Alcoli, Fenoli, Tioli e Eteri

Passiamo ora ad analizzare i composti ossigenati, ovvero quei composti che contengono carbonio, idrogeno ed ossigeno.

Gli ALCOLI si possono considerare da un punto di vista strutturale (non di formazione della molecola) come derivati dell’acqua da una sostituzione di un idrogeno con un gruppo R. Il gruppo OH è il gruppo funzionale di questi composti, che prendono la desinenza -OLO-. Il loro nome deriva dall’alcano corrispondente (stesso numero di atomi di carbonio) cambiando la desinenza del nome dell’alcano da -ano- in -olo-. Il primo termine della serie è il metanolo, poi a seguire viene l’etanolo (questi composti hanno anche un nome comune formato dal nome -alcool- più il nome del gruppo alchilico legato). Da tre atomi di carbonio in poi insorge l’isomeria di struttura (esistono due isomeri di struttura del propano), dovremo quindi indicare la posizione del gruppo OH, con le regole che abbiamo già visto per gli altri composti.


La chimica degli alcoli è diversa a seconda che un alcool sia primario (il gruppo OH è legato a un carbonio primario), secondario (il gruppo OH è legato a un carbonio secondario) o terziario(il gruppo OH è legato a un carbonio terziario).

Le proprietà fisiche degli alcoli sono diverse: gli alcoli a basso peso molecolare sono solubili in acqua, sono anche buoni solventi per le sostanze apolari. Questi composti hanno punti di ebollizione molto maggiori rispetto agli alcani, a parità di peso molecolare, perchè gli alcoli sono caratterizzati dai legami idrogeno che legano le loro molecole in maniera piuttosto forte, dunque sono legami da vincere per far sì che le molecole passino allo stato gassoso. L’acqua è un solvente polare che forma legami idrogeno, gli alcoli a basso peso molecolare possono sostituirsi alle molecole di acqua nei legami ad idrogeno, per questo essi sono solubili in acqua. Gli alcoli che hanno piu carboni nella loro catena hanno un maggior carattere da idrocarburo e non sono più solubili.

Gli alcoli sono acidi debolissimi, paragonabili all’acqua, le dissociazioni di alcoli in acqua non sono soluzioni acide (è un’acidità trascurabile), sono le loro basi coniugate che sono fortissime. Gli alcoli possono reagire con acidi carbossilici per dare composti chiamati esteri, inoltre sono nucleofili deboli, perchè hanno dei doppietti sull’ossigeno. Questi composti possono andare incontro ad ossidazione, dando prodotti diversi a seconda della natura dell’alcool che si va ad ossidare (queste reazioni in biologia sono deidrogenazioni, vengono persi due idrogeni alla volta).

L’alcol metilico è usato come solvente nelle sostanze apolari, è un composto molto tossico, che se ingerito può portare alla cecità. L’alcol etilico si forma attraverso la reazione d’idratazione dell’etene, ma anche per fermentazione di saccarosio o zuccheri della frutta, o zuccheri dei cereali, con cui si ottengono bevande alcoliche, le quali contengono etanolo. La gradazione di una bevanda indica la percentuale in volume dell’etanolo presente (ad esempio su 100 ml di vino, solitamente 12 ml sono di etanolo). Con il metodo della fermentazione non si ottengono gradazioni superiori ai 14-16 ml di etanolo su 100 ml di soluzione, con la distillazione riesco ad ottenere gradazioni molto più alte.

L’alcool puro in commercio non è mai al puro al 100 % ma è al 95 % con un 5 % di acqua che non riesce ad essere ulteriormente purificata per distillazione. L’alcool assoluto è molto caro ed è ottentuto dall’alcool puro al 95 % con una disidratazione attraverso calce viva (ossido di calcio), che si lega alle molecole d’acqua facendole precipitare. Questo trattamento fa però diventare il composto tossico, viene infatti utilizzato solo nei laboratori. L’alcool denaturato presente in commercio è al 65 %, viene aggiunto metanolo alla sua composizione normale. È un composto tossico e viene aggiunto un colorante rosa per distinguerlo come sostanza pericolosa.

I POLIALCOLI sono composti che presentano più di un gruppo OH all’interno di una loro molecola, i quali però sono portati da carboni diversi. Questi composti hanno punti di ebollizione molto alti e sono solubili in acqua per la presenza di più gruppi ossidrili. Un composto particolare è il glicerolo, che viene usato per le sue proprietà emolienti, ad esempio nelle creme per le mani, mentre con la reazione di esterificazione con acidi carbossilici particolari detti acidi grassi, forma i lipidi, composti molto importanti dal punto di vista biologico e presenti in tutti gli organismi.

