23 CAPITOLO I gruppi funzionali Indice I gruppi funzionali Alogenuri alchilici Alcoli Fenoli Eteri Aldeidi e chetoni Acidi carbossilici I grassi Il sapone e i detergenti Ammine I composti eterociclici I polimeri Gomme sintetiche e gomme naturali

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I gruppi funzionali 1 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I gruppi funzionali Per gruppi funzionali s’intendono atomi o raggruppamenti atomici, legati ad una catena carboniosa, che determinano la reattività chimica dei composti organici. GRUPPI FUNZIONALI DELLE PRINCIPALI FAMIGLIE ORGANICHE.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Alogenuri alchilici Gli alogenuri alchilici hanno come formula generale R – X, dove R è un gruppo alchilico ed X, il gruppo funzionale, è un alogeno. 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

CH3 − CH2 − CH − CH3 – Cl CH3 − CH2 − CH2 − Br CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Alogenuri alchilici Nella nomenclatura IUPAC gli alogenuri alchilici vengono considerati derivati dagli idrocarburi. Si numera la catena idrocarburica partendo dal carbonio più vicino all’alogeno. Nella nomenclatura tradizionale, il nome dell’alogeno si tramuta nel corrispondente alogenuro che viene seguito dal nome del gruppo alchilico. CH3 − CH2 − CH − CH3 1 2 3 4 2-clorobutano (cloruro di sec-butile) – Cl CH3 − CH2 − CH2 − Br 1 2 3 1-bromopropano (bromuro di n-propile)

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Alogenuri alchilici CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 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.

R − OH CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 3 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 secondario Alcool terziario

CH3 – OH CH3 – CH2 – OH CH3 – CH2 – CH2 – OH CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 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. 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)

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Alcoli Gli alcoli presentano alte temperatura di ebollizione perché possono formare legami a idrogeno intermolecolari.

C6H12O6(aq)  2 C2H5OH(aq) + 2 CO2(g) 3 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Alcoli 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: glucosio etanolo alimentare C6H12O6(aq)  2 C2H5OH(aq) + 2 CO2(g)

CH2 – OH CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 3 Alcoli Il glicol etilenico è un alcool con due gruppi ossidrilici. Viene adoperato come anticongelante nei radiatori delle automobili e, in generale, come solvente.

CH2 – OH CH – OH CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 3 Alcoli La glicerina CH2 – OH CH – 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.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Fenoli 4 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 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.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Fenoli 4 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 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.

R – O – R’ CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 5 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 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: CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3  dietiletere Gli eteri sono ottimi solventi di composti organici, e vengono usati per l’estrazione di questi composti dai loro prodotti naturali.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Aldeidi e chetoni 6 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 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.

(dimetilchetone o acetone) 6 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 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)

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Aldeidi e chetoni 6 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Aldeidi e 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.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Acidi carbossilici 7 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Acidi carbossilici Gli acidi carbossilici sono caratterizzati dalla presenza di un gruppo carbossilico legato ad un gruppo alchilico R o a un gruppo aromatico Ar.

CH3 – COOH CH3 – CH2 – CH2 – COOH CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI 7 Acidi carbossilici La nomenclatura IUPAC prevede per gli acidi carbossilici nomi che derivano dall’alcano corrispondente, cambiando il suffisso -o in -oico, preceduto dal termine acido. Oltre alla IUPAC, risulta ancora utilizzata la nomenclatura tradizionale. CH3 – COOH acido etanoico (acido acetico) acido butanoico (acido butirrico) CH3 – CH2 – CH2 – COOH

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Acidi carbossilici 7 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Acidi carbossilici Gli acidi carbossilici hanno notevoli temperature di ebollizione perché tra due molecole di acido si formano due legami a idrogeno. PROPRIETÀ DI ALCUNI ACIDI CARBOSSILICI, ALIFATICI E AROMATICI I primi quattro termini della serie sono completamente solubili in acqua.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Acidi carbossilici 7 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Acidi carbossilici Il gruppo – OH degli acidi carbossilici può essere sostituito da differenti atomi o gruppi di atomi. Si ottengono quattro classi importanti di derivati degli acidi carbossilici. cloruro acilico anidride ammide estere I cloruri acilici sono più reattivi degli acidi carbossilici. acido acetico alcool etilico acetato di etile (estere)

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I grassi 8 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I grassi Gli esteri più importanti che si trovano in natura sono i trigliceridi rappresentati dai grassi animali o vegetali (i grassi liquidi vengono comunemente chiamati oli). I grassi e gli oli sono esteri del glicerolo (trigliceridi) con acidi carbossilici, a catena lunga, sia saturi che insaturi. dove i tre gruppi R possono essere uguali o differenti.

sale di sodio dell’acido carbossilico 8 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I grassi Le molecole dei grassi trattate a caldo con una soluzione acquosa di idrossido di sodio subiscono il processo di saponificazione: si ottengono il glicerolo e il sale di sodio degli acidi carbossilici, insolubile, che costituisce il sapone (idrolisi salina). grasso glicerolo sale di sodio dell’acido carbossilico Il sapone contiene un gruppo polare – COO detto testa, e una catena idrocarburica non polare detta coda.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I grassi 8 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I grassi La catena idrocarburica scioglie il grasso e lo porta in soluzione sotto forma di una emulsione di olio in acqua.

