V B, Gruppi Funzionali

Transcript V B, Gruppi Funzionali

G. Valitutti A.Tifi A.Gentile Le idee della chimica Seconda edizione

Capitolo 24

Dai gruppi funzionali ai polimeri 1.

I gruppi funzionali Alcoli, fenoli ed eteri Le reazioni di alcoli e fenoli Alcoli e fenoli di particolare interesse Aldeidi e chetoni Gli acidi carbossilici e i loro derivati Esteri, saponi e ammidi Le ammine

Composti eterociclici

10.

1. I gruppi funzionali

gruppo funzionale

è un atomo o un gruppo di atomi che determina le proprietà chimiche di un composto organico, permettendone la classificazione.

1. I gruppi funzionali

2. Alcoli, fenoli ed eteri

Gli (—

alcoli OH

derivano dagli idrocarburi per sostituzione di un idrogeno con un gruppo ossidrile ) che ne diventa il gruppo funzionale.

Uno dei gruppi più ampiamente distribuiti in natura: in carboidrati, proteine, acidi nucleici, ormoni e vitamine Appartengono alla famiglia degli alcoli anche l’alcol per frizioni e per bevande e gli anticongelanti (glicol etilenico) La formula generale degli alcoli è R—OH.

2. Alcoli, fenoli ed eteri

Gli alcoli si classificano in

primari

secondari

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.

2. Alcoli, fenoli ed eteri

Secondo la nomenclatura IUPAC, il nome dell’ si aggiunge la desinenza

olo

alcol

deriva da quello dell’idrocarburo corrispondente a cui

Atomi di carbonio

1 2 3 4 5

nome

metan

olo

etan

olo

propan

olo

butan

olo

pentan

olo

2. Alcoli, fenoli ed eteri

Sono detti alcoli monovalenti quelli la cui molecola ha un solo gruppo -OH Se presentano due o tre gruppi ossidrili, gli alcoli prendono il nome di

dioli

(es. glicol etilenico) e

trioli

(es. glicerolo o glicerina); molte sostanze in particolare gli zuccheri hanno parecchi gruppi -OH.

fenolo

è il capostipite degli alcoli aromatici a cui dà il nome (fenoli).

2. Alcoli, fenoli ed eteri

Gli

eteri

sono caratterizzati da un atomo di ossigeno che lega due gruppi alchilici.

La formula generale degli eteri è R—O—R’.

Sono liquidi molto volatili, usati come solventi di sostanze organiche A T amb. Gli eteri danno poche reazioni chimiche: non reagiscono con acidi, basi, ossidanti o riducenti.

Come tutti i composti organici, bruciano.

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

Talvolta si antepone la parola

etere

al nome dei radicali alchilici

etere

dimetilico

2. Alcoli, fenoli ed eteri

Gli eteri si possono preparare a partire dagli alcoli per disidratazione

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.

La causa è dovuta al fatto che sono capaci di formare legami a idrogeno: ogni molecola di alcol, infatti, può formare due legami a idrogeno con altrettante molecole Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

2. Alcoli, fenoli ed eteri

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: Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

2. Alcoli, fenoli ed eteri

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.

Il piccolo gruppo –OH è sopraffatto dalla lunga catena idrocarburica Maggiore è il numero di gruppi –OH presenti in ogni molecola maggiore è la solubilità del composto in acqua Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

2. Alcoli, fenoli ed eteri

Gli alcoli sono acidi molto deboli (non fa aumentare né diminuire il pH); i fenoli al contrario sono più acidi.

3. Le reazioni di alcoli e fenoli

Le reazioni di rottura del legame C—O avvengono prevalentemente in ambiente acido, per

sostituzione nucleofila

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.

3. Le reazioni di alcoli e fenoli

Nelle

reazioni di ossidazione

carbossilici.

gli

alcoli primari

3. Le reazioni di alcoli e fenoli

Gli

alcoli secondari

si ossidano a chetoni.

3. Le reazioni di alcoli e fenoli

fenoli

si ossidano a chinoni.

3. Le reazioni di alcoli e fenoli

metanolo

(CH umano adulto.

