Chimica · Unità 6 1 CFU

Gruppi funzionali: alcoli, fenoli, eteri, tioli, tioeteri, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati, ammine e ammidi.

Teoria essenziale

1. Gruppi funzionali: panoramica

Un gruppo funzionale è un atomo o un gruppo di atomi che conferisce a una molecola organica specifiche proprietà chimiche e fisiche. Ecco una tabella riassuntiva dei principali gruppi funzionali:

Classe	Gruppo funzionale	Esempio	Nome IUPAC
Alcoli	–OH	CH₃–CH₂–OH	Etanolo
Fenoli	Ar–OH	C₆H₅–OH	Fenolo
Eteri	R–O–R'	CH₃–O–CH₃	Dimetiletere
Tioli	–SH	CH₃–CH₂–SH	Etanetiolo
Tioeteri	R–S–R'	CH₃–S–CH₃	Dimetilsolfuro
Aldeidi	–CHO	CH₃–CHO	Etanale (acetaldeide)
Chetoni	R–CO–R'	CH₃–CO–CH₃	Propanone (acetone)
Acidi carbossilici	–COOH	CH₃–COOH	Acido etanoico (acetico)
Esteri	R–COO–R'	CH₃–COO–CH₃	Acetato di metile
Tioesteri	R–COS–R'	CH₃–COS–CH₃	Tioacetato di metile
Anidridi	R–CO–O–CO–R'	(CH₃CO)₂O	Anidride acetica
Ammidi	R–CONH₂	CH₃–CONH₂	Acetammide
Ammine	–NH₂	CH₃–CH₂–NH₂	Etanammina
Acilfosfati	R–CO–O–PO₃²⁻	CH₃–CO–O–PO₃²⁻	Acetilfosfato

2. Alcoli, fenoli, eteri, tioli e tioeteri

🔹 Alcoli (R–OH)

Contengono il gruppo idrossile (–OH) legato a un carbonio saturo.
Nomenclatura IUPAC: desinenza -olo. Es. metanolo (CH₃OH), etanolo (C₂H₅OH).
Proprietà: polari, formano legami idrogeno → punti di ebollizione elevati.
Reazioni: disidratazione (→ alcheni), ossidazione (→ aldeidi/chetoni/acidi), sostituzione nucleofila.
Rilevanza biologica: etanolo (fermentazione), colesterolo (alcol steroideo).

CH₃–CH₂–OH (etanolo)

🔸 Fenoli (Ar–OH)

–OH legato a un anello aromatico (benzene).
Acidità: più acidi degli alcoli (il fenolo ha pKₐ ≈ 10, mentre l'etanolo ha pKₐ ≈ 16).
Esempi: fenolo (C₆H₅OH), cresoli, timolo.

🔹 Eteri (R–O–R')

Ossigeno legato a due gruppi alchilici o arilici.
Proprietà: meno polari degli alcoli, non formano legami idrogeno.
Esempi: dietiletere (CH₃CH₂–O–CH₂CH₃), utilizzato come solvente.

🔸 Tioli (R–SH) e tioeteri (R–S–R')

Simili agli alcoli/eteri ma con zolfo al posto dell'ossigeno.
Proprietà: odori caratteristici (forti), più acidi degli alcoli.
Rilevanza biologica: cisteina (contiene gruppo tiolico –SH), metionina (contiene tioetere –S–), coenzima A (contiene tioestere).

3. Aldeidi e chetoni

🔹 Aldeidi (R–CHO)

Gruppo carbonile (C=O) all'estremità della catena.
Nomenclatura IUPAC: desinenza -ale. Es. metanale (HCHO), etanale (CH₃CHO).
Reazioni: ossidazione (→ acidi carbossilici), riduzione (→ alcoli primari), addizione nucleofila.
Rilevanza biologica: glucosio (aldoso), retinale (vitamina A aldeide).

O
||
CH₃–C–H (etanale, acetaldeide)

🔸 Chetoni (R–CO–R')

Gruppo carbonile (C=O) all'interno della catena.
Nomenclatura IUPAC: desinenza -one. Es. propanone (CH₃COCH₃).
Reazioni: riduzione (→ alcoli secondari), addizione nucleofila, condensazione aldolica.
Rilevanza biologica: fruttosio (chetoso), corpi chetonici (acetoacetato, β-idrossibutirrato).

🧪 Emiacetali, emichetali, acetali e chetali

Eminacetale: aldeide + alcol (instabile).
Emichetale: chetone + alcol (instabile).
Acetale: emiacetale + alcol (stabile).
Che tale: emichetale + alcol (stabile).
Fondamentali per la struttura degli zuccheri (glucosio forma un emiacetale ciclico).

🔹 Tautomeria cheto-enolica

Equilibrio tra forma chetonica (C=O) e forma enolica (C=C–OH).
Importanza biologica:
- U rato: l'acido urico esiste in forma chetonica e enolica.
- Citosina: tautomeria cheto-enolica nelle basi azotate.
- Fosfoenolpiruvato (PEP): intermedio ad alta energia nella glicolisi.

