Transcript V B, Gruppi Funzionali
G. Valitutti A.Tifi A.Gentile Le idee della chimica Seconda edizione
Copyright © 2009 Zanichelli editore
Capitolo 24
Dai gruppi funzionali ai polimeri 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
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
9.
Composti eterociclici
10.
I polimeri di sintesi Copyright ©2009 Zanichelli editore 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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
1. I gruppi funzionali
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Il
fenolo
è il capostipite degli alcoli aromatici a cui dà il nome (fenoli).
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
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: Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Gli alcoli danno reazioni con rottura del legame C—O, oppure reazioni di ossidazione: Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Le reazioni di rottura del legame C—O avvengono prevalentemente in ambiente acido, per
sostituzione nucleofila
.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
si ossidano prima ad aldeidi e poi ad acidi Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Gli
alcoli secondari
si ossidano a chetoni.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
3. Le reazioni di alcoli e fenoli
I
fenoli
si ossidano a chinoni.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
3. Le reazioni di alcoli e fenoli
Il
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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).
Viene adoperato come combustibile al posto della benzina e trova impiego nell’industria dei Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica solventi, dei profumi e dei cosmetici.
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
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».
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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 dell’
angina pectoris
.
nitroglicerina
in soluzione alcolica molto diluita, nella terapia , è un potente esplosivo che viene impiegato anche, Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
4. Alcoli e fenoli di particolare interesse
I composti fenolici hanno proprietà antiossidanti e azione disinfettante.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
Le
aldeidi
hanno gruppo funzionale —CHO.
I
chetoni
hanno gruppo funzionale —CO—.
Aldeidi e chetoni hanno formula generale
C n H 2n O,
quindi sono
isomeri funzionali
.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica L
• •
5. Aldeidi e chetoni
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.
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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: Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
L'
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
6. Gli acidi carbossilici
A partire dagli acidi carbossilici, con reagenti adeguati, si ottengono diversi derivati, tutti caratterizzati dalla presenza del
gruppo acilico
—
RCO
.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
6. Gli acidi carbossilici
I derivati degli acidi carbossilici si ottengono tramite reazioni di
sostituzione nucleofila acilica
.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
7. Esteri, saponi e ammidi
L’azione detergente dei saponi dipende dalla
durezza dell’acqua
, cioè dal contenuto di sali di calcio e magnesio.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
Le
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
Le
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
: tutti gli idrogeni dell’azoto sono sostituiti con gruppi alchilici R—CO—NR 2 Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
7. Esteri, saponi e ammidi
La nomenclatura delle ammidi prevede la sostituzione del suffisso
-
ammide
al nome dell’acido corrispondente Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
Le
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
.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
8. Le ammine
La nomenclatura delle ammine prevede che si indichino i nomi dei gruppi alchilici legati all’azoto con la desinenza
-ammina
.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
8. Le ammine
Per le
ammine aromatiche
si usano i nomi correnti, per esempio anilina.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
8. Le ammine AMINE DOTATE DI ATTIVITÀ FISIOLOGICA
•Agenti adrenergici: adrenalina (o epinefrina) e noradrenalina •Anfetamine •Cocaina
9. Composti eterociclici
I
composti eterociclici
dal carbonio.
sono molecole formate da anelli caratterizzati dalla presenza di atomi diversi Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
10.I polimeri di sintesi
Le unità costituenti i polimeri sono i
monomeri
(molecole a basso peso molecolare).
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
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
.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica
10.I polimeri di sintesi
I
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.
Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica