Derivati degli idrocarburi - dagli alcoli alle ammine, Appunti di Chimica

Scarica Derivati degli idrocarburi - dagli alcoli alle ammine e più Appunti in PDF di Chimica solo su Docsity! Derivati degli idrocarburi Alcoli Gli alcoli sono composti caratterizzati dalla presenza del ​gruppo funzionale idrossido o ossidrile ーOH legato a un atomo di carbonio ibridato ​sp​3​. La formula molecolare generale è: ​RーOH Nomenclatura alcan​ + olo (es. ​metanolo​) Il nome comune è ​alcol alchen +​ ico (es. ​alcol metilico​). Il numero indica la minore posizione di ーOH. Se l’alcol è insaturo, il primo numero indica la posizione del doppio legame, mentre il secondo indica ーOH. I sostituenti vengono indicati per primi. Gli alcol, in base al numero di gruppi alchilici legati a C, si dividono in primario (RーCH​2​ーOH), secondario e terziario. Sintesi alcoli Reazione di idratazione di alcheni Avviene in ambiente acido H​+​, tramite addizione elettrofila (segue la legge di Markovnikov) che porta ad alcol 2​ari​ e 3​ari​ (tranne l’etilene, che dà un alcol 1​ario​). Idratazione dell’etilene Reazione di riduzione di aldeidi e chetoni La reazione avviene in presenza di un riducente (simbolo [H]) e forma alcol 1​ari​ e 2​ari​. 1 Si usano solitamente LiAlH​4​ e NaBH​4​, che non intaccano doppi legami diversi da quello C＝O. Quando una molecola è più ridotta, ha più e​-​ o H; se venisse un alcol 3​ario​, C sarebbe più ossidato, non ridotto. 1 molecola o ione che, in una redox, cede e​-​ o atomi di H ad un ossidante. Il suo numero di ossidazione aumenta Proprietà fisiche degli alcoli I primi dodici alcoli sono liquidi, i successivi sono solidi. La differenza di elettronegatività tra O e H genera due parziali cariche elettriche e permette ​legami a idrogeno intermolecolari​. Ciò porta a T​e​ più alte di idrocarburi, alogenuri-alchilici ed eteri con massa corrispondente. R è idrofobico e OH idrofilo, di conseguenza 1-pentanolo sono solubili, poi R prevale e diventano insolubili. Proprietà chimiche degli alcoli Per la presenza di ーOH, gli alcoli in acqua si comportano da acidi di Brønsted - Lowry: cedono infatti H​+​ all’acqua diventando basi coniugate (RーO​ー​) mentre H​2​O diventa H​3​O​ +​ (acido coniugato dell’acqua). ROH + H​2​O ⇌ RO​ ー​ + H​3​O​ + K​a​ (costante di diassociazione acida) indica la forza di un acido: ​K​a​ ＝ [RO​ ー​][H​3​O​ +​]/[ROH] Gli acidi hanno ​K​a​ molto bassi (10​ ー16/ー18​) e sono dunque acidi deboli. La loro acidità aumenta con la diminuzione di R (un alcol 1​ario​ è più acido di uno 2​ario​), in quanto lo ione alcossido prodotto (base coniugata) è più stabile se meno ingombrante. Se R è elettronattrattore, l’alcol è più acido; se R è elettrondonatore, l’alcol è meno acido. Avendo O due doppietti liberi, l’alcol può essere una base di Lewis (condivide un doppietto con un acido). L’alcol si lega ad un protone e forma un carbocatione (R​+​): RーOH + H​+​ ⇌ RーOHーH ⇌ R​+​ + H​2​O Un alcol 3​ario​ è più basico di uno 2​ario​, perché il carbocatione 3​ario​ è più stabile di uno 2​ario​. Gli alcoli sono dunque anfoteri​. Le reazioni degli alcoli La reazione di rottura dei legami OーH L’alcol si comporta da acido (cede H) con un metallo alcalino (Li, Na,...) formando ​sali alcossidi​ e idrogeno: 2ROーH + 2Me → 2ROMe + H​2 La reazione di rottura del legame CーO L’alcol si comporta da base accettando H​+​ in ambiente acido e ad alte temperature: HーCH​2​ーCH​2​ーOH → CH​2​＝CH​2​ + H​2​O ​etanolo Questa disidratazione in acido solforico è una reazione di eliminazione che produce alcheni.   