Alcoli, Fenoli, Tioli, Eteri Alcoli: Struttura Nomenclatura Proprietà Usi Preparazione lassificazione Reazioni Eteri Fenoli Tioli
Alcoli ALLI gruppo ossidrilico R - lone pairs sp3 La presenza di un atomo di legato all rende possibile la formazione di ponti a intermolecolari sp3
Alcoli gruppo funzionale - ( ossidrile) nome : idrocarburo con desinenza - olo 3 metanolo 3 2 etanolo
Proprietà degli alcoli T eb > di quelle degli alcani corrispondenti (molecole polari - legame idrogeno) l l - - - - l l - - - - - - - - - - - -
Proprietà degli alcoli T eb > di quelle degli alcani corrispondenti Solubilità completa in solventi polari fino a 4 omportamento anfotero
Alcoli metanolo Formula 3 p eb ( ) 64,5 solubilità in 2 % etanolo 3 2 78,3 n-propanolo 3 ( 2 ) 2 97 n-butanolo 3 ( 2 ) 2 118 7,9 n-pentanolo 3 ( 2 ) 3 138 2,3 n-esanolo 3 ( 2 ) 4 156 0,6
Usi Metanolo 3 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: 1. 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 (22) vari enzimi ossidoreduttasi partendo da diversi substrati R2 portano alla formazione di 22 (acqua ossigenata o perossido d'idrogeno) che poi, tramite l'enzima catalasi, ossida il metanolo 2. nel citosol epatico tramite l'enzima AD (questa ossidazione è in equilibrio reversibile)
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 SN, 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 SN 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 p 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 Na3 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 AD (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 SN, 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.
l l - - - - l l Etanolo - Alcol Etilico Potere antisettico perché? A quale concentrazione?
Usi In medicina ome antisettico (denatura le proteine) Usato come antisettico solo al 70%
Etanolo - Alcol Etilico preparazione : fermentazione degli zuccheri 6 12 6 2 2 5 + 2 2 glucosio etanolo contenuto di etanolo: birra circa 4 % vini circa 12% gin, whisky, brandy dal 40 al 50 %
Alcoli polifunzionali, (polioli) - Glicoli l l - - - l l 1,2 - etandiolo (glicole etilenico) l l l - - - - l l l Uso : anticongelante 1,2,3 propantriolo (glicerolo, glicerina) nitroglicerina
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 EFFIIENTE di 5
primario secondario terziario 3 2 3 3 3 3 3 etanolo 2-propanolo ter-butanolo 2-metil-2-propanolo
aratteristiche deducibili dalla struttura d- 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. d+ 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 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.
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
REAZINI DEGLI ALLI Tipiche degli alcoli sono: disidratazione e ossidazione Poi ci sono altre reazioni ma che sono caratteristiche di altri gruppi funzionalii Disidratazione
Reazioni alcoli ssidazione degli alcoli Gli alcoli (o meglio il carbonio che lega il gruppo ) possono venir ossidati R 2 alcol I da un aldeide R R R alcol II da un chetone R R R R Alcol III non da niente
L ossidazione è una deidrogenazione che diventa Reazioni di ossido-riduzione (Nel nostro organismo ci sono le deidrogenasi) alcol carbonile (aldeide o chetone) carbossile -2 Numero di ossidazione del crescente N.B. alcol 1 aldeide carbossile alcol 2 chetone X alcol 3 X
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) etanolo Alcol etilico Ione dicromato (rosso-arancio) r 2 7 - - ( + ) r + + + Ione cromo (verde) etanale Aldeide acetica Le ossidazioni con r6+ sono caratterizzate da cambiamento di colore da arancio-rosso a verde, r3+. Si sfrutta questo cambiamento di colore per verificare il contenuto alcolico del sangue: l ossidazione di etanolo con K2r27 arancio forma 3 and r3+ verde. Si soffia in un tubo contenente K2r27, 2S4, e un solido inerte. Maggiore è la concentrazione di etanolo nel respiro, maggiore è l estensione della fascia verde nel tubo. Il romo 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 3 e poi ad acetato 3. 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 p 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, NAD + NAD + + 2 I 3 - alcol deidrogenasi citosolica - MES microsomiale -= I 3 NAD + acetalaldeide deidrogenasi -= I 3 NAD + + =~SoA I acetil oa sintasi 3
