ALCOLIETERI Se in un idrocarburo l'idrogeno si stacca Secondo me, son gli eteri e vien sostituito dall'ossidrile OH, dei corpi assai diabolici; pei chimici son gli ossidi s'ottien senz'altro un alcool, il quale, se è presente un unico ossidrile, sarà monovalente; dei radicali alcolici. Essi son misti o semplici, in quanto i radicali, se gli atomi d'idrogeno sostituiti sono due, tre, quattro si cambia in bi, tri, tetra il mono. Se sol l'alcool metilico deriva, dal metano e corrisponde l'alcool etilico all'etano, da cui derivan, possono esser diversi o uguali. TIOLI Negli eteri e negli alcoli lo zolfo, a quel che pare, il posto dell'ossigeno talvolta può occupare; invece il terzo termine possiede, oltre al normale, l'alcool isopropilico di forma greggia uguale. tioeteri e tioalcoli così son generati: di radicali alcolici solfuri e solfidrati. Brown, Poon – Introduzione alla Chimica Organica – Capitolo 8 Brown, Poon – Introduzione alla Chimica Organica – Capitolo 8 Proprietà fisiche • Gli alcoli sono composti polari. • La differenza di elettronegatività tra ossigeno (3.5) e carbonio (2.5) è 1.0 e tra ossigeno e idrogeno (2.1) è 1.5. H H H δ+ C δO δ+ H • Nello stato liquido formano legami H forti, che influenzano fortemente le proprietà fisiche. legami idrogeno solo deboli interazioni dipolo-dipolo • Anche gli eteri sono polari ma a causa dell’ingombro sterico le forze attrattive sono deboli. 13 Proprietà fisiche Solubilità in acqua: CH3CH2OH CH3OCH3 CH3CH2CH2CH2CH2OH HOCH2CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OCH3 CH3OCH2CH2OCH3 H H R O O H H H O O H sia accettore che donatore di legami H R-OH infinita 7 g/100 g acqua 2.3 g/100g infinita scarsa infinita R O H R solo accettore di legami H C1 ↔ C4 ↔ C6 ↔ Cn miscibile poco insolubile solubile 15 Brown, Poon – Introduzione alla Chimica Organica – Capitolo 8 Nomenclatura Alcoli IUPAC: alcanolo − OH sulla catena più lunga − il carbonio che porta l’OH con il numero più basso Comune: alchil alcool Classificazione: R– CH2 –OH R–CH–R' primari (1º) secondari (2º) OH R– C – R' R" terziari (3º) – – – OH 7 Nomenclatura Polioli • Composti con 2, 3, 4 gruppi OH si chiamano dioli, trioli, tetraoli, etc. • Gli 1,2 dioli (dioli vicinali) sono chiamati glicoli. • I nomi comuni dei glicoli usano il nome dell’alchene dai quali derivano. CH2CH2 CH2CH2CH3 OH OH OH OH 1,2-etandiolo glicol etilenico 1,2-propandiolo glicol propilenico 8 Reattività di alcoli basico .. R–O–H .. debolmente acido .. .. R–O .. fortemente basico e nucleofilo .. R–O–H .. debolmente nucleofilo .. –O–H è LG .. solo se protonato o esterificato 1. Protonazione R–OH2+ + A– R–OH + HA 2. Formazione di legame H H R–OH + R–OH R–OH O–R 3. Deprotonazione R–OH + Na R–O– Na+ + 1/2H2 4. Eterificazione di Williamson R–O– Na+ + R′–X R–O–R′ + NaX 5. Eterificazione 100–150°C R–OH + H2SO4 R–O–R + H2O 6. Esterificazione R–OH + R′–COOH R′–COOR + H2O R–OH + H2SO4 R–OSO3H + H2O 7. Conversione ad alogenuri R–X + H2O R–OH + HX R–OH + SOCl2 R–Cl + SO2 + HCl R–X + H3PO3 R–OH + PX3 8. Disidratazione RCH=CH2 + H2O RCH2–CH2–OH + H2SO4 9. Ossidazione R2C=O R2CH–OH + K2Cr2O7 (KMnO4) 34 ALCOLI 1.ACIDITA' H CH3 OH + HO H CH3 O: H + O H pKa = 15.5 (H2O 15.7) 2. BASICITA' H CH3 OH + H H O CH3 + O H HO H pKa pKa - 1.7 -2.5 3. ALCOSSIDI CH3 OH + CH3 Na Na H Na + e + O: e 1/2 H2 Na + 1/2 H2 H Acidità degli alcoli (Deprotonazione) • L’acidità dipende in primo luogo dal grado di stabilizzazione e di solvatazione dello ione alcossido (base coniugata): ROH + H2O RO– + H3O+ – La carica negativa degli ioni CH3O– e EtO– è accessibile alla solvatazione come lo ione HO–. E infatti sono acidi come l’acqua. – Aumentando l’ingombro sterico del gruppo alchilico, la capacità di solvatare lo ione alcossido diminuisce, la base è meno stabilizzata, l’acidità diminuisce. Effetti induttivi HCl CH3CO2H CH3OH H2O CH3CH2OH (CH3)2CHOH (CH3)3COH (CF3)3COH pKa -7 4.8 15.5 15.7 15.9 17.1 18 5.4 Cl– CH3CO2– CH3O– metossido HO– idrossido EtO– etossido iPrO– isopropossido tBuO– t-butossido 36 (CF3)3CO– Deprotonazione degli alcoli Formazione di ioni alcossido: RO– ~ stessa forza basica di HO–: ROH + NaOH pKa ~ 16 RONa + H2O 16 Keq ~ 1 non reagiscono con basi deboli • Reagiscono con basi forti come NaNH2, RLi, RMgX • Si può usare un metallo alcalino (Na, K). -1 0 CH3CH2OH + Na +1 0 CH3CH2ONa + ½H2 ossido-riduzione sodio etossido Ordine di reattività: CH3OH > alcoli 1° > alcoli 2° > alcoli 3° K > Na Con metanolo e K la reazione è esplosiva, con t-butanolo e Na la reazione è troppo lenta. 37 Basicità degli alcoli (Protonazione) •• ROH •• + HX pKa < –2 CH3CH2OH + HBr — H + ROH + X− •• pKa = –2 CH3CH2OH2+ + Br− 35 Conversione di alcoli ad alogenuri alchilici La reazione degli alcoli con HX (X = Cl, Br, I) è un metodo generale per preparare alogenuri alchilici 1°, 2°, 3°. R–OH + H–X → R–X + H2O SN • Reattività di ROH: 3º > 2º > 1º > CH3OH • Reattività di HX: – HI > HBr > HCl (segue l’ordine di acidità) – solo gli alcoli 3º reagiscono con HCl a t ambiente – gli alcoli 1º e 2º richiedono HBr o HI ed alte t – Dato che Cl− è un nucleofilo peggiore di Br− o I−, la reazione degli alcoli 1° con HCl avviene solo quando si aggiunge un altro acido di Lewis, di solito ZnCl2. Esso complessa l’ossigeno rendendo OH buon gruppo uscente e facilitando la SN2. 44 Conversione di alcoli ad alogenuri alchilici Meccanismo buon gruppo uscente R−OH + H−X –→ SN1 R−OH2 + –→ o SN2 buon Nu + X− R−X + H2O ¾Metanolo e alcoli 1° formano RX con meccanismo SN2. ¾Alcoli 2° e 3° formano RX con meccanismo SN1. − H − RCH2−OH + ZnCl2 –→ RCH2−O−ZnCl2 –→ RCH2−Cl + ZnCl2(OH)− + Cl− SN2 45 Disidratazione con H2SO4 • Quando un alcool ha due o tre carboni β, la disidratazione segue la regola di Zaitsev. • Il prodotto principale è l’alchene più sostituito più stabile. OH H3O+ calore OH2 H H OH2 > > > Alcoli secondari e terziari reagiscono con meccanismo E1, alcoli primari con meccanismo E2. 