ACIDI CARBOSSILICI Sono dei composti che hanno come gruppo funzionale il carbossile Il carbossile è formato da un carbonile (come quello di aldeidi e chetoni) legato anche ad un gruppo OH. I tre atomi del gruppo carbossilico (ossigeno, carbonio, ossigeno) hanno ibridazione sp2 e questo permette ai loro elettroni p di essere delocalizzati in tutto il sistema. carbossilato (carica negativa delocalizzata sui due ossigeni) Il carbonile degli acidi carbossilici è meno reattivo con i nucleofili rispetto al carbonile di aldeidi e chetoni perché: La maggiore acidità del (OH) del carbossile rispetto a quello alcolico è dovuta al fatto che l’idrogeno che viene strappato in un acido permette la delocalizzazione della carica negativa che si forma e non viene bloccata sull’ossigeno (come in un alcol), ma è distribuita sui due ossigeni per risonanza. alcossido (carica negativa ferma)

Nomenclatura Le regole IUPAC: uso del termine acido + il suffisso -oico Acidi Alifatici Acidi Aromatici Per gli acidi Bicarbossilici: acido + il suffisso dioico Acidi bicarbossilici Alifatici Acidi bicarbossilici Aromatici

Acidi carbossilici a catena alifatica Acidi bicarbossilici a catena alifatica

Preparazione degli acidi I metodi ossidativi , l’uso dei reattivi di Grigard e l’idrolisi dei nitrili sono i più usati per ottenere acidi Gli ossidanti sono i soliti KMnO4, Na2Cr2O7, CrO3 ecc. Alifatici reattivi di Grigard Aromatici R-CH2-CN + 2 H2O + OH- → R-CH2-COO- + NH4OH l’idrolisi dei nitrili N.B. il nitrile è stato sintetizzato da un alogenuro alchilico con cianuri

Proprietà fisiche I primi termini della serie sono liquidi incolori con odori pungenti o sgradevoli. Composti polari e, come gli alcoli, formano legami idrogeno con se stessi o con altre molecole. Di conseguenza: punti di ebollizione elevati, più elevati degli alcoli di pari peso molecolare. [es. l'acido acetico e l'alcol propilico hanno lo stesso peso formula (60) e bollono rispettivamente a 118°C e 97°C]. Le proprietà fisiche sono dovute al fatto che si possono formare forti legami idrogeno che portano alla formazione di dimeri. Come dimeri sono solubili anche nei solventi relativamente non polari

Acido carbossilico aldeide Nu: Le proprietà chimiche del gruppo carbossilico possono essere dedotte dal profilo del potenziale elettrostatico accumulo di carica positiva H relativamente acido accumulo di carica negativa O relativamente basico Carbonio non particolarmente elettrofilo Acido carbossilico aldeide Nu: Rezione favorita Reazione sfavorita STRUTTURE RISONANTI DELLA FUNZIONE CARBOSSILICA

Acidità Gli acidi carbossilici si dissociano nell'acqua per formare un anione carbossilato e uno ione idronio. es. l'acido acetico è 1011 volte, cioè cento miliardi di volte, più acido dell'etanolo. N.B. Occorre ricordare che, quanto più è grande il valore di Ka, o più piccolo il valore di pKa, tanto più forte è l'acido

Costanti di acidità

Effetto induttivo della risonanza Fra acidi carbossilici le acidità possono variare a seconda degli altri gruppi presenti nella molecola. es. tra l'acido acetico e gli acidi mono-, di- e tricloroacetico, l'acidità aumenta di 10 000 volte, Ciò è dovutol'effetto induttivo dei gruppi vicini al carbossile. L’effetto trasmette la carica lungo i legami, polarizzando gli elettroni di legame in direzione degli atomi più elettronegativi

Salificazione Proprietà dei Sali Gli acidi carbossilici reagiscono con le basi forti per formare dei sali. Esempi per la nomenclatura: Proprietà dei Sali • Di solito sono solidi e non hanno odore. • I sali carbossilati di Na+ , K+, Li+ e NH +4 sono solubili in acqua. • I saponi sono i sali di sodio solubili di acidi grassi a lunga catena.

BIOCHIMICA DEL LEGAME H È UNA DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI DELL’ORGANIZZAZIONE MOLECOLARE DEI SISTEMI VIVENTI. PUÒ INTERESSARE GRUPPI O GRUPPI O--H MA ANCHE GRUPPI N--H CHE INTERAGISCONO CON GRUPPI C=O I PONTI H SI STABILISCONO LUNGO LA CATENA DI AMINOACIDI TRA IL TRA IL GRUPPO C=O INTERESSATO AL LEGAME PEPTIDICO CON L’AMINOACIDO SUCCESSIVO ED IL GRUPPO N--H DI UN LEGAME PEPTIDICO CHE SI TROVA 4 AMINOACIDI PIÙ AVANTI. I PONTI H SI STABILISCONO TRA PORZIONI DI CATENE DI AMINO ACIDI PARALLELE, APPARTENENTI ALLA STESSA CATENA RIPIEGATA O A CATENE DIVERSE TRA TRA GRUPPI C=O DI UNA CATENA E GRUPPI N--H DELLA CATENA PARALLELA.

Reazioni degli acidi carbossilici La maggior parte delle reazioni degli acidi carbossilici produce derivati ottenuti tramite un attacco nucleofilo sull'atomo di carbonio carbonilico. In genere gli acidi sono meno reattivi delle aldeidi e dei chetoni nei confronti dei nucleofili, perché negli la carica positiva del carbonio carbonilico può essere delocalizzata sull'atomo di ossigeno. Tutti si ottengono sostituendo il gruppo -OH di un acido carbossilico con i gruppi –OR (-SR), -Cl, -NH2, RCOO- Gruppo Derivato –OR (-SR) Esteri (Tioesteri) -Cl Cloruri acilici -NH2 Ammidi RCOO- Anidridi N.B.Tutti i derivati degli acidi carbossilici possono essere riconvertiti nell’acido carbossilico per idrolisi. Alfa-alogenazione L’introduzione di un alogeno in posizione alfa rispetto al carbonile di un acido carbossilico simile a quella vista per aldeide e chetoni è più difficile(gli acidi carbossilici presentano una forma enolica in percentuale inferiore a quanto avviene per aldeidi e chetoni). vengono -brominati utilizzando tricloruro di fosforo come catalizzatore reazione di Hell-Volhard-Zelinsky

I derivati degli acidi carbossilici Composti nei quali l'ossidrile carbossilico è stato sostituito da altri gruppi. Esteri e ammidi sono molto diffusi in natura. Cloruri acidi

Principali reazioni di sostituzione nucleofila acilica del gruppo carbossilico Cloruri acilici Anidridi acide Esteri Ammidi

Nomenclatura dei derivati degli acidi carbossilici Gli esteri: prendono il nome dall’acido, cambiando il suffisso da -oico ad -ato, seguito dal nome del radicale alchilico R’ presente nel gruppo –OR’ RCOOR’ I cloruri acilici: con struttura: prendono il nome dall’acido, cambiando il suffisso da -ico ad –ile. RCOCl RCONH2 Le ammidi: con struttura generale prendono il nome dall’acido, cambiando il suffisso da -oico ad –ammide. Propanammide

RCOOCOR’ Le anidridi, con struttura generale: prendono il nome dai gruppi acilici che le formano con suffisso -oico Anidride etanoica I nitrili, con struttura generale R-C≡N, usano la desinenza –onitrile e la radice della catena carboniosa più lunga contenente il gruppo ciano. In alternativa vengono anche nominati come cianuri alchilici. Etanonitrile (Cianuro di metile) CH3CN Etanonitrile (Acetonitrile) (Cianuro di metile) CH3CH2CN propanonitrile (Cianuro di etile) N.B. I nitrili possono essere classificati come derivati degli acidi carbossilici perché possono essere convertiti in acidi carbossilici tramite idrolisi.

Reazioni degli acidi carbossilici Esterificazione di Fischer: Sono reazioni tra alcoli e acidi carbossilici che in ambiente acido danno gli esteri. Il meccanismo : Si tratta di una sostituzione nucleofila acilica ed in sintesi esso può essere così riassunto: 1. attivazione del gruppo carbonilico tramite protonazione del suo ossigeno 2. addizione nucleoflla al carbonile protonato per formare un intermedio tetraedrico 3. eliminazione dall’intermedio tetraedrico per riformare il gruppo carbonilico

Reazioni dei cloruri acilici: Sostituzione Nucleofila Acilica alogenuri acidi Il cloruro di tionile e il PCl5 reagiscono con gli acidi carbossilici per dare cloruri acilici Reazioni dei cloruri acilici: Sostituzione Nucleofila Acilica Il carbonile dei cloruri acilici è il meno stabile di tutti i derivati degli acidi carbossilici. Il rilascio di elettroni da parte del sostituente stabilizza il gruppo carbonilico, diminuendo il carattere elettrofilo del carbonio carbonilico. La maggior parte dei metodi di preparazione dei derivati degli acidi carbossilici convertono una classe di derivati nell’altra. Quindi, trattando un cloruro acilico con un opportuno nucleofilo, è possibile ottenere un qualsiasi altro derivato degli acidi carbossilici e, naturalmente, tramite idrolisi, anche l’acido carbossilico

