CHIMICA ORGANICA PROF. LUCIO PREVITERA Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica 1Mb18 tf: 081674122 e-mail: lucio.previtera@unina.it

Ricevimento: martedì e giovedì ore 14,00 – 16,30 P Y BRUICE CHIMICA ORGANICA J McMURRY CHIMICA ORGANICA W BROWN, C S FOOTE, B L IVERSON CHIMICA ORGANICA W BROWN, T POONE INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ORGANICA P Y BRUICE ELEMENTI DI CHIMICA ORGANICA

CICLO BIOLOGICO DEL CARBONIO Il ciclo biologico del carbonio comprende solo due componenti principali: l'anidride carbonica e i composti organici del carbonio. Il ciclo biologico del carbonio è un ciclo in cui l'elemento, sotto forma di anidride carbonica, entra nella biosfera e, tramite la fotosintesi (che produce tutto il carbonio organico della biosfera odierna), è trasformato in composti organici, i carboidrati (biochimica del ciclo del carbonio). I prodotti primari della fotosintesi sono soggetti a un gran numero di trasformazioni chimiche nelle piante e successivamente negli altri organismi delle catene_alimentari.

Alcune trasformazioni hanno significato biosintetico, altre energetico. Il carbonio viene riportato alla riserva atmosferica sotto forma di anidride carbonica tramite i processi di respirazione di piante, animali, batteri e funghi. Del carbonio presente nei resti organici una parte viene recuperata attraverso i processi di decomposizione che avvengono in ambiente aerobico o anaerobico; un'altra parte viene incorporata nei sedimenti.

CICLO GEOCHIMICO DEL CARBONIO Il ciclo geochimico regola il trasferimento del carbonio fra litosfera, idrosfera e atmosfera. L'anidride carbonica presente nell'atmosfera si solubilizza nell'acqua piovana con formazione dell’acido carbonico. L'acido carbonico modifica chimicamente i minerali carbonatici e silicatici (alterazione delle rocce carbonatiche e silicatiche) liberando ioni bicarbonato, ioni calcio e silice che passano in soluzione.

Questi soluti vengono trasportati dai fiumi fino agli oceani (ciclo dell'acqua), dove organismi viventi incorporano in gusci e scheletri gli ioni calcio e bicarbonato, formando nuovamente carbonato di calcio e liberando anidride carbonica. In tale processo torna all'atmosfera circa la metà dell'anidride carbonica. Gusci e scheletri, alla morte degli organismi, si depositano (deposizione_dei_carbonati) sui fondali e vengono sepolti da altri sedimenti. Altri carbonati si depositano per precipitazione diretta dall'acqua.

L'accumulo di questi carbonati produce circa l'80% del carbonio depositato sul fondo oceanico; il rimanente 20% è fornito dalla materia organica morta. I fondali oceanici si espandono e scorrono sotto i continenti trasportando i sedimenti in profondità. Esposti ad alte temperature e pressioni i sedimenti liberano, molti milioni di anni più tardi, anidride carbonica, che rientra nell'atmosfera, soprattutto attraverso le eruzioni vulcaniche

calcite

magnesite siderite

Effetto serra - Il meccanismo Il sole diffonde la sua energia all'interno del sistema solare, che per sua natura e' piuttosto freddo. In pianeti privi di atmosfera e di effetto serra l'escursione termica tra giorno e notte e' molto alta: su Marte il sole scalda la superficie fino a 36.7 °C durante il giorno, ma la notte la temperatura puo' scendere fino a -122.8 °C, mentre su Venere l'atmosfera intrappola a tal punto il calore del sole che la temperatura media e' 460 °C.

Sul nostro pianeta l'atmosfera contiene dei gas (Tabella 1) che intrappolano il calore del sole, dandoci l'effetto serra. Quando i raggi del sole colpiscono la terra, il 30% della luce visibile viene riflessa indietro nello spazio, il 25% a causa delle nuvole, il 5% del ghiaccio; il 70% viene catturato da questi gas serra, riscaldando la terra e specialmente gli oceani. Le piante, le alghe e il fitoplancton oceanico catturano l'energia solare tramite fotosintesi, e la usano per convertire l'anidride carbonica in carbonio (ciclo del carbonio).

Nel ciclo naturale del carbonio, circa meta' della CO2 atmosferica viene scambiata con le foreste e il suolo e meta' con gli oceani, dando come risultato nessun aumento del carbonio in atmosfera. Nel ciclo perturbato del carbonio che stiamo creando con l'inquinamento, circa un quarto sta andando al suolo e alla vegetazione, un quarto agli oceani e meta' si sta accumalando nell'atmosfera, intrappolando il calore del sole.

Gas serra naturali e antropogenici Emissioni antropogeniche H2O (vapore) CO2 CH4 N2O (ossido di azoto) O3   N2O

Dalla rivoluzione industriale del 18esimo secolo, principalmente tramite processi di combustione di combustibile fossile, abbiamo aggiunto 10 miliardi di tonnellate di carbonio equivalenti ai gas serra naturali.

COMPOSTI ORGANICI

Insieme dei composti del carbonio, a esclusione del monossido e del biossido di carbonio e dei carbonati (che rientrano tra i composti inorganici). Il termine organico fu introdotto agli inizi dell'800 dal chimico svedese J. J. Berzelius (1779-1848) per designare tutti quei composti che si pensava potessero essere prodotti solo dagli organismi viventi. In seguito (1828), il chimico tedesco F. Wöhler (1800-82) riuscì a preparare, a partire da composti inorganici, l'urea, un composto organico presente nell'urina, dimostrando la possibilità di produrre per sintesi i composti organici (che da allora vengono definiti semplicemente come i composti del carbonio).

Attualmente sono noti più di 2 milioni di composti organici, considerando sia quelli naturali, sia quelli ottenuti esclusivamente per sintesi in laboratorio, e il loro numero tende ad aumentare di ca 100 000 unità all'anno. Le ragioni di questa enorme diffusione e varietà di molecole, che testimonia della grande versatilità del carbonio, sono molteplici ma sono riconducibili sostanzialmente a due circostanze di base:

la capacità dell'atomo di carbonio di formare quattro legami covalenti stabili, associata al suo piccolo raggio di legame e alla sua non elevata elettronegatività, che permettono la formazione di legami carbonio-carbonio estesi a catene che possono contenere da pochi a centinaia di migliaia di atomi di carbonio, secondo una varietà di combinazioni quasi infinita; b) la possibilità dei composti del carbonio di esistere in due o più forme isomere, aventi cioè la stessa formula bruta, ma diversa disposizione spaziale degli atomi costituenti e, conseguentemente, differenti caratteristiche chimiche.