Una branca della Chimica: C. Organica, è dedicata ai composti del C perché si conoscono 100 volte più composti del C che non di tutti gli altri

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1 Una branca della Chimica: C. rganica, è dedicata ai composti del C perché si conoscono 100 volte più composti del C che non di tutti gli altri elementi messi insieme (di cui si occupa la C. Inorganica). La materia vivente è costituita da composti organici e anche molte sostanze a noi utili nella vita di tutti i giorni, naturali o sintetiche. Sono soprattutto costituiti di C e, ma si possono trovare anche altri atomi: soprattutto, N, S, P (nei composti organici naturali) e anche alogeni (nei composti organici sintetici). ETERATMI

2 Sono elementi con atomi piccoli, che quindi possono formare legami forti, i valori di elettronegatività sono vicini per cui formano legami covalenti, C, N e possono formare anche legami doppi e (eccetto l ) tripli. C ha una grande tendenza alla concatenazione: Anche CMPSTI CICLICI: carbociclici, eterociclici

3 Queste sono formule di struttura condensate: infatti per individuare un composto organico la formula bruta non basta perché vi sono composti con la stessa formula bruta ma una differente struttura oppure una differente disposizione degli atomi nello spazio: ISMERI Quindi talvolta gli isomeri sono proprio composti diversi con proprietà chimiche e fisiche diverse: Per es. C 3 C 2 (etanolo) e C 3 C 3 (etere dimetilico)

4 FRMULE DI STRUTTURA SEMPLIFICATA

5 ISMERI (di catena) ALCANI : IDRCARBURI CN LEGAMI SINGLI TRA I C E A CATENA APERTA ISMERI (di posizione, di gruppi chimici o di doppi legami) Sopra: ALCLI Sotto: ALCENI

6 ISMERIA CSTITUZINALE o di funzione ISMERIA STERICA isomeri geometrici stereoisomeri

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8 Composti saturi: con legami singoli Composti insaturi: con legami doppi (o tripli) Acido fumarico Acido maleico Isomeria cis-trans o isomeria geometrica differisce la disposizione spaziale degli atomi adiacenti a due C legati da un doppio legame, poiché c è un legame π i 2 C non possono ruotare uno rispetto all altro. Le molecole in cui il C ha ibridazione sp 2 hanno struttura planare.

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12 ALTRI ISMERI DI FUNZINE glucosio (aldo-zucchero) e fruttosio (cheto-zucchero) anche il D-glucosio e l L-glucosio sono isomeri, però Isomeri di configurazione, noi utilizziamo solo l isomero D, che deriva dalla D-gliceraldeide mentre l L dalla L- gliceraldeide Formule o proiezioni di Fischer ATM DI C ASIMMETRIC

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15 Enantiomeri o isomeri ottici

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18 SISTEMA R-S (di Cahn-Ingold-Prelog)

19 La gliceraldeide ha un atomo di carbonio asimmetrico, ed esistono due enantiomeri C C C C C 2 D Gliceraldeide C 2 L gliceraldeide Gli zuccheri con il gruppo del carbonio asimmetrico più in basso a destra sono D Gli zuccheri con il gruppo del carbonio asimmetrico più in basso a sinistra sono L Per allungamento della catena carboniosa potremo avere: Gli aldosi che derivano dalla D gliceraldeide sono aldosi della serie D Gli aldosi che derivano dalla L gliceraldeide sono aldosi della serie L

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22 Gruppo funzionale di un composto organico: quel gruppo atomico che determina la reattività e il tipo di reazioni del composto. Infatti gli idrocarburi semplici (costituiti solo da C e ) saturi, sono poco reattivi perchè sia il legame C-C che quello C- sono per nulla o poco polarizzati. Radicale (R) è la rimanente parte della molecola legata al gruppo funzionale = gruppo alchilico Quando è un anello aromatico si chiama radicale arilico (Ar). I composti organici possono anche avere più di un gruppo funzionale: per es. aminoacidi. I composti organici con questi gruppi funzionali sono più reattivi e anche più idrofili perché o i gruppi sono ionizzabili (acidi carbossilici e amine che si comportano da basi) o possono formare ponti.