Metabolismo dell etanolo sintesi dell acetaldeide due diverse vie metaboliche in base al consumo 1. onsumo moderato ALL DEIDRGENASI (enzima costitutivo) AD Enzima citosolico Zn 2+ dipendente; Km = 1mM Può ossidare anche il metanolo 3 2 + NAD + 3 + NAD + + 2. onsumo elevato SISTEMA MIRSMIALE E SSIDA L ETANL (MES microsomal ethanol oxidizing system) sistema inducibile 3 2 + NADP + + + 2 YP2E1 3 + NADP + + 2
Reazioni alcoli Una disidratazione
Disidratazioni biologiche Su composti b-idrossicarbonilici (gruppi in b a =), meccanismo E1-2 ome nella sintesi degli acidi grassi
Gli alcoli possono inoltre dare altri due tipi di reazioni R-- Rottura del legame - L ossigeno è molto elettronegativo ed il legame è polarizzato come negli alogenuri alchilici: SSTITUZINI NULEFILE R-- Rottura del legame - L ossigeno può usare i suoi elettroni per comportarsi da nucleofilo,(cioè R- è un nucleofilo) riprendendo poi gli elettroni del legame -
Sostituzione nucleofila negli alcoli Negli alcoli il gruppo uscente - è una base forte quindi la sostituzione nucleofila è difficile si può forzare sull equilibrio chimico (non facile) usando un catalizzatore 3-2 - + + 3-2 - 2 + In questo caso il gruppo uscente è una base molto debole ( 2 ) e la reazione è facile 3-2 - + 3-2 - + + 3-2 -- 2-3 + 2 + + etere
Forza del nucleofilo 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
Per condensazione in ambiente acido (ad es. 2 S 4 ) di due molecole di etanolo si ottiene un etere (La reazione decorre con meccanismo SN 2 ) 3 3 2 + 1 a fase: Protonazione dell alcol 3 2 a fase: Sostituzione nucleofila 2 3 2 3 3 + 3 3 dietiletere (o etere etilico)
Eteri ETERI R R gruppo etere lone pairs Il legeame etere lo troviamo nei carboidrati sp3 sp3 sp3 Gli eteri sono molecole si comportano da solventi polari aprotici (mancano atomi di idrogeno disponibili a formare ponti ad )
Eteri Il gruppo funzionale è R--R Il nome dell etere deriva da quello dei due radicali alchilici: 3 -- 2-3 metil etil etere 3 2 3 3 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 EPSSIDI sono ETERI ciclici a tre termini di cui uno è l ossigeno 2 2
Gli eteri devono essere considerati delle basi : in ambien te acquoso acido sono facilmente protonati ed idrolizzati R R R R + 2 R R R + R + protonazione R idrolisi
EPSSIDI (ETERI) gruppo epossido R R lone pairs sp3 sp3 sp3 Forte tensione di legame Alta reattività
Reazione tipica degli epossidi: Sostituzione nucleofila Meccanismo di reazione in ambiente acido Nu- = 2, R-, R-N 2
Gli alcoli possono poi comportarsi da reattivi nucleofili e reagire con Aldeidi Il dell aldeide è parzialmente positivo R d R' l ossigeno ha elettroni spaiati R R' R R' semiacetale R R' Acidi carbossilici R R' R R' + 2 estere R R' R R'
Fenoli Fenoli - alcoli aromatici Debolmente acidi K a circa 10-10 6 5 fenolo Uso: materia prima per la sintesi di materiali plastici e come disinfettante
L anione fenato è stabilizzato dalla risonanza fra più forme limite. iò comporta la conseguenza che i fenoli sono acidi più forti degli alcoli. pka 10.0
Na 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 Na N a N a
2 3 2 Na 2 3 Na 2 2 2 Na 2 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. Na
Tioli TILI gruppo sulfidrilico R - S lone pairs S sp3 sp3
Tioalcoli o Tioli o mercaptani Formula generale R-S 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 3-2 - etanolo 3-2 -S etantiolo mercapto etano
Reazioni I tioalcoli danno le stesse reazioni degli alcoli, formando i corrispondenti tioderivati ome 2 S è più acido di 2, i tioalcoli sono acidi deboli gli alcoli sono acidi debolissimi Reazione dei soli tioalcoli: ossidazione del gruppo tiolo lo zolfo di S può essere ossidato, l ossigeno di non può R-S + R-S + 1 / 2 2 ossidazione blanda R-S-S-R + 2 disolfuro R-S + 3 / 2 2 ossidazione spinta R-S 3 acido solfonico Gli acidi solfonici sono acidi forti
Reazione redox Tioli liberi Riduzione + 2 ssidazione - 2 Ponte disolfuro
Nei capelli esposti a acqua calda (vapore) le α-cheratine cambiano strutture, diventano una forma β estesa. on 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