Alcoli, Fenoli, Tioli, Eteri Struttura Nomenclatura Proprietà Usi Preparazione Classificazione Reazioni Eteri Fenoli Tioli

ALCOLI R - OH H O C gruppo ossidrilico lone pairs sp3 sp3 Alcoli La presenza di un atomo di H legato all’O rende possibile la formazione di ponti a H intermolecolari H O sp3 C sp3

gruppo funzionale - OH ( ossidrile) Alcoli gruppo funzionale - OH ( ossidrile) nome : idrocarburo con desinenza - olo CH3CH2OH etanolo CH3OH metanolo

Proprietà degli alcoli Teb > di quelle degli alcani corrispondenti (molecole polari - legame idrogeno) H H l l H - C - H H - C - H O - H - - - - - O - H - - - - -

Proprietà degli alcoli Teb > di quelle degli alcani corrispondenti Solubilità completa in solventi polari fino a C4 Comportamento anfotero

Alcoli solubilità in H2O % Formula peb (°C) metanolo CH3OH 64,5 ¥ CH3CH2OH 78,3 ¥ n-propanolo CH3(CH2)2OH 97 ¥ n-butanolo CH3(CH2)2OH 118 7,9 n-pentanolo CH3(CH2)3OH 138 2,3 n-esanolo CH3(CH2)4OH 156 0,6

Usi Metanolo CH3OH Il 90% del metanolo, come primo passaggio, viene ossidato ad aldeide formica la quale successivamente subisce trasformazione ad acido formico. Il restante 10% del metanolo viene eliminato invariato per via renale (tempo di emivita: 22 ore circa). Lo step da metanolo a formaldeide può avvenire in due modi: nei perossisomi (sono un altro tipo di organelli specializzati per l’utilizzo dell’ossigeno, e si trovano nelle cellule eucariotiche e sono il sito di produzione maanche della degradazione del perossido di idrogeno (H2O2) vari enzimi ossidoreduttasi partendo da diversi substrati RH2 portano alla formazione di H2O2 (acqua ossigenata o perossido d'idrogeno) che poi, tramite l'enzima catalasi, ossida il metanolo 2. nel citosol epatico tramite l'enzima ADH (questa ossidazione è in equilibrio reversibile) I perossisomi sono un altro tipo di organelli specializzati per l’utilizzo dell’ossigeno, e si trovano in praticamente tutti i tipi di cellule eucariotiche

La dose tossica di metanolo varia in relazione a vari fattori (età, sesso, presenza di etanolo...), negli adulti la tossicità è proporzionale al tasso ematico. La dose letale è compresa tra 50 - 250 ml, 4 – 10 ml possono causare cecità permanente. Il metanolo come tale causa ebbrezza, in seguito ad intossicazione acuta, poi vertigini, nausea, vomito, dolori addominali, cefalea e depressione del SNC, ma ben più pericolosi sono i sintomi e i danni causati dai suoi due metaboliti, aldeide formica e acido formico. Essi causano gravi sintomi quali grave acidosi metabolica, atassia*, vertigine, dilatazione delle pupille (che divengono poco reattive), congiuntivite, gonfiore del disco ottico, danni al nervo ottico, al SNC e al fegato. Acidosi metabolica: nei primati la conversione metanolo => acido formico è più rapida dell'eliminazione del acido formico, cosicché nelle 24 ore seguenti l'assunzione di metanolo si ha un graduale accumulo di acido formico, che causa una diminuzione del pH plasmatico fino a 6.8 (l'acidosi viene analizzata in laboratorio non dosando l'acido formico ma misurando la diminuzione di concentrazione di vari anioni plasmatici.

Terapia Lavanda gastrica (se la si può fare entro due ore dall'assunzione) e/o somministrazione di NaHCO3 per contrastare l'acidosi e somministrazione di etanolo* (se il tasso ematico del metanolo e 3,50 mg/dl e se non si manifestano disturbi della visione) per sottrarre al metanolo l'enzima ADH (si riduce così la formazione dei metaboliti tossici del metanolo). La concentrazione di etanolo prevede una prima dose di attacco di 700 mg/dl e poi deve mantenersi pari a 100 mg/dl per tutto il tempo necessario a far scendere la concentrazione di metanolo sotto i 25 mg/dl. Nei casi in cui la concentrazione di metanolo sia prossima o superiore a 100 mg/dl, o nel caso si manifestino disturbi della visione, allora si ricorrerà a dialisi peritoneale o ad emodialisi, valide per allontanare non solo il metanolo ma anche i suoi metaboliti. Inoltre, per limitare i danni sul SNC, si può bloccare l'ossidazione del metanolo a formiato somministrando 2-metil-pirazolo (o simili) endovena; si tratta di sostanze efficaci ma epatotossiche; necessitano di somministrazione immediata dopo l'avvelenamento.