3 OH) è una sostanza altamente tossica: 30 mL provocano la morte di un essere È un importante intermedio dell’industria chimica, inoltre viene impiegato come carburante per autotrazione e nelle celle a combustibile.

4. Alcoli e fenoli di particolare interesse

L’

etanolo

(CH 3 CH 2 OH) è il costituente di tutte le bevande alcoliche.

Si ottiene per fermentazione degli zuccheri da parte di microorganismi (saccaromiceti).

Produzione di alcol etilico

4. Alcoli e fenoli di particolare interesse

L’alcol etilico puro, usato in laboratorio per importanti sintesi, è ben tollerato dall’organismo e funziona come stimolante dell’apparato digerente e del sistema nervoso ma assunto in dosi eccessive e prolungate può produrre fenomeni di alcolismo.

L’alcol denaturato, usato come disinfettante, viene preparato aggiungendo a quello etilico puro una miscela di idrocarburi, oli e basi piridiniche artificialmente colorate in rosa

L’alcol etilico e la prova del palloncino

Curiosità

4. Alcoli e fenoli di particolare interesse

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».

4. Alcoli e fenoli di particolare interesse

glicerolo

, più noto come

glicerina

, è un triolo.

Trova impiego nell’industria dei cosmetici e delle vernici.

Il derivato nitrato del glicerolo, la dell’

angina pectoris

nitroglicerina

4. Alcoli e fenoli di particolare interesse

I composti fenolici hanno proprietà antiossidanti e azione disinfettante.

5. Aldeidi e chetoni

Sono classi di composti caratterizzati dalla presenza del gruppo funzionale (

carbonile

) Sono detti anche

composti carbonilici

Nelle

aldeidi

il carbonile è legato a un idrogeno e al carbonio di un radicale alchilico

R (

o arilico

Ar)

, nei

chetoni

il carbonile è legato a due atomi di carbonio di gruppi alchilici (o arilici)

5. Aldeidi e chetoni

aldeidi

hanno gruppo funzionale —CHO.

chetoni

hanno gruppo funzionale —CO—.

Aldeidi e chetoni hanno formula generale

C n H 2n O,

quindi sono

isomeri funzionali

5. Aldeidi e chetoni

a nomenclatura utilizza il nome dell’alcano corrispondente a cui si aggiunge: il suffisso

-ale

per le

aldeidi

; il suffisso

-one

per i

chetoni

• •

5. Aldeidi e chetoni

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.

Dato che il legame del gruppo carbonilico è polarizzato, le molecole di aldeidi e chetoni contengono una parte polare e quindi i composti carbonilici più semplici – matanale, etanale, propanone – sono miscibili con l’acqua; via via che aumenta la lunghezza della catena alifatica apolare la miscibilità diminuisce.

5. Aldeidi e chetoni

La reazione caratteristica dei composti carbonilici è l’

addizione nucleofila

5. Aldeidi e chetoni

5. Aldeidi e chetoni ALDEIDE FORMICA O METANALE

è un gas incolore e dall'odore acre e irritante Costituisce uno dei più importanti prodotti di base dell’industria chimica. Molto solubile in acqua, reattivo in molte sintesi e utilizzato per le più varie lavorazioni: trova larghissimo impiego nella fabbricazione di resine sintetiche, colle, solventi, conservanti, disinfettanti e deodoranti, detergenti, cosmetici, tessuti.

5. Aldeidi e chetoni

La sua soluzione acquosa, usata per conservare reperti biologici, essendo un energico antisettico.

formalina

, viene

5. Aldeidi e chetoni ACETALDEIDE

etanale

CH3—CHO

(acetaldeide) è un liquido incolore, volatile, infiammabile, dall’odore pungente e irritante.

E’ una sostanza tossica probabilmente cancerogena, tracce contenute nel fumo del tabacco.

E’ un reattivo impiegato nelle sintesi industriali organiche.

Nel corpo umano si forma per iniziale ossidazione dell’etanolo nel fegato ad opera dell’enzima alcol deidrogenasi e convertita in acido acetico dall’enzima aldeide deidrogenasi.