Il sapone e i detergenti 9 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Il sapone e i detergenti I saponi non svolgono la loro funzione detergente con le acque dure, cioè ricche di ioni metallici, perché lo ione carbossilico si trasforma nei corrispondenti composti di Ca2+ ed Mg2+ insolubili, che si depositano nelle vasche da bagno, e conferiscono ai tessuti bianchi un alone grigio. I detergenti sintetici nascono dall’esigenza di ovviare a questo inconveniente, e di utilizzare i derivati della petrolchimica a basso costo. Uno dei detergenti più comuni ed efficaci è l’alchilbenzensolfonato sodico. Uno dei migliori detersivi biodegradabili è il n-lauril-solfato di sodio, che contiene una catena a dodici atomi di carbonio:

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Ammine 10 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Ammine Le ammine si possono considerare derivate dall’ammoniaca, NH3, per sostituzione di uno o più atomi di idrogeno con gruppi alchilici R oppure aromatici Ar. ammina primaria ammina secondaria ammina terziaria Modello molecolare dell’anilina. Modello molecolare di un’ammina alifatica primaria, la metilammina. Modelli molecolari

CH3 – N – CH3 CH3 – NH2 CH3 – CH2 – CH2 – NH2 10 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Ammine La nomenclatura IUPAC delle ammine prevede che il nome della catena dell’alcano sia modificato sostituendo la -e finale del gruppo alchilico con -ammina. CH3 – N – CH3 trimetilammina metilammina CH3 – NH2 CH3 – CH2 – CH2 – NH2 propilammina Le ammine aromatiche sono chiamate aniline oppure benzenammine.

I composti eterociclici 11 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I composti eterociclici Ogni molecola ciclica che contiene uno o più atomi diversi dal carbonio è detta composto eterociclico. Pirrolo Furano Tiofene Piridina

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I polimeri 12 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I polimeri I polimeri sono macromolecole, cioè composti organici di elevata massa molecolare, che possiedono una struttura a catena. La catena è costituita da un insieme di piccole molecole (con bassa massa molecolare) chiamate monomeri, legate le une alle altre mediante legami covalenti. Per polimerizzazione s’intende il processo con cui piccole molecole (monomeri) si legano tra loro per formare una grossa molecola (polimero).

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I polimeri 12 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I polimeri I polimeri di addizione derivano da monomeri che contengono un doppio legame tra due atomi di carbonio. In presenza di catalizzatori si rompe il doppio legame ed i monomeri si uniscono con migliaia di legami covalenti per formare il polimero. L’esempio più noto di questo tipo di polimero è il polietilene.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I polimeri 12 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I polimeri I polimeri di condensazione derivano da molecole che possiedono due gruppi funzionali, per cui i monomeri si legano eliminando H2O oppure H  Cl. Esempi di questo tipo di polimero sono il Nylon 6,6 e il PET.

CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I polimeri 12 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI I polimeri I polimeri che trovano applicazioni in diversi settori sono: - il polimetacrilato di metile, più noto come plexiglas; - le resine epossidiche; - le resine poliestere insature; - il cloruro di polivinile (PVC); - le resine polistiroliche; - il polistirolo espanso; - le resine poliuretaniche espanse.

Gomme sintetiche e gomme naturali 13 CAPITOLO 23. I GRUPPI FUNZIONALI Gomme sintetiche e gomme naturali La prima gomma di sintesi fu realizzata nel 1939, con un processo di polimerizzazione di addizione, utilizzando come monomero il butadiene CH2 = CH – CH = CH2, che si ricava per deidrogenazione del butano. Il butadiene (1,3-butadiene) è un alchene con due doppi legami alternati, cioè separati da un legame semplice. La gomma naturale è un polimero dell’isoprene, 2-metilbutadiene. Nel polimero ogni molecola di isoprene risistema i due doppi legami formandone uno solo al centro: Ambedue le gomme, naturale e sintetica, devono essere sottoposte alla vulcanizzazione con zolfo, processo scoperto da Goodyear nel 1841.