10.07 – Derivati degli idrocarburi: Alogenuri, alcoli, fenoli e tioli

10.07 – Derivati degli idrocarburi: Alogenuri, alcoli, fenoli e tioli

La maggior parte delle molecole organiche contiene altrielementi oltre a C e H. L’introduzione di un atomo di un elemento diverso come l’ossigeno e l’azoto (detti eteronomi) o di un gruppo di atomi nella struttura degli idrocarburi porta a notevoli mutamenti della loro reattività e delle proprietà fisiche.

Gli atomi di elementi diversi o i gruppi di atomi sono detti gruppi funzionali. Si può effettuare una classificazione dei composti organici sulla base dei gruppi funzionali che la compongono.

Sono infatti i gruppi funzionali che determinano le proprietà chimiche e fisiche della molecola.

ALOGENURI ALCHILICI:

Gli alogenuri alchilici sono dei composti organici, saturi o insaturi, derivati dagli idrocarburi alifatici per sostituzione di uno o più atomi di idrogeno con altrettanti atomi di alogeni (fluoro, cloro, bromo e iodio). Analoghi a loro sono gli alogenuriarilici, derivati allo stesso modo da idrocarburi aromatici. Hanno formula generale: R-X (X = Cl, Br, e I)

Per quanto riguarda la nomenclatura bisogna considerare i composti come un alogenuro di un radicale alchilico o come un normale sostituente di una catena alifatica

Gli alogeni alchilici danno 2 tipi di reazioni:

• reazioni di sostituzione nucleofila: Nella descrizione della reazione, il reagente organico (alogenuro) viene detto substrato. L’attacco del nucleofilo promuoverà il distacco dell’atomo di alogeno che si porterà via gli elettroni di legame. Il risultato sarà la sostituzione dell’atomo di alogeno, che viene detto gruppo uscente, con il nucleofilo.

• reazioni di eliminazione o deidrogenazione: quando si fa reagire con una base forte un alogenuro alchilico che ha un atomo di idrogeno legato ad un atomo di carbonio adiacente a quello che lega l’alogeno, si ottiene una reazione di eliminazione con formazione di un alchene.

ALOGENURI ARILICI:

Gli alogenuri arilici sono composti organici aromatici e si presentano, a temperatura ambiente, come un liquido incolore oleoso o come solidi cristallini. Risultano insolubili in acqua e solubili in etere. La loro formula generale è Ar-X. Per la nomenclatura il nome si ottiene mettendo prima il nome del benzene e poi il nome dell’alogenuro. Attenzione: se è presente l’alogeno la molecola è polare perché l’alogeno è più elettronegativo del carbonio

Le reazioni tipiche degli alogenuri arilici sono le seguenti sostituzioni dell’alogeno con il gruppo:

•  –OH con conseguente formazione del fenolo
•  – NH₂ con conseguente formazione dell’anilina
•  –CN con conseguente formazione del cianobenzene

ALCOLI O ALCOOLI O ALCOLI MONOFUNZIONALI:

Gli alcoli sono composti organici di struttura simile agli alcani, in cui un atomo di idrogeno è sostituito da un gruppo ossidrilico (-OH), hanno infatti formula generale: R-OH. Possono essere immaginati come derivanti da H₂0 per sostituzione degli atomi di idrogeno con 2 gruppi alchilici (R) o con 2 gruppi arilici (Ar). In base al tipo di atomo di carbonio a cui è legato il gruppo -OH gli alcoli si suddividono in:

Primari -> -OH legato a un atomo di carbonio con un R

Secondari -> -OH legato a un atomo di carbonio con 2 R

Terziari -> -OH legato a un atomo di carbonio con 3 R

Negli alcoli primari e secondari l’atomo di carbonio che lega -OH possiede ancora atomi di idrogeno che possono essere rimossi con un agente ossidante

Nomenclatura:

1- Si numera la catena più lunga contenute il gruppo -OH

2- La numerazione della catena deve attribuire il numero più basso al carbonio che lega l’OH

3- Il nome si ottiene sostituendo la lettera finale dell’idrocarburo con la desinenza -olo e indicando con un numero la pozione del gruppo -OH

Per gli alcoli polifunzionali si utilizzano le desinenze -diolo (per alcoli con 2 -OH) e -triolo (per alcoli con 3 -OH)