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24 I gruppi alchilici hanno il nome con la stessa radice dell alcano di origine ma finiscono col suffisso ile invece che ano. Alcani. Formula generale: C n 2n+2 IDRCARBURI ALIFATICI (in contrapposizione Alcheni e anche Cicloalcani. Formula generale: C n 2n con gli ARMATICI) Alchini. Formula generale: C n 2n-2 non solubili in acqua ltre alle reazioni di combustione, fornendo molta energia, gli alcani possono dare reazioni di sostituzione: un può essere sostituito da un altro atomo, per es. nel cloro metano o cloruro di metile. I composti insaturi alcheni e ancor più gli alchini sono molto più reattivi dei corrispondenti alcani: danno reazioni di addizione: per es. C 2 =C C 3 -C 3 e reazioni di polimerizzazione: per es. n(c 2 =C 2 ) C 2 =C-(C 2 -C 2 ) n-2 C=C 2 polietilene Tra i cicloalcani, il ciclopropano e il ciclobutano sono più reattivi perché tendono ad aprirsi. IDRCARBURI ARMATICI : il più semplice è il benzene C 6 6 il cui radicale si chiama fenile Essendo molto stabile dà più facilmente reazioni di sostituzione che di addizione Da anelli benzenici condensati sono formati il naftalene e altri PLICICLICI ARMATICI

25 Il N. di ossidazione del C può variare da 4 (nel metano C 4 ) a +4 (nella C 2 ). Togliendo un al C, per es.al metano, aumenta di 1 il suo N. ossidaz.: Nelle reazioni redox si libera una notevole quantità d energia: Nella combustione del Metano si ha il massimo d energia che si può produrre da un composto rganico. La combustione è la reazione con l, gli Alcani sono però molto stabili e poco reattivi, avviene solo se innescata da una scintilla.

26 le 2 fonti principali di alcani: PETRLI e GAS NATURALE

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29 Il fenolo si chiama anche acido fenico perché è debolmente acido.

30 Altri composti insaturi con delocalizzazione elettronica sono gli anelli eterociclici In cui l eteroatomo può essere, N, S. Nell anello possono anche esserci 2 eteroatomi. Furano Regola di uckel: Un composto è aromatico quando ha sopra e sotto il piano dell anello 2 nuvole cicliche di e delocalizzati con 4n+2 e

31 C E UN GRUPP USCENTE E UN ENTRANTE meglio chiamate REAZINI DI SSTITUZINE NUCLEFILA

32 Gli alometani o alogenuri del C sono molto stabili, tanto + quanto + è piccolo l alogeno. Freon 11 = CFCl 3 è il principale refrigerante su scala mondiale I primi composti usati x sostituire i CFC sono stati gli CFC=idrofluorocarburi che hanno una vita + breve dei CFC, verranno comunque sostituiti dagli FC x es. nei condizionatori d aria degli autoveicoli, perché il F è un cattivo catalizzatore della dissociazione dell ozono. Il Br invece lo fa meglio del Cl, ma fortunatamente ne usiamo -, è presente negli ALN, idrocarburi alogenati negli estintori e negli insetticidi usati in agricoltura.

33 Alcoli desinenza olo al nome dell idrocarburo d origine Il legame C- è notevolmente polarizzato e l agisce da nucleofilo che reagisce con gruppi elettrofili Permette quindi molte reazioni biologiche ed è presente in molte macromolecole e molecole biologiche. C 2 C 2 GLICERL, è un polialcol come gli zuccheri. C 2

34 I composti R-S sono i tiolcoli o tioli. Gli eteri, per es. etere etilico C 2 5 C 2 5 non possono formare ponti, quindi sono solventi organici, quasi immiscibili con l acqua al contrario degli alcoli.

35 R R C= chetoni e aldeidi C= hanno entrambi il gruppo R carbonilico, polarizzato e quindi reattivo, quindi presente nei composti biologici Le aldeidi possono essere prodotte per deidrogenazione di un alcol primario, i chetoni di un alcol secondario, solo le aldeidi possono essere ulteriormente ossidate ad acidi

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37 Sia le aldeidi che i chetoni subiscono reazioni di addizione, tipiche del doppio legame:

38 D Glucosio Tollens C C C C C CC 2 α D - Glucopiranosio Proiezione di Tollens Chiamato anche DESTRSI xchè (+) destrogiro Addizione nucleofila al C carbonilico emiacetale (2 emiacetali xchè il C1 diventa anomerico) D Glucosio aldeide α D - Glucopiranosio emiacetale Proiezione di aworth

39 Ci sono diversi modi per rappresentare il glucosio ( e gli altri zuccheri) C C C C C C 2 forma aperta rappresentazione convenzionale di Fisher C C C C C C 2 forma semiacetalica rappresentazione convenzionale (di Tollens,poco usata) C 2 forma semiacetalica rappresentazione convenzionale di aworth forma semiacetalica Rappresentazione quasi reale

40 Mutarotazione degli anomeri del glucosio - dell 1% C C C D-glucosio C C C 2 36% β 64% α

41 Si possono formare due tipi di semiacetale Con sei atomi nell anello, detta forma piranosica dal nome del pirano α D glucopiranosio β D glucopiranosio Con cinque atomi nell anello, detta forma furanosica dal nome del furano α D glucofuranosio β D glucofuranosio