Etanolo - Alcol Etilico H H l l H - O - C - C - H Potere antisettico perché? A quale concentrazione?

Usi In medicina Come antisettico (denatura le proteine) Usato come antisettico solo al 70%

Etanolo - Alcol Etilico preparazione : fermentazione degli zuccheri C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 glucosio etanolo contenuto di etanolo: birra circa 4 % vini circa 12% gin, whisky, brandy dal 40 al 50 %

Alcoli polifunzionali, (polioli) - Glicoli OH OH l l H - C - C - H H H 1,2 - etandiolo (glicole etilenico) Uso : anticongelante nitroglicerina OH OH OH l l l H - C - C - C - H H H H 1,2,3 propantriolo (glicerolo , glicerina)

Il glicerolo o glicerina è importante perché costituente dei grassi (utilizzato nella preparazione dei cosmetici e supposte Trattato con acido nitrico forma la nitroglicerina (potente esplosivo, ma anche utilizzato in medicina come stimolatore cardiaco perché vasodilatatore) L’alcol aromatico più semplice ed utilizzato è il fenolo (idrossibenzene) impiegato specialmente nella produzione di materiali polimerici (adesivi e materiali plastici).in medicina utilizzato come disinfettante degli strumenti chirurgici, pavimenti,biancheria e bagni Utilizzato come standard di riferimento per l’attività germicida Una soluzione germicida all’1% uccide i batteri come una soluzione di fenolo al 5% si dice che ha COEFFICIENTE di 5

primario secondario terziario H3C—C —CH3 OH | CH3 H3C—CH2 —OH H3C—CH —CH3 OH | ter-butanolo 2-metil-2-propanolo etanolo 2-propanolo

Caratteristiche deducibili dalla struttura L’immagine mostra il potenziale elettrostatico del metanolo. Più rossa è un area, maggiore è la densità elettronica; più blu è un area, minore è la densità elettronica.  L’atomo di ossigeno mostra una regione ad alta densità elettronica (rosso) dovuta alla presenza di due doppietti elettronici solitari. Quindi gli alcoli possono comportarsi sia come basi che come nucleofili. L’atomo di idrogeno della funzione alcolica mostra una bassa densità elettronica (blu), quindi ha debole carattere acido. Quindi gli alcoli sono acidi debolissimi (pKa ~ 16). La dissociazione di un protone genera un alcossido. Il gruppo –OH è un cattivo gruppo uscente e deve essere convertito in un buon gruppo uscente perché si possa avere una reazione di sostituzione o di eliminazione. d- O H d+

Gli alcoli sono acidi molto deboli. In assenza di gruppi elettron-attrattori (che ne aumentano l’acidità) e di gruppi elettron-repulsori (che ne diminuiscono l’acidità) i valori di Ka sono intorno a 1·10-15. pKa 15.5

Preparazione o sintesi degli alcoli Dagli alcheni (Idratazione favorita in ambiente acido ) (addizione elettrofila) Dagli algenuri alchilici per Sostituzione nucleofila

REAZIONI DEGLI ALCOLI Tipiche degli alcoli sono: disidratazione e ossidazione Poi ci sono altre reazioni ma che sono caratteristiche di altri gruppi funzionalii Disidratazione

Ossidazione degli alcoli Reazioni alcoli Ossidazione degli alcoli Gli alcoli (o meglio il carbonio che lega il gruppo OH) possono venir ossidati O alcol I° da un’aldeide R C H 2 O H R C H H C R R O H alcol II° da un chetone C O R R R N.B. Ricordare l’esempio delle ossidazioni e riduzioni biologiche Alcol III° non da niente R C O H R

L’ossidazione è una deidrogenazione che diventa Reazioni di ossido-riduzione (Nel nostro organismo ci sono le deidrogenasi) carbonile (aldeide o chetone) alcol carbossile -H2 Numero di ossidazione del C crescente N.B. alcol 1°  aldeide  carbossile alcol 2°  chetone  alcol 3°  X