47 Ossidazione • Gli alcoli primari sono ossidati prima ad aldeide poi ad acidi se è presente acqua. OH R H H O [Ox] R O [Ox] H R OH • Gli alcoli secondari sono ossidati a chetoni. OH R H R [Ox] O R • I terziari non si ossidano. R Agenti ossidanti • Reattivo di Jones: CrO3, H2SO4, H2O, acetone – Meglio per alcoli secondari • Si può usare anche acido cromico H2CrO4 (Na2Cr2O7/ H2SO4/H2O) 54 Ossidazione Esempi O OH K2Cr2O7 OH H2SO4 O PDC o PCC H CH2Cl2 O OH [O] Ossidazione dell’etanolo • 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. CH3OH [O] alcool deidrogenasi [O] O H H alcool deidrogenasi O H OH 60 Ossidazione dell’etanolo • 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. 59 Brown, Poon – Introduzione alla Chimica Organica – Capitolo 8 Nomenclatura Eteri • Gli eteri hanno due residui legati ad un ossigeno. R O R ~112° • R può essere alchilico (C sp3), vinilico, arilico (C sp2) Classificazione: CH3OCH3 simmetrici R uguali CH3OCH2CH3 asimmetrici R diversi Gli eteri possono essere lineari o ciclici. 9 Brown, Poon – Introduzione alla Chimica Organica – Capitolo 8 Brown, Poon – Introduzione alla Chimica Organica – Capitolo 8 Eteri ciclici O O O O Nomenclatura ossaciclopropano etilene ossido 1,2-epossietano ossaciclobutano ossetano 1,3-epossipropano ossaciclopentano ossolano 1,4-epossibutano tetraidrofurano ossacicloesano ossano tetraidropirano O O O 1,2-epossicicloesano l’atomo di ossigeno viene considerato un sostituente, chiamato gruppo epossi 1,4-diossacicloesano 1,4-diossano Gli epossidi sono chiamati anche ossidi dell’alchene da cui derivano. CH2=CH2 etilene H H O H H etilene ossido 10 Sintesi di eteri per disidratazione di alcoli → CH2=CH2 H+ 180°C Meccanismo: H+ CH3CH2OH 140°C CH3CH2OCH2CH3 solo eteri simmetrici solo alcoli primari H2SO4 OH H2O HO OH2 SN2 O H O 31 Sintesi di eteri: sintesi di Williamson • Gli eteri sono prodotti di sostituzione nucleofila SN2 a partire da alogenuri alchilici, alchil solfonati o alchil solfati primari fatti reagire con alcossidi. R1O–Na+ + RCH2L → RCH2OR1 + NaL L = –Br, –I, –OSO2R, –OSO3R RCH2L deve essere primario • Sintesi di Williamson intramolecolare: – ClCH2CH2CH2CH2OH Cl NaOH → H2O − O O Tutti gli ioni RO– che si formano reagiscono immediatamente 32 Reazioni di Apertura di Epossidi • Gli epossidi contengono un anello a tre termini con due legami polari. • L’attacco nucleofilo apre l’anello facilmente anche in presenza di un cattivo gruppo uscente. • Tutti i nucleofili forti (−OH, −OR, −CN, −SR e NH3) aprono l’anello con meccanismo SN2. LG O O Nu Nu− OH H–OH Nu Due gruppi funzionali su C adiacenti Brown, Poon – Introduzione alla Chimica Organica – Capitolo 8 Tioli e solfuri Nomenclatura Tioli • IUPAC: alcantiolo (stesse regole degli alcoli) • comune: alchil mercaptano SH 1-Butantiolo Butil mercaptano SH 2-Buten-1-tiolo 2-Butenil mercaptano Solfuri (tioeteri) • alchil alchil´ solfuro o dialchil solfuro S CH3 Metil 2-metilpropil mercaptano 12 Acidità dei tioli • Sono più acidi degli alcoli, pKa 6-8 SH + HO− S - + H 2O • Sono più nucleofili Br + HS− SH + Br− 38 TIOLI 1. poca polarità SH a. poco solubili b. p.ebollizione simili di tioli e tioeteri es: CH3OH 65 °C CH3SH 6 °C 2. + acidi di OH (base coniugata + stabile pKa 8-9 3. facile ossidazione a disolfuri oxid. 2 SH rid. (non stabili all'aria !) S S