Attenzione: per alcuni alcoli si utilizzano i nomi d’uso o nomi comuni

Le proprietà fisiche degli alcoli sono determinate sia dal gruppo -OH a carattere idrofilo sia dalla posizione alchilica della molecola a carattere idrofobico. La presenza del gruppo -OH rende la molecola polare e grazie a questo gruppo gli alcoli possono formare legami intermolecolari e legami idrogeno con H₂0. Gli alcoli hanno punti di fusione e di ebollizione più alti degli idrocarburi a ugual numero di atomi di carbonio

Gli alcoli fino a 3 atomi di carbonio sono solubili in H₂0. La solubilità diminuisce all’aumentare del numero di carbonio della catena e diminuisce anche perché prevale il carattere idrofobico della catena idrocarburica rispetto al carattere idrofilo del gruppo alchilico

Le proprietà chimiche sono determinate da -OH cioè la presenza dell’atomo di ossigeno (molto più elettronegativo dell’atomo di carbonio) provoca una separazione di cariche nella molecola; questa separazione la rende più reattiva della molecola degli idrocarburi. Sono anfoteri e acidi deboli.

La reazione più caratteristica degli alcoli è la reazione di ossidazione:

• Se “faccio” una reazione di ossidazione con l’alcol primario, questo (intendo l’alcol primario) può diventare un’aldeide

Se nella ossidazione degli alcoli primari utilizzo un ossidante forte (Es.: KMnO₄, CrO₃ e Na₂Cr₂O₇) l’aldeide prodotta viene poi ossidata a acido carbossilico; per fermare la reazione all’aldeide bisogna utilizzare un ossidante debole

• Se “faccio” una reazione di ossidazione con l’alcol secondario, questo (intendo l’alcol secondario) può diventare un chetone

Gli alcoli terziari possono essere trasformati in acidi alogenuri con calore

Per trasformare in alogenuri alchilici gli alcoli primari e secondari si usano specifici agenti alogenanti (Es.: SOCl₂)

Se faccio reagisce gli alcoli + H₂SO₄ concertato con elevata temperatura avviene una reazione di distrazione, i prodotti sono: alchene + H₂O ed è la reazione inversa della reazione di eliminazione della molecola di alcol o della reazione di addizione di H₂0 agli alcheni

Gli alcoli possono essere ottenuti con l’idratazione degli alcheni e con la riduzione delle aldeidi e dei chetoni

Gli alcoli più comuni sono:

Metanolo (CH₃OH):

Si utilizza come solvente, come anticongelante e come materia prima per la preparazione della formaldeide e altri composti organici. È una sostanza ubriacante e tossica. I suoi effetti tossici sono dovuti al suo prodotto di ossidazione enzimatica cioè l’aldeide formica. I danni più gravi vengono causati alla retina e al nervo ottico infatti può portare a cecità. Si produce per idrogenazione del CO. È una sostanza chimica di sintesi

È un intermedio dell’industria chimica

Ha buone caratteristiche di carburante per autotrazione infatti se è prodotto a partire dal carbone, è un’alternativa al greggio petrolifero

Viene usato nelle celle a combustione

Etanolo o alcol etilico (C₂H₅OH):

È l’alcol più noto ed è un costituente essenziale di tutte le bevande alcoliche

Si può ottenere con la fermentazione di soluzioni zuccherine a opera di alcuni microrganismi (come lieviti) o con idratazione dell’etilene in ambiente acido

I superalcolici sono ottenuti dalla distillazione di soluzioni a minore contenuto di etanolo

Se lo ossido da come prodotto l’aldeide acetica o etanale

In alcuni paesi (Es.: Brasile) viene usato come combustibile apposto della benzina perché viene prodotto dalla fermentazione di masse vegetali di varia natura e l’etanolo ottenuto da questa via si chiama bioetanolo

Si usa come carburante

Si usa nell’industria dei solventi, dei profumi e dei cosmetici

Glicol etilenico o 1,2-etandiolo (C₂H₆O₂):

È un alcol con 2 gruppi -OH. Ha un elevato punto di ebollizione e ha una completa miscibilità in H₂0

È utilizzato come liquido anticongelante, come liquido di raffreddamento dei motori e anche per la produzione di resine e fibre sintetiche