Se un anello aromatico è legato direttamente ad un gruppo OH può dar origine ad una nuova famiglia di composti chiamati FENOLI. Il fenolo è il capostipite della famiglia dei fenoli, composti che hanno un comportamento caratteristico, che derivano dalla sostituzione di uno o più atomi d’idrogeno dall’anello benzenico. Hanno punti di ebollizione più alti degli alcoli perchè hanno il legame O-H maggiormente polarizzato, in quanto il gruppo Ar tende a comportarsi da elettronaccettore nei confronti dell’atomo di ossigeno, che per effetto induttivo tende a legare a sè maggiormente gli elettroni di legame con l’ossigeno, creando una maggiore differenza di elettronegatività tra i due atomi. Inoltre sono più acidi degli alcoli, per il fatto che lo ione alcossido è stabilizzato per risonanza, la carica risuona nelle posizioni orto e para. Inoltre i gruppo/gruppi R che caratterizzano gli alcani sono elettron-donatori e destabilizzano la base coniugata provocando una diminuzione del’acidità, mentre il gruppo Ar è un gruppo elettronaccettore, stabilizza la base coniugata provocando un aumento dell’acidità del composto.

I fenoli sono composti classificati a parte rispetto agli idrocarburi aromatici, danno reazioni di sostituzione elettrofila all’anello benzenico, che vengono meglio rispetto a quelle che avvengono in un idrocarburo aromatico avente un anello benzenico normale, in quanto il gruppo OH funge da attivatore e da orientatore della zona dell’attacco dell’elettrofilo, più precisamente in posizioni orto e para. Il gruppo OH è infatti un sostituente in grado di aumentare la densità elettronica dell’anello benzenico, facilitando le sue reazioni di sostituzione elettrofila. L’OH possiede sull’atomo di ossigeno almeno una coppia di elettroni non condivisi, che nel caso dell’attacco dei sostituenti in posizione orto e para è in grado di andare a delocalizzare ulteriormente la carica positiva presente sul carbonio legato all’OH in una delle sue forme limite di risonanza. Nel caso di attacco di un sostituente nella posizione in meta questa delocalizzazione non è possibile, la reazione per passare ai composti intermedi più stabili sarà dunque orientata nelle sostituzioni orto e para.

Esistono anche composti detti alcoli aromatici.

Esitono altri composti ossigenati: dal punto di vista strutturale la sostituzione di entrambi gli idrogeni dell’acqua dà origine a composti chiamati ETERI. Il conosciuto etere anestetico è solo un composto della famiglia degli eteri, ed è detto etere dietilico. Il nome di questi composti deriva dal nome dei gruppi alchilici legati alle due estremità dell’atomo di ossigeno. Questi composti hanno bassi punti d’ebollizione, per questo sono definiti sostanze volatili, non possono infatti formare legami idrogeno tra le loro molecole. Questi composti non sono solubili in acqua (a parte quelli a basso peso molecolare che sono relativamente solubili in acqua, infatti gli eteri sono in grado di accettare i legami idrogeno, soprattutto negli alcoli), sono ottimi solventi per le sostanze apolari e sono in generale poco reattivi, sono infatti ottimi solventi per le reazioni organiche.

Passiamo ora ad analizzare dei composti che contengono zolfo (sono detti solforati), che dal punto di vista strutturale possiamo considerare come derivati dall’acido solfidrilico(H2S) con la sostituzione di un H con un R: questi composti sono chiamati tioalcoli o mercaptani o TIOLI.

I tioalcoli hanno caratteristiche simili a quelle degli alcoli: hanno punti di ebollizione più bassi rispetto agli alcoli, perchè lo zolfo è meno elettronegativo dell’ossigeno, non forma legami idrogeno tra le sue molecole con i corrispettivi atomi d’idrogeno, sono sostanze maggiormente volatili, mentre sono più acidi degli alcoli perchè lo zolfo essendo di dimensioni maggiori dell’atomo di ossigeno riesce a disperdere meglio la carica negativa, mentre reagendo con gli acidi carbossilici possono formare i tioesteri. I tioli possono andare incontro anche a reazioni di ossidazione, che decorrono in una maniera particolare: sono sempre due molecole di tioli che intervengono, formando un composto zolfo-zolfo caratterizzato da un ponte disolfuro. È una reazione caratteristica che si ossserva anche in biologia: le proteine sono catene in cui gli anelli strutturali sono aminoacidi, di cui uno in particolare ha un gruppo SH, detto gruppo tiolico, che forma l’amminoacido CISTEINA.
Le reazioni che avvengono negli organismi sono quasi tutte catalizzate da composti organici detti enzimi, in quanto altrimenti avverrebbero con una velocità non compatibile con la vita. Questi enzimi sono diversi, e prendono diversi nomi a seconda della reazione che vanno a formare, i più importanti sono la riduttasi e la deidrogenasi. L’enzima agisce sul suo substrato, a cui si erano legate le sostanze che vanno a reagire: se l’enzima è coinvolto in una reazione di ossidazione il substrato perde due idrogeni, che a sua volta andranno a ridurre un altro composto detto coenzima, non di natura proteica, che aiuta l’enzima a far avvenire una reazione. Questi coenzimi a loro volta cederanno gli idrogeni che hanno appena acquistato dal substrato ad un altro composto. I coenzimi sono di tipi diversi, uno di questi è l’acido lipoico che può esistere nella forma ossidata (ha un ponte disolfuro) o nella forma ridotta (caratterizzato da due gruppi tiolici).

I TIOETERI sono composti caratterizzati da un gruppo funzionale C-S-C, che caratterizza l’aminoacido METIONINA.