Le reazioni di aldeidi e chetoni La reazione di addizione nucleofila La più comune è l’addizione di alcoli in presenza di catalizzatore acido (necessario in quanto l’alcol è un acido debole); il prodotto è un emiacetale (o un emichetale): (La reazione mostrata in figura riguarda le aldeidi; un chetone avrebbe avuto un altro gruppo organico legato a C al posto di H). Eliminando acqua, la funzione continua fino a formare acetali o chetali (il gruppo OH dell’emiacetale/chetale viene sostituito da OR’’). La reazione di riduzione La reazione di riduzione di aldeidi e chetoni con idruri metallici (HLi, HNa,...) porta alla formazione di alcoli 1​ari​ e 2​ari​. La reazione di ossidazione Avviene sovente con le aldeidi, perché i chetoni non hanno H legati al C del gruppo carbonile. Si formano gli acidi carbossilici corrispondenti: I reattivi di Fehling e di Tollens I reattivi di Fehling e di Tollens rivelano la presenza di aldeidi in una soluzione, cambiando colore e consistenza: - il reattivo di Fehling è costituito da Cu​2+​ che, da azzurro, forma un precipitato rosso scuro (Cu​2​O) a contatto con aldeidi. - il reattivo di Tollens è una soluzione di NH​3​ e Ag​ +​ [Ag(NH​3​)​2​]. A contatto con aldeidi si forma argento metallico (saggio dello specchio d’argento)   Gli acidi carbossilici Il gruppo carbossile è formato da due gruppi funzionali Gli acidi carbossilici sono composti organici caratterizzati dal gruppo funzionale carbossilico ーCOOH, costituito da due gruppi funzionali: il gruppo carbonile ＝CO e il gruppo ossidrile ーOH. L’ibridazione del carbonio è ​sp​2​. La formula molecolare e la nomenclatura degli acidi carbossilici Gli acidi carbossilici possono essere alifatici o aromatici. I primi vengono denominati premettendo acido​ seguito da ​alcan-​oico. La conta parte da ーCOOH (nei nomi comuni invece si denomina con α l’atomo C legato al gruppo ーCOOH). Il gruppo carbonile (qualora ci fosse) si indica con ​-osso-​. Gli acidi che hanno più di 11 atomi C sono detti ​acidi grassi​ (possono essere saturi, insaturi e polinsaturi); questi hanno sempre configurazione -cis. Se coniugati con il glicerolo (un alcol) diventano trigliceridi (grassi e oli). Gli acidi carbossilici aromatici hanno nomi comuni. La sintesi degli acidi carbossilici Si ottengono dall’​ossidazione di aldeidi ​(ottenute anche ossidando alcol 1​ari​). Le proprietà fisiche e chimiche degli acidi carbossilici I primi quattro membri sono liquidi. Formano legami a H intermolecolari, per cui hanno T​e​ maggiori degli idrocarburi e degli alcoli corrispondenti. Sono solubili in acqua fino a quando il gruppo organico non prevale. In acqua si comportano da acidi di Brønsted-Lowry (formando uno ione carbossilato e uno ione ossonio). Sono acidi deboli (​K​a​ ＝ 10​ -3/-5​). Il livello di acidità varia a seconda dei sostituenti; gli elettrondonatori (come i metili) diminuiscono l’acidità, gli elettronattrattori la aumentano e la distanza COOHーsostituente è inversamente proporzionale al loro effetto. Ad acido forte corrisponde base coniugata debole: per questo gli acidi carbossilici sono più acidi degli alcoli (la carica negativa della basi è per l’alcol localizzata su O, per l’acido carbossilico è delocalizzata sui due O). Le reazioni degli acidi carbossilici Esistono due tipi di reazione, la rottura del legame OーH e la sostituzione di ーOH. Nel primo caso, una base forte , a contatto con un acido carbossilico, dà origine al sale dell’acido (che 3 nel nome perde ​-oico ​e acquista ​-oato​) e ad acqua: 3 ossidi e idrossidi del primo e del secondo gruppo della tavola periodica ​Acido metanoico idrossido di sodio metanoato di sodio acqua Nella sostituzione elettrofila acilica, ーOH viene sostituito a un agente nucleofilo, come ーOR degli alcoli o ーNH​2​ dell’ammoniaca. I prodotti principali sono gli esteri e le ammidi. Derivati degli acidi carbossilici e acidi carbossilici polifunzionali Gli esteri: l’ossidrile sostituito al gruppo alcossido I derivati degli acidi carbossilici sono composti nei quali l’ossidrile del gruppo ーCOOH è sostituito da un altro gruppo funzionale. Gli esteri sono derivati nei quali il gruppo ossidrile ーOH è stato sostituito con il gruppo alcossido ーOR degli alcoli. La formula generale degli esteri è RーCOOR’ La nomenclatura degli esteri Il nome deriva dalla componente acida (RーCO) con il suffisso ​-ato​ e dal nome del gruppo alchilico della componente alcolica (OR’): ​metanoato di metile La sintesi degli esteri Avviene per sostituzione nucleofila tra acidi carbossilici e un alcol, in presenza di un catalizzatore acido: Le reazioni degli esteri La reazione più nota è l’idrolisi basica. Avviene con una base forte in acqua e fornendo calore. I prodotti sono il sale dell’acido e un alcol