O H O H H C H C r O C H C H C r H C H H H ( H ) etanolo etanale La variazione di colore dello ione dicromato nella reazione di ossidazione degli alcoli (e delle aldeidi) viene sfruttata nell’esame estemporaneo del tasso di etanolo nell’alito (test del palloncino) Ione dicromato (rosso-arancio) O H O H H C H C r O - - ( H + ) C 2 7 H C H C r + + + H C H Ione cromo (verde) H H Alcol etilico etanolo Aldeide acetica etanale Le ossidazioni con Cr6+ sono caratterizzate da cambiamento di colore da arancio-rosso a verde, Cr3+. •Si sfrutta questo cambiamento di colore per verificare il contenuto alcolico del sangue: l’ossidazione di etanolo con K2Cr2O7 arancio forma CH3COOH and Cr3+ verde. • Si soffia in un tubo contenente K2Cr2O7, H2SO4, e un solido inerte. Maggiore è la concentrazione di etanolo nel respiro, maggiore è l’estensione della fascia verde nel tubo. Il Cromo è cancerogeno il test non si dovrebbe più usare ora si sfruttano altri indicatori 2-propanolo

Nel corpo l’etanolo viene ossidato nel fegato, attraverso la catalisi dell’alcool deidrogenasi, ad acetaldeide CH3CHO e poi ad acetato CH3COO−. • Se l’etanolo è in eccesso si ha un aumento di acetaldeide che è tossica. • Se si ingerisce metanolo, esso viene metabolizzato a formaldeide e acido formico che sono estremamente tossici: il pH del sangue diminuisce, segue cecità e morte.

L’etanolo viene eliminato per il 10% con respiro, sudore, urina 90 % Metabolizzato nel fegato in piccola parte nella mucosa gastrica: M>F, cala con l’età, CH3 I CH2OH H-C=O - alcol deidrogenasi citosolica - MEOS microsomiale NAD+ NADH + H+ NAD+ NADH + H+ acetalaldeide deidrogenasi CH3 I HO-C=O C=O~SCoA acetil CoA sintasi

Metabolismo dell’etanolo sintesi dell’acetaldeide due diverse vie metaboliche in base al consumo 1. Consumo moderato ALCOL DEIDROGENASI (enzima costitutivo) ADH Enzima citosolico Zn2+ dipendente; Km = 1mM Può ossidare anche il metanolo CH3CH2OH + NAD+  CH3CHO + NADH + H+ 2. Consumo elevato SISTEMA MICROSOMIALE CHE OSSIDA L’ETANOLO (MEOS microsomal ethanol oxidizing system) sistema inducibile CH3CH2OH + NADPH + H+ + O2 CH3CHO + NADP+ + H2O CYP2E1

Reazioni alcoli Una disidratazione

Disidratazioni biologiche • Su composti b-idrossicarbonilici (gruppi OH in b a C=O), meccanismo E1 -H2O Come nella sintesi degli acidi grassi

Gli alcoli possono inoltre dare altri due tipi di reazioni Rottura del legame C-O L’ossigeno è molto elettronegativo ed il legame è polarizzato come negli alogenuri alchilici: SOSTITUZIONI NUCLEOFILE R-O-H Rottura del legame O-H L’ossigeno può usare i suoi elettroni per comportarsi da nucleofilo,(cioè RO- è un nucleofilo) riprendendo poi gli elettroni del legame O-H R-O-H

la sostituzione nucleofila è difficile Sostituzione nucleofila negli alcoli Negli alcoli il gruppo uscente OH- è una base forte quindi la sostituzione nucleofila è difficile si può forzare sull’equilibrio chimico (non facile) usando un catalizzatore CH3-CH2-OH + H+ CH3-CH2-OH2+ In questo caso il gruppo uscente è una base molto debole ( H2O) e la reazione è facile CH3-CH2-OH + CH3-CH2-OH + H+ CH3-CH2-O-CH2-CH3 + H2O + H+ etere

gruppo uscente nucleofilo Alcuni gruppi funzionali attivi come nucleofili all’interno delle cellule Quanto più debole è un nucleofilo tanto meglio si comporterà come gruppo uscente Forza del nucleofilo

(La reazione decorre con Per condensazione in ambiente acido (ad es. H2SO4) di due molecole di etanolo si ottiene un etere (La reazione decorre con meccanismo SN2) 1a fase: Protonazione dell’alcol 2a fase: Sostituzione nucleofila dietiletere (o etere etilico)

