© Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 24 Indice 1. I gruppi funzionaliI...

© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas

CAPITOLO

24 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 più importanti

9. Fenoli

10. Eteri

11. Aldeidi e chetoni

12. Proprietà fisiche delle aldeidi e dei chetoni

13. Proprietà chimiche delle aldeidi e dei chetoni

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Per gruppi funzionali s’intendono atomi o raggruppamenti atomici, legati ad una catena carboniosa, che determinano la reattività chimica dei composti organici.

CAPITOLO 24. I GRUPPI FUNZIONALI 11 I gruppi funzionali

GRUPPI FUNZIONALI DELLE PRINCIPALI FAMIGLIE ORGANICHE.

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Gli alogenuri alchilici hanno come formula generale R – X, dove R è un gruppo alchilico ed X, il gruppo funzionale, è un alogeno.

2 Alogenuri alchilici

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 alogenuro secondario alogenuro terziario

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CAPITOLO 24. I GRUPPI FUNZIONALI 1


Nella nomenclatura IUPAC gli alogenuri alchilici vengono considerati derivati dagli idrocarburi. Si numera la catena idrocarburica partendo dal carbonio più vicino all’alogeno.

2 Alogenuri alchilici

Nella nomenclatura tradizionale, il nome dell’alogeno si tramuta nel corrispondente alogenuro che viene seguito dal nome del gruppo alchilico.

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CH3 − CH2 − CH2 − Br

123

1-bromopropano(bromuro di n-propile)

CH3 − CH2 − CH − CH3

1234

2-clorobutano(cloruro di sec-butile)

–

Cl


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.

3 Proprietà fisiche ed usidegli alogenuri alchilici

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4 Proprietà chimiche degli alogenuri alchilici

Gli alogenuri alchilici danno reazioni di sostituzione nucleofila.

Nelle due reazioni lo ione OH− (reattivo nucleofilo) sostituisce lo ione Br− (reattivo nucleofilo).

CH3Br + NaOH(aq) CH3OH + NaBralcool metilico

(CH3)3CBr + NaOH(aq) (CH3)3COH + NaBr

2-metil-2-propanolo

Con NaOH in soluzione alcolica gli alogenuri alchilici danno reazioni di eliminazione.

CH3 − CH − CH3 + NaOH CH2 = CH − CH3 + NaBr + H2O−

Br2-bromopropano

propene

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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 Alcool terziarioAlcool secondario

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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.

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CH3 – OH metanolo (alcool metilico)

CH3 – CH2 – OH etanolo (alcool etilico)

CH3 – CH2 – CH2 – OH propanolo (alcool propilico)

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – OH butanolo (alcool butilico)


6 Proprietà fisichedegli alcoli

Gli alcoli presentano alte temperatura di ebollizione perché possono formare legami a idrogeno intermolecolari.

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7 Proprietà chimichedegli alcoli

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.

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Trattando un alcool con HCl(g) o HCl(conc) il gruppo OH viene sostituito da Cl.


L’ordine di velocità di reazione è:

alcool terziario secondario primario

rottura del legame

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C2H5 – OH(ℓ) + HCl(g) C2H5 – Cl(ℓ) + H2O(ℓ)

riflusso

ZnCl2 cat.


In presenza di acido solforico (H2SO4) un alcool si trasforma in un alchene per disidratazione, cioè per eliminazione di una molecola di acqua.


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CH3 – CH2 – CH – CH3 CH3 – CH = CH – CH3

H2SO4 60%

100 °C

–

OH

alcool sec-butilico 2-butene



Gli alcoli danno reazioni di ossidazione.

Per ossidazione degli alcoli primari si ottengono aldeidi o acidi carbossilici, a seconda delle condizioni sperimentali.

CH3 – C – OH CH3 – C = O CH3 – C – OH – – = –

H

H H O OX OX

etanolo (alcool 1°)

etanale (aldeide

acetica)

acido etanoico (acido acetico)

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Un alcool secondario si ossida a chetone.

Gli alcoli terziari non possono essere ossidati perché non hanno atomi di idrogeno legati al carbonio che possiede il gruppo – OH.

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2-propanolo acetone


8 Gli alcoli più importanti

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:


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glucosio etanolo alimentare

C6H12O6(aq) 2 C2H5OH(aq) + 2 CO2(g)



Viene adoperato come anticongelante nei radiatori delle automobili e, in generale, come solvente.

Il glicol etilenico

CH2 – OH

CH2 – OH

è un alcool con due gruppi ossidrilici.

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La glicerina 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.

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9 Fenoli

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.

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9 Fenoli

I fenoli si ossidano con facilità: l’idrochinone si ossida a benzochinone.

idrochinone

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benzochinone


9 Fenoli

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.

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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:

Gli eteri sono ottimi solventi di composti organici, e vengono usati per l’estrazione di questi composti dai loro prodotti naturali.

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CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3

dietiletere


11 Aldeidi e chetoni

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.

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11 Aldeidi e chetoni

La nomenclatura IUPAC trasforma la desinenza terminale -o dell’alcano in -ale per le aldeidi ed in -one per i chetoni:

CH3 – C = O

–

H

etanale(aldeide acetica)

O

CH3 – C – CH3

=

propanone(dimetilchetone o acetone)

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12 Proprietà fisichedelle aldeidi e dei chetoni

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.

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13 Proprietà chimiche delle aldeidi e dei chetoni

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.

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13 Proprietà chimiche delle aldeidi e dei chetoni

Le aldeidi reagiscono con gli alcoli per dare composti noti con il nome di emiacetali.

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.

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emiacetale

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