Forma composti che si intercalano tra le basi del DNA PROMOTORE DELLA CARCINOGENESI

5. Aldeidi e chetoni

Alcune aldeidi formate da un numero maggiore di atomi di C (6-12) sono caratterizzate da intense profumazioni: possono essere di origine naturale (come il

citrale

contenuto nella buccia dei limoni e la

citronella

presente nell’essenza di citronella) o sintetica e vengono largamente utilizzate nell’industria della cosmesi come “profumazioni di fantasia”

5. Aldeidi e chetoni ACETONE

•Il chetone più semplice è il propanone o acetone,

CH3COCH3

, un liquido incolore dall’odore sgradevole, volatile e infiammabile, utilizzato come solvente o per la sintesi di materie plastiche, vernici, esplosivi, etc.

5. Aldeidi e chetoni ACETONE BAMBINI

L'acetone è un disturbo che si riconosce facilmente, perché l’alito o le urine del bambino emanano il caratteristico odore dell’acetone (sembra di frutta marcia), E’ la conseguenza di un episodio febbrile: la sostanze chiamate

corpi chetonici

febbre infatti comporta un notevole dispendio di energia e quando il metabolismo, per produrre energia, esaurisce tutte le riserve di zuccheri, ecco che va a intaccare i lipidi. Si formano delle acetone”. , che finiscono sia nelle vie aeree che nelle urine, emanando il loro inconfondibile odore di

5. Aldeidi e chetoni CHETONI NELLE URINE Il riscontro di chetoni nelle urine è tipico delle condizioni caratterizzate da un esaltato catabolismo di acidi grassi liberi (chetosi), infatti, ne diminuisce il pH in presenza di una ridotta disponibilità di glucosio. L'accumulo di queste sostanze nel sangue fino a causare stanchezza, malessere generale, emissione di grandi quantità di urina, sete intensa , disidratazione , crampi , aritmie cardiache , respiro corto e frequente, sonnolenza e perdita di peso.

Il riscontro di corpi chetonici nelle urine (chetonuria) è comune nel digiuno particolarmente prolungato seguono diete chetogeniche , negli (uguale o superiore a 18 ore), durante la gravidanza, nell'avvelenamento da isopropanolo, nelle persone che ustionati e dopo un intervento chirurgico. Tuttavia, la più caratteristica condizione accompagnata ad un aumento di corpi chetonici nelle urine rimane il dello zucchero è molto bassa (per assenza di diabete di tipo I insulina ). , dove a fronte di elevati livelli di glucosio nel sangue la disponibilità intracellulare

6. Gli acidi carbossilici

Gli

acidi carbossilici

sono caratterizzati dal gruppo funzionale

—COOH

, chiamato gruppo carbossile.

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.

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.

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.

6. Gli acidi carbossilici

A partire dagli acidi carbossilici, con reagenti adeguati, si ottengono diversi derivati, tutti caratterizzati dalla presenza del

gruppo acilico

—

RCO

6. Gli acidi carbossilici

I derivati degli acidi carbossilici si ottengono tramite reazioni di

sostituzione nucleofila acilica

6. Gli acidi carbossilici

ASPIRINA In medicina uso esterno come antisettico e disinfettante. Per uso interno come antipiretico, antireumatico, antinevralgico e antisettico

7. Esteri, saponi e ammidi

Gli

esteri

si ottengono per reazione fra un acido carbossilico e alcol ad alta temperatura.

7. Esteri, saponi e ammidi

Il gruppo funzionale di questa classe di composti è

—CO—O—

Il loro nome si ottiene sostituendo alla desinenza dell'acido la desinenza

-ato

e aggiungendo il nome del radicale alchilico legato all'ossigeno.

7. Esteri, saponi e ammidi

Gli esteri danno fondamentalmente reazioni di addizione

nucleofila

Idrolisi in ambiente basico (

saponificazione

7. Esteri, saponi e ammidi

Gli

esteri

sono solubili in acqua e facilmente sintetizzabili in laboratorio, tanto da essere utilizzati per aromatizzare liquori, caramelle, profumi

7. Esteri, saponi e ammidi

Esteri naturali ad alto peso molecolare sono le cere, i grassi e gli oli.

cere

sono esteri di un acido carbossilico e di un alcol entrambi a lunga catena.

7. Esteri, saponi e ammidi

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.

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.

saponi

sono i sali di sodio (o di potassio) degli acidi grassi a lunga catena.

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.

7. Esteri, saponi e ammidi

L’azione detergente dei saponi dipende dalla

durezza dell’acqua

, cioè dal contenuto di sali di calcio e magnesio.

7. Esteri, saponi e ammidi

Gli

esteri

hanno impieghi industriali di vario interesse •

Esteri dell’acido p-idrossibenzoico

(parabens sulle etichette degli ingredienti): usati come antifermentativi per inibire muffe e lieviti negli alimenti, nei cosmetici e nei prodotti farmaceutici •

Salicilati

: alcuni esteri e sali dell’acido salicilico trovano impiego come farmaci sia in prodotti analgesici (antidolorifici) sia come antipiretici (capaci di abbassare la temperatura corporea •

Dacron

: poliestere di eccezionale resistenza meccanica; è ampiamente usato per produrre tessuti e film impiegati come supporto nei nastri magnetici per la registrazione e la riproduzione del suono. Tessuti speciali di dacron sono impiegati in chirurgia per riparare o sostituire tratti di vasi sanguigni

7. Esteri, saponi e ammidi

ammidi

proteine).

sono derivati degli acidi carbossilici molto diffuse in natura (per esempio nelle Nella chimica delle proteine il legame ammidico è detto legame peptidico Le molecole delle ammidi sono piuttosto polari Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica

7. Esteri, saponi e ammidi

ammidi

vengono classificate in:

• primarie

: l’azoto ha un idrogeno sostituito con un gruppo alchilico R—CO—NH 2

• secondarie

: l’azoto ha due idrogeni sostituiti con gruppi alchilici R—CO—NHR

• terziarie

7. Esteri, saponi e ammidi

La nomenclatura delle ammidi prevede la sostituzione del suffisso

ammide

7. Esteri, saponi e ammidi

Le ammidi si ottengono facendo reagire i cloruri degli acidi con ammoniaca NH3: Il loro gruppo funzionale è:

7. Esteri, saponi e ammidi

NYLON

Nome commerciale usato per designare ogni polimero sintetico a lunga catena con legami ammidici ripetitivi capaci di formare fibre.

Il nylon è più resistente alla combustione di quanto lo siano lana, rayon, cotone o seta ed è resistente agli attacchi degli insetti. In più non viene attaccato neppure dalle muffe e dai funghi.

In medicina ha numerose applicazioni nelle tecnologie chirurgiche; le suture di nylon sono state le prime suture sintetiche che continuano ad essere comunemente usate

8. Le ammine

ammine

derivano dall’ammoniaca (NH 3 ) per sostituzione di uno, due o tutti gli atomi di idrogeno con altrettanti gruppi alchilici.

Il gruppo funzionale delle ammine è il

gruppo amminico – NH 2

8. Le ammine

La nomenclatura delle ammine prevede che si indichino i nomi dei gruppi alchilici legati all’azoto con la desinenza

-ammina

8. Le ammine

Per le

ammine aromatiche

si usano i nomi correnti, per esempio anilina.

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.

8. Le ammine

Le ammine sono composti basici (deboli) in virtù del doppietto elettronico libero dell’azoto.

Le ammine con pochi atomi di carbonio sono solubili in acqua.

8. Le ammine AMINE DOTATE DI ATTIVITÀ FISIOLOGICA

•Agenti adrenergici: adrenalina (o epinefrina) e noradrenalina •Anfetamine •Cocaina

9. Composti eterociclici

composti eterociclici

dal carbonio.

10.I polimeri di sintesi

polimeri

sono molecole ad alta massa molecolare costituite da un insieme di gruppi chimici legati tra loro da legami covalenti.

10.I polimeri di sintesi

Le unità costituenti i polimeri sono i

monomeri

(molecole a basso peso molecolare).

10.I polimeri di sintesi

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

10.I polimeri di sintesi

polimeri di condensazione

eliminano molecole di H 2 O, H 2 derivano dalla reazione tra due diversi gruppi funzionali che o HCl.

Ne sono un esempio il PET e il nylon.

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Capitolo 24

etere

dimetilico

NYLON

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