Glicerolo o glicerina o 1,2,3 – propantriolo (C₃H₈O₃):

È un liquido denso e dolciastro. È solubile in H₂0 ed è utilizzato dall’industria dei cosmetici e delle vernici. Si usa principalmente per produrre la nitroglicerina. È un esplosivo potente. È poco maneggevole perché è sensibile agli urti. Si ottiene facendo reagire la glicerina + miscela di acido nitrico e solforico. Ha una azione vasodilatatrice

Fenoli:

I fenoli sono sostanze derivate dagli idrocarburi aromatici per la sostituzione di uno o più atomi di idrogeno con gruppi ossidrile -OH.

Sono alcoli aromatici che contengono uno o più -OH legati a un carbonio dell’anello aromatico (si chiama gruppo arilico cioè Ar)

Formula generale: Ar-OH

Desinenza: -olo

Nomenclatura: il nome deriva dagli idrocarburi, però prima si mette il prefisso idrossi- e poi si mette il numero che “dice” la posizione degli -OH. Sono ancora utilizzati i nomi d’uso o nomi comuni (Es.: pirocatenolo, resorcina, idrochinone e paracresolo)

• Possono essere immaginati come derivanti da acqua per sostituzione degli atomi di idrogeno con 2 gruppi alchilici (R) o con 2 gruppi arilici (Ar)
• Sono solubili in acqua
• Sono solidi, tranne i cresoli
• Sono acidi più forti degli alcoli per la maggiore stabilità dello ione fenossido (è una base coniugata; simbolo: ArO^–) rispetto lo ione alcossido (è una base coniugata; simbolo: R0-. Per ottenerli devo fare reagire alcol con il sodio metallico)
• L’acidità dei fenoli aumenta in presenza di gruppi sostituenti elettron-attrattori (Es.: alogeni, gruppo nitro e gruppo nitrile (C ≡N); aumenta perché questi gruppi migliorano l’effetto di dispersione della carica negativa dell’anione). Invece diminuisce in presenza dei gruppi sostituenti elettron-repulsori (Es.: gruppi alchilici, gruppo ossidrile (OH) e gruppo alcossile (OR), gruppi ammidici (NH₂), gruppo tiolo (SH) o mercapto (SR))
• Il punto di fusione aumenta all’aumentare del numero dei gruppi -OH
• La presenza dell’anello benzolico influenza le proprietà del gruppo -OH
• I fenoli danno reazione di dissociazione acida
• Si ossidano facilmente
• Il p-benzochinone e gli ubrichinoni (si chiamano anche coenzimi Q, sono molecole che operano all’interno dei mitocondri cellulari e fungono da trasportatori mobili di elettroni della catena respiratoria) passano facilmente dalla forma chinonica a quella idrochinonica
• Hanno proprietà antiossidanti
• Vengono aggiunti agli alimenti perché lì proteggono dall’azione dell’ossigeno (responsabile dell’irrancidimento dei grassi (è il risultato di una serie di reazioni di idrolisi o di ossidazione attraverso le quali gli acidi grassi si degradano dando luogo a aldeidi + chetoni + acidi + alcoli) o delle variazioni di colore della frutta e verdura tagliata)
• Hanno azione disinfettante
• I fenoli più importanti sono:
  • Timolo -> disinfettante del cavo orale ed è un componente delle paste dentifricie
  • Guaiacolo -> espettorante (= facilita l’espulsione del catarro bronchiale) per via orale. e componente di alcuni sciroppi per la tosse
  • Paracetamolo (C₈H₉NO₂) -> antipiretico (= capace di ridurre la temperatura corporea durante la febbre), analgesico e può essere usato apposta dell’aspirina
  • Butildrossianisolo -> antiossidante per alimentari (Es.: farina, biscotti e cioccolato)
  • Eugenolo -> è antibatterico, è usato dai denti e viene estratto dai chiodi di garofano

Tioli o mercaptani e Tiofenoli:

• Formula generale dei tioli:
• Per i tioalcoli -> R-SH
• Per i tiofenoli -> Ar-SH
• Gruppo funzionale: -SH -> si chiama gruppo solfidrico
• Nomenclatura: il nome deriva dall’idrocarburo sostituendo la lettera finale con la desinenza -tiolo