetale La reazione procede con un meccanismo di addizione nucleofila al gruppo carbonilico. Un’aldeide, per ossidazione, dà un acido carbossilico con lo stesso numero di atomi di carbonio. © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 26
