Gruppi funzionali in chimica bio-organicaUn gruppo funzionale è una porzione della molecola, costituita da un gruppo di atomi, che presenta un comportamentochimico caratteristico.

C C

COH

CO

CN

CSH

CS

C

CS C

S

CO

PO

O

O

CO

PO

O

OP

O

O

O

alchene(doppio legame)

arene(anello aromatico)

alcol

etere

ammina

tiolo

solfuro

disolfuro

fosfato

difosfato

CC

OP

O

O

O

aldeide

chetone

acido carbossilico

estere

tioestere

ammide

acilfosfato

CH

O

C

O

CC OH

O

CC O

O

C

CC S

O

C

OC

CC N

O

CC C

Nimmina(base di Shiff)

CO N

OCC

O O

OC C carbonato carbammato

Gruppi funzionali in chimica bio-organica

Gruppo Struttura a segmenti

suffisso o

gruppo funzionale

prefisso Struttura

Nome IUPAC

Radicali

HC

H

H

-ile ----

metile

Anioni

HC

H

H

-ide ----

metanide o metil anione

Cationi N

H

H

HH

-io es. -ammonio -fosfonio -ossonio -solfonio

ammonia- fosfonia- ossonia- sulfonia-

trimetilammonio

Zwitterioni N

H

H

CH2H

O

O

-io (per il catione) e -ide o -oato (per l’anione)

----

2-ammonio-N,N,N -trimetiletanoato

Acidi

R

O

OH

Acido alcanoico carbossi-

acido propanoico

Perossi acidi

R

O

O OH

acido perossialcanoico idroperossicarbonile

acido perossietanoico

Anidridi

R

O

O

O

R

anidride alcanoica -----

anidride alcanoica

Esteri

R

O

OR

alchil alcanoato alcossicarbonil-

carbalcossi-

etil etanoate o etanoato di etile

Alogenuri acilici

R

O

X

Alcanoil alogenuro aloalcanoil-

propanoil cloruro

Ammidi R

O

NR

R

-ammide carbammoil-

etanammide

Nitrili R C N

-nitrile -onitrile

alchil cianuro

ciano-

propanonitrile o etil cianuro

Aldeidi CR

O

H

-ale alcanoil-

-oxo-

propanale

Chetoni CR

O

R

-one

alchil alchil chetone

-oxo-

carbonile

propanone o dimetil chetone

Alcoli (e Fenoli) R O H

-olo

alcool alchilico

idrossi-

(fenossi-)

propanolo o alcol propilico

Tioli R S H -tiolo

alchil mercaptano

sulfanil-

mercapto-

propantiolo

Ammine NR

R

R

-ammina ammino-

-aza-

propanammina

Eteri R O R alchil alchil etere alcossi-

-ossa-

dimetil etere

Solfuri R S R alchil alchil solfuro

-alchiltio -alchilsulfanil-

-tia-

dimethyl sulfide

Perossidi O O

H

R

alchil idroperossido o alchil alchil perossico

idroperoddi-

alchilperossi-

methyl hydroperoxide or hydroperoxymethane

Alcheni

-ene alchenil-

propene

Alchini -ino alchinil-

propyne

Alogenuri R X alogenuro alchilico

bromo- cloro- fluoro- iodo-

bromopropano or propil bromuro

Nitro R N

O

O

----- nitro-

nitropropane

Alcani -ano -il

alchil

propano

Areni o

Aromatici

(la priorità dipende dal

gruppo funzionale presente

sull’anello)

H

H

H

H

H

H

benzene fenil

benzene

COH

CO

C CN

CSH

CS

C CS C

S

CO

PO

O

Oδ+δ−

δ+ δ+δ−

δ+δ−

δ+δ−

δ+ δ+ δ+ δ+δ+δ− δ− δ−

δ−

Polarizzazione dei legami dei gruppi funzionali

CC

OP

O

O

O

CH

O

C

OC

C OH

OC

C O

O

C

CC S

O

CC

OCC

C N

O

δ+ δ+ δ+ δ+

δ− δ− δ−

δ− δ−

δ−

CC O

O

CCOδ−

δ−

δ−

δ−

δ−

δ−

δ− δ−

δ−δ+ δ+δ+δ+δ+

anidride

Un acido è una sostanza in grado di donare un protone (ione idrogeno, H+ o H3O+) euna base è una sostanza in grado di accettare un protone.

Acidi e basi di Brønsted-Lowry

La forza di un acido HA in soluzione acquosa viene espressa dal pKa, ossia dal logaritmo negativo della sua costante di acidità Ka

HC

N

H H

HH

CC

H

H HO

O

H CC

H

H HO

O

HC

N

H H

HH

H+ +

Acidi e basi di Brønsted-Lowry

BH+ + H2O B + H3O+

[B] [H3O+]Ka =[BH+]

Ka × Kb = = [H3O+] [OH-] = Kw = 1.00 × 10-14

B + H2O BH+ + OH-

[BH+] [OH-]Kb =[B]

[B] [H3O+][BH+]

[BH+] [OH-][B]

da cui pKa + pKb = 14

Acido piùdebole

Acido piùforte

acido carbossilico

ione imidazolio

ione ammonio

tiolo

ione alchilammonio

β-cheto estere

acqua

alcol

chetone

tioestere

estere

CH3COHO

4.76

6.95

9.26

10.3

10.66

Gruppo Funzionale Esempio pKa

NN

HH

NH4+

CH3SH

CH3NH4+

CH3CCH2COCH3

O O

H2O

CH3OH

CH3CCH3

O

CH3CSCH3

O

CH3COCH3

O

16.00

19.3

21

25

15.75

10.6

base piùforteione idrossido

guanidina

ammina

ammoniaca

imidazolo

acqua

alcol

chetone

Gruppo Funzionale Esempio pKa di BH+

NN

HH

CH3NH2

OH- H2O

CH3OH

CH3CCH3

O

-1.74

-7.5

15.75

10.66

H2NCNHCH2CH3

NHH2NCNHCH2CH3

NH2

12.5

CH3NH3+

NH3NH4+ 9.26

NN

H 6.95

H2O

CH3OH2+

H3O+

-2.05

CH3CCH3

OHbase piùdebole

The Henderson–Hasselbalch Equation

• A compound will exist primarily in its acidic form at a pH < its pKa

• A compound will exist primarily in its basic form at a pH > its pKa

• A buffer solution maintains a nearly constant pH upon addition of small amount of acid or base

[ ][ ]−+=AHAlogpHp aK

The pH indicates the concentration of hydrogen ions (H+)

• When atoms are very different in size, the stronger acid will have its proton attached to the largest atom

• When atoms are similar in size, the stronger acid will have its proton attached to the more electronegative atom

• Inductive electron withdrawal increases the acidity of a conjugate acid

Acetic acid is more acidic than ethanol

CH3COHO

CH3CH2OH

pKa = 4.76 pKa = 15.9acetic acid ethanol

The delocalized electrons in acetic acid are shared by more than two atoms, thereby stabilizing the conjugated base

CH3CO-O

CH3CO-O

• acido di Lewis : acido che non dona protoni; accettaelettroni

• base di Lewis : donatore di una coppia di elettroni

Acidi e basi di Lewis

La basicità è una misura di quanto prontamente un atomodona la sua coppia di elettroni al protone ed è unaproprietà termodinamica.

La nucleofilicità è invece la misura di quanto prontamenteun atomo dona la coppia di elettroni ad atomi diversi daH+. E' una proprietà cinetica

CONFRONTO TRA NUCLEOFILICITÀ E BASICITÀ