🔸 Chinoni e idrochinoni

Chinoni: composti aromatici con due gruppi carbonilici (C=O) sull'anello.
Idrochinoni: forma ridotta (due gruppi –OH).
Rilevanza biologica: ubichinone (coenzima Q) – trasportatore di elettroni nella catena respiratoria.

4. Acidi carbossilici e derivati

🔹 Acidi carbossilici (R–COOH)

Contengono il gruppo carbossile (–COOH).
Nomenclatura IUPAC: desinenza -oico. Es. acido metanoico (HCOOH), acido etanoico (CH₃COOH).
Acidità: acidi deboli (pKₐ ≈ 4-5), più acidi degli alcoli.
Reazioni: salificazione (→ sali), decarbossilazione, sostituzione nucleofila acilica.
Rilevanza biologica: acidi grassi, amminoacidi, acido lattico, acido citrico.

O
||
CH₃–C–OH (acido etanoico, acetico)

🔸 Derivati degli acidi carbossilici

Esteri (R–COO–R'): da acido + alcol. Es. trigliceridi (grassi), esteri di Fischer.
Tioesteri (R–COS–R'): contengono zolfo. Es. acetil-CoA (fondamentale nel metabolismo).
Anidridi (R–CO–O–CO–R'): due acidi carbossilici condensati. Es. anidride acetica.
Ammidi (R–CONH₂): da acido + ammoniaca/ammina. Es. legame peptidico tra amminoacidi.
Acilfosfati (R–CO–O–PO₃²⁻): intermedi ad alta energia (es. 1,3-bisfosfoglicerato).

🧪 Reazioni importanti:

Esterificazione di Fischer: acido carbossilico + alcol → estere + H₂O (catalisi acida).
Idrolisi degli esteri: estere + H₂O → acido + alcol (reazione inversa dell'esterificazione).
Transesterificazione: scambio del gruppo alchilico di un estere.
Condensazione di Claisen: due esteri → β-chetoestere (importante in biosintesi).
Lattoni: esteri ciclici (es. acido ascorbico – vitamina C).
Decarbossilazione dei chetoacidi: perdita di CO₂ da un α-chetoacido (es. nel ciclo di Krebs).
Idrolisi delle ammidi: ammide + H₂O → acido + ammina (importante nella degradazione delle proteine).

5. Ammine

Le ammine sono derivati dell'ammoniaca (NH₃) in cui uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da gruppi alchilici o arilici.

Primarie (1°): R–NH₂ (es. etilammina).
Secondarie (2°): R₂–NH (es. dietilammina).
Terziarie (3°): R₃–N (es. trietilammina).

Proprietà

Basicità: le ammine sono basi deboli (accettano protoni). La basicità aumenta da primarie a terziarie (in fase gassosa).
Nucleofilicità: l'azoto ha un doppietto elettronico libero → le ammine sono buoni nucleofili.

Reazioni

Alchilazione: ammina + alogenuro alchilico → ammina sostituita.
Formazione di sali: ammina + acido → sale di ammonio (es. cloruro di etilammonio).
Nitrosammine: ammine secondarie + acido nitroso → nitrosammine (potenzialmente cancerogene).

🧬 Rilevanza biologica:

Colina: ammina quaternaria, componente dei fosfolipidi e dell'acetilcolina (neurotrasmettitore).
Neurotrasmettitori: dopamina, serotonina, noradrenalina (derivati da ammine).
Amminoacidi: contengono il gruppo amminico (–NH₂).
Basi azotate: adenina, guanina, citosina, timina (contengono gruppi amminici).

Esempi svolti

🧪 Esempio 1 – Nomenclatura
Dare il nome IUPAC del composto CH₃–CH₂–CH₂–OH.
Soluzione: propan-1-olo (catena di 3 C, –OH al carbonio 1).

🧪 Esempio 2 – Reazioni
Quale prodotto si ottiene dall'ossidazione dell'etanolo (CH₃–CH₂–OH)?
Soluzione: l'ossidazione dell'etanolo dà acetaldeide (CH₃–CHO) e poi acido acetico (CH₃–COOH).

🧪 Esempio 3 – Tautomeria
Il fosfoenolpiruvato (PEP) è un importante intermedio metabolico. Quale forma tautomero predomina?
Soluzione: il PEP esiste prevalentemente nella forma enolica (C=C–OH), che è stabilizzata dal gruppo fosfato.

Esercizi guidati

✏️ Esercizio 1 – Classificare il composto CH₃–O–CH₂–CH₃ come alcol, etere, aldeide o chetone.

Soluzione: CH₃–O–CH₂–CH₃ è un etere (metil-etil-etere o metossietano). L'ossigeno è legato a due gruppi alchilici.

✏️ Esercizio 2 – L'acido acetico (CH₃COOH) reagisce con etanolo. Quale prodotto si forma?

Soluzione: CH₃COOH + CH₃CH₂OH → CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O.
Si forma acetato di etile (un estere) con esterificazione di Fischer.

✏️ Esercizio 3 – Quale gruppo funzionale è presente nella cisteina?

Soluzione: La cisteina contiene un gruppo tiolico (–SH) e un gruppo amminico (–NH₂) e un gruppo carbossilico (–COOH).

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