ETERI R – O – R C O C gruppo etere lone pairs sp3 sp3 sp3 Eteri Il legeame etere lo troviamo nei carboidrati lone pairs C sp3 O sp3 Gli eteri sono molecole si comportano da solventi polari aprotici (mancano atomi di idrogeno disponibili a formare ponti ad H) C sp3

Eteri Il gruppo funzionale è R-O-R CH3-O-CH2-CH3 metil etil etere Il nome dell’etere deriva da quello dei due radicali alchilici: CH3-O-CH2-CH3 metil etil etere Dietiletere (etere etilico o comune etere) Gli eteri sono pochissimo reattivi: in presenza di acidi forti e acqua Danno una reazione di idrolisi formando due alcoli Gli EPOSSIDI sono ETERI ciclici a tre termini di cui uno è l’ossigeno 2 HC CH2 O

protonazione idrolisi Gli eteri devono essere considerati delle basi : in ambien te acquoso acido sono facilmente protonati ed idrolizzati H R C O H R C O protonazione H + H C R O H R C O H 2 O + idrolisi R C O H

Forte tensione di legame EPOSSIDI (ETERI) gruppo epossido O R — R lone pairs sp3 C O sp3 Forte tensione di legame Alta reattività C sp3

Reazione tipica degli epossidi: Sostituzione nucleofila Meccanismo di reazione in ambiente acido Nu-H = H2O, R-OH, R-NH2

Gli alcoli possono poi comportarsi da reattivi nucleofili e reagire con Il C dell’aldeide è parzialmente positivo l’ossigeno ha elettroni spaiati Aldeidi semiacetale Acidi carbossilici estere

Fenoli - alcoli aromatici Debolmente acidi Ka circa 10-10 C6H5OH fenolo Uso: materia prima per la sintesi di materiali plastici e come disinfettante

pKa 10.0 L’anione fenato è stabilizzato dalla risonanza fra più forme limite. Ciò comporta la conseguenza che i fenoli sono acidi più forti degli alcoli.

Gli alcoli non reagiscono con gli idrossidi dei metalli H N a Gli alcoli non reagiscono con gli idrossidi dei metalli alcalini (l’equilibrio è completamente spostato a sinistra), mentre i fenoli si convertono quantitativamente in fenati

Sia gli alcoli che i fenoli reagiscono con i metalli 2 Sia gli alcoli che i fenoli reagiscono con i metalli alcalini (molto più reattivi)dando, rispettivamente alcolati e fenati. Nota però che queste reazioni non sono reazioni acido-base ma reazioni redox.

Tioli TIOLI gruppo sulfidrilico R - SH lone pairs H S sp3 C sp3

Tioalcoli o Tioli o mercaptani Formula generale R-SH Nome: uguale a quello dell’alcol corrispondente con il suffisso -tiolo alcano con il prefisso mercapto Sono presenti in natura ed hanno un odore sgradevole Quando si taglia la cipolla viene rilasciato il propantiolo, l’aglio deve il suo odore ai tioli Al gas naturale essendo inodore viene aggiunto un tiolo per identificarlo in caso di fughe CH3-CH2-OH etanolo CH3-CH2-SH etantiolo mercapto etano

Reazione dei soli tioalcoli: ossidazione del gruppo tiolo Reazioni I tioalcoli danno le stesse reazioni degli alcoli, formando i corrispondenti tioderivati Come H2S è più acido di H2O, i tioalcoli sono acidi deboli gli alcoli sono acidi debolissimi Reazione dei soli tioalcoli: ossidazione del gruppo tiolo lo zolfo di SH può essere ossidato, l’ossigeno di OH non può Ricordare i ponti disolfuro nelle proteine (tra i due Amminoacidi cisteina) R-SH + R-SH + 1/2 O2 R-S-S-R + H2O ossidazione blanda disolfuro Gli acidi solfonici sono acidi forti R-SH + 3/2 O2 R-SO3H ossidazione spinta acido solfonico

Reazione redox Tioli liberi Ponte disolfuro Ossidazione - 2H Riduzione

Nei capelli esposti a acqua calda (vapore) le α-cheratine cambiano strutture, diventano una forma β estesa. Con un composto riducente è possibile aprire i ponti disolfuro, piegare i capelli, e riossidare le cisteine creando ponti disolfuro in posizioni nuovi. I legami covalenti mantengono la piega dei capelli in modo permanente.

Proteina insulina in cui sono evidenziati i ponti disolfuro che si formano fra gruppi R dell'aminoacido cisteina

glutathione