42 FURANSI D-Ribosio β-d-fruttosio α-d-fruttosio Chiamato anche LEVULSI xchè (-) levogiro

43 Principali zuccheri Pentosi (5 atomi di C) C C C C C C C C C 2 C 2 Esosi (6 atomi di C) C D-ribosio aldosi C 2-desossi D-ribosio C chetosi C 2 C C C C C C C C C C C C C C C C C 2 C 2 C 2 C 2 D-glucoso D-galattoso D-mannoso D-fruttoso

44 I semiacetali hanno una reattività simile agli alcoli ma reagiscono più facilmente R 2 R R C + R- R C R semiacetale acetale Gli zuccheri, in quanto semiacetali, possono formare degli acetali Il legame che si forma si chiama legame glicosidico

45 IL LEGAME GLICSIDIC Il legame glicosidico si ha per sostituzione dell anomerico con un altro gruppo: Se al C anomerico si lega un ossigeno diremo che è un legame -glicosidico Se al C anomerico si lega un azoto diremo che è un legame N-glicosidico C 2 C 2 C 2 N-C 3 (legame glicosidico) ( legame N glicosidico) I GLICSIDI sono stabili Non è riducente

46 Formazione dell acetale : reazione di sostituzione nucleofila Estremità riducente

47 Non ci sono gruppi riducenti nel saccarosio

48 Estremità riducente Legami -glicosidici anche con le ser o thr delle proteine nelle glicoproteine

49 Scissione di un legame glicosidico

50 Anche nelle Glicoproteine con le asn

51 mopolisaccaridi Polisaccaridi o Glicani Eteropolisaccaridi mopolisaccaridi con funzione di riserva energetica Amido (piante) costituito da amilosio, lineare (α1 4)Glc e amilopectina, (α1 4)Glc, con ramificazioni (α1 6)Glc ogni residui Glicogeno (animali) (α1 4)Glc, con ramificazioni (α1 6)Glc ogni 8-12 residui con funzione strutturale Cellulosa, lineare (β1 4)Glc (parete cellulare delle piante) Chitina, lineare (β1 4)GlcNAc (esoscheletro artropodi) Destrano, (α1 6)Glc con ramificazioni (α1 3) (batteri e lieviti, resina sephadex)

52 amilosio Amilosio: catena lineare di migliaia di unità ( ). Il legame 1-4 alfa fa assumere alla molecola una struttura ad elica. Molecola più compatta ma meno digeribile della amilopectina. Nelle piante è circa il 20% dell amido

53 amilopectina Composta da unità di Glu, con ramicazioni (legami α(1 6) ) ogni Glu. Circa 80% dell amido Digerita dell amilasi, che lavora alle estremità

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55 Glicogeno (+ ramificato e compatto dell amido) amido animale, si trova nel fegato, muscoli e reni. Molecola molto ramificata (dendrimero). Circa unità di glucosio con ramificazioni ogni 12 glu. È normalmente legato alla proteina (glicogenina)

56 cellulosa Molecole lineari con legame β(1-4). Questo determina una struttura lineare, e non ad elica come l amido. Assume una conformazione estesa di microfibrille che si associano con legami idrogeno. È più cristallina dell amido.

57 Monocarbossilici Bicarbossilici Tricarbossilici ACIDI GRASSI sono acidi carbossilici alifatici a lunga catena, Saturi o insaturi se vi è almeno un doppio legame. Quasi tutti gli acidi grassi naturali contengono un numero pari di atomi di C. La reazione + importante degli acidi che avviene però solo se CATALIZZATA, x es. da ACIDI

58 Saponi : sali di sodio e potassio degli acidi grassi Saponificazione : IDRLISI DEGLI ESTERI IN AMBIENTE BASIC (reazione non reversibile)

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60 ω6 ω3 ω6

61 Acidi grassi

62 inibita da alcuni antiasmatici x es. sulla coagulazione Leucotrieni hanno un ruolo nelle risposte allergiche e infiammatorie anche gastroprotettrici PRSTAGLANDINA 2 sintasi-1 (o prostaglandina-endoperossido sintasi)

63 TACIPIRINA o PARACETAML MMENT

64 Nelle cellule molti composti polifunzionali

65 Le ammine sono basiche e l N delle amine è un nucleofilo Leggermente + basiche di N 3 le alifatiche, molto le aromatiche xchè il doppietto di e è delocalizzato

66 Nei sali d ammonio quaternari tutti e 4 gli dello ione ammonio sono sostituiti da gruppi organici

67 Ammina + Acido (attivato) Ammide ciclica = LATTAME C C N