Anidridi Altre reazioni Derivano dagli acidi per eliminazione di acqua (condensazione) da due gruppi carbossilici. Nei confronti dei nucleofili esse sono più reattive degli esteri, ma meno reattive degli alogenuri acilici. Fra le reazioni caratteristiche dell'anidride acetica vi è anche la sintesi dell’aspirina: Altre reazioni

RCOOR’ + OH- → RCOO- + R’OH Esteri Derivano dagli acidi per sostituzione del gruppo OH con un gruppo OR e danno origine al profumo di molti frutti e fiori. Gli esteri sono meno reattivi dei cloruri acilici e delle anidridi nei confronti della sostituzione nuceofila acilica. In pratica possono essere convertiti in ammidi ed idrolizzati. Gli esteri sono relativamente stabili in soluzione acquosa neutra, ma subiscono idrolisi in presenza di acidi o basi forti. Idrolisi base-catalizzata (saponificazione) RCOOR’ + OH- → RCOO- + R’OH è irreversibile, poiché in ambiente basico l’acido carbossilico viene trasformato nell’anione carbossilato, incapace di dare una sostituzione nucleofila acilica con l’alcol. Reazione con ammoniaca ed ammine

Molti esteri sono presenti in natura. Quelli a minor peso molecolare sono abbastanza volatili e danno profumo a fiori e frutta. Gli esteri del glicerolo con gli acidi grassi costituiscono i trigliceridi, Gli acidi grassi

Reazione di saponificazione H 3 C Nucleofilo entrante K+ o Na+ (ambiente basico) estere 1 2 3 Il nucleofilo uscito funge ora da base strappando il protone H C O 4 O CH3 Nucleofilo uscente H 3 C O K+ o Na+ alcol carbossilato (sapone)

Trasformazione degli esteri in Biodiesel Il biodiesel è costituito da una miscela di esteri monoalchilici di acidi grassi a catena lunga derivante dalle transesterificazione di oli vegetali Il Primo obiettivo è rompere le molecole dei trigliceridi iniziali con metanolo o etanolo + K(OH) o Na(OH) Successivamente si procede alla separazione, per sedimentazione e lavaggi, del biodiesel dal glicerolo e le altre sostanze.

Alchilamminio Cloruro Alchilamminio Carbossilato Ammidi Le ammidi vengono rapidamente sintetizzate per acilazione di ammoniaca o di ammine con cloruri acilici, anidridi o esteri. 2R2NH + R’COCl → R’CONR2 R2NH2+ Cl- Ammina Cloruro acilico Ammide Alchilamminio Cloruro R’COOCOR” R2NH2+ R”COO- Anidride Alchilamminio Carbossilato Le ammidi, fra i derivati degli acidi carbossilici, sono quelli meno reattivi e sono largamente diffuse in natura. L’unico tipo di sostituzione nucleofila acilica che le ammidi danno è l’idrolisi. RCOR’2N + H2O → R’2NH RCOOH Ammide Acqua Ammina Acido carbossilico

Le ammidi hanno geometria piana e, sebbene il legame carbonio-azoto venga comunemente scritto come legame semplice, la rotazione risulta parzialmente impedita. La risonanza fa si che il legame carbonio-azoto si comporti come legame doppio. Quindi l'azoto, il carbonio carbonilico e gli atomi ad essi legati giacciono sullo stesso piano. Nelle ammidi il legame C-N misura solo 1,32A ed è molto più corto del comune legame semplice carbonio-azoto (che è di circa 1,47A).

nitrili Sono composti caratterizzati dal gruppo funzionale ciano (-C≡N). Sia i nitrili alchilici (R-C≡N) che quelli arilici (Ar-C≡N) possono essere facilmente ottenuti per disidratazione delle ammidi. RCONH2 → R-C≡N + H2O ArCONH2 → Ar-C≡N + H2O Anche per sostituzione nucleofila degli alogenuri alchilici :N≡C:- + R-X → R-C≡N: + X- I nitrili possono essere classificati come derivati degli acidi carbossilici perché possono essere convertiti in acidi carbossilici tramite idrolisi. R-C≡N + H2O + H3O+ → RCOOH + NH4+