Aldeidi, Chetoni e Chinoni

I composti carbonilici sono caraterizzati dal gruppo funzionale carbonile e si dividono in due classi, le ALDEIDI e i CHETONI.

La geometria del gruppo carbonilico prevede una struttura del carbonio impegnato di tipo sp2, ovvero una struttura trigonale che giace sullo stesso piano. Questo carbonio forma tre legami σ, giacenti tutti sullo stesso piano, con angoli di legame di 120 gradi, mentre rimane un orbitale p puro bilobato e perpendicolare al piano dei legami σ, parallelo ad un orbitale p puro dell’ossigeno: questi orbitali p puri si combinano lateralmente per formare il legame π tra carbonio ed ossigeno. Questo legame è del tutto simile al doppio legame cabonio-carbonio, in questo legame abbiamo però due atomi a diverse elettronegatività, infatti il gruppo carbonilico è un gruppo fortemente polare, con una parziale carica positiva che si forma sul carbonio ed una parziale carica negativa che si forma sull’ossigeno.

Queste cariche sono piuttosto rilevanti, l’ossigeno attira due coppie di elettroni, tra cui gli elettroni π che sono molto mobili e si spostano verso l’ossigeno, creando un legame carbonio-ossigeno fortemente polare. Un legame doppio carbonio-ossigeno è lungo 1,24 A mentre un legame semplice carbonio-ossigeno è lungo 1,43 A.

I composti carbonilici a basso peso molecolare sono solubili in acqua perchè si può formare un legame idrogeno con le molecole d’acqua, ma aumentando le dimensioni dei gruppi R legati al gruppo carbonilico la molecola diventa più simile ad un idrocarburo e perde la capacità di essere solubile in acqua. I legami idrogeno tra le molecole dei composti carbonilici non si possono formare, queste sostanze sono dette volatili ed hanno punti di ebollizione piuttosto bassi.

La desinenza che caraterizza la nomenclatura delle aldeidi è -ALE-, il loro nome deriva dall’alcano corrispondente, che ha gli stessi atomi di carbonio nella catena più lunga ma gli viene cambiata la desinenza. Il capostipite della famiglia è il metanale, a seguire viene l’etanale. Questi composti danno reazioni di ossidazione, hanno punti di ebollizione bassi ed odori penetranti, non sgradevoli ma pungenti. L’aldeide acetica si forma solitamente nelle fermentazioni, mentre la formalina è una soluzione acquosa di formaldeide al 30-40 %.


La desinenza che caratterizza la nomenclatura dei chetoni è -ONE-, e seguono gli stessi principi della nomenclatura che seguono anche le aldeidi. Il chetone più semplice è il propanone, ed ha un odore pungente. Da 5 atomi di carbonio in sù indichiamo la presenza del gruppo chetonico attraverso la numeraziona in modo che abbia il numero più basso possibile. Questi composti hanno anche un altro tipo di nomenclatura, possono infatti essere chiamati anche con i gruppi alchilici a cui sono legati.

Il sito carbonilico di questi composti può essere attaccato da nucleofili, mentre l’ossigeno da sostanze elettrofili tipo H+. Le reazioni delle aldeidi possono esssere di addizione e di condensazione, mentre un’altra reazione di condensazione che possono dare aldeidi e chetoni è la reazione con l’ammoniaca ed i derivati dell’ammoniaca.

La TAUTOMERIA CHETOENOLICA è presentata sia da aldeidi e chetoni che legate al carbonio adiacente (detto carbonio-α) al carbonio carbonilico portano un idrogeno. Questo idrogeno può essere dissociato come ione H+. Il gruppo carbonilico è fortemente polare, attira elettroni dal legame con il carbonio α, si polarizza il legame carbonio-carbonio, che per effetto induttivo attira elettroni polarizzando il legame carbonio-idrogeno del carbonio α, l’idrogeno di questo legame può dunque staccarsi assieme ad una base piuttosto forte, inoltre l’anione che si forma è stabilizzato per risonanza.

Lo ione enolato è una base coniugata che a sua volta può legare ioni H+, infatti la carica negativa può essere neutralizzata sull’ossigeno da uno ione H+, che darà origine alla forma enolica del composto. La forma chetonica è quella più rappresentata in natura, in quanto il carbonio α è ibridato sp3, a differenza della forma enolica dove è ibridato sp2, mentre la forma chetonica rappresenta anche la forma meno acida, l’ibridazione sp2 dei carboni è meno stabile dell’ibridazione sp3 dei carboni, la forma chetonica è dunque più stabile, serve maggiore energia per rompere i legami della forma chetonica, il legame C—O è più corto, ha una maggiore sovrapposizione dell’orbitale e in quel legame vi è una maggiore densità elettronica. I fenoli sono tra gli unici composti presenti quasi esclusivamente in forma enolica, in quanto la forma chetonica in questo caso non garantisce una maggiore stabilità, proprio perchè non permette al composto di formare una struttura in risonanza, che lo permette la forma enolica.

Lo ione enolato è un composto intermedio che si può formare anche in altre reazioni, come la condensazione aldolica, che porta alla formazioni di lunghe catene carboniose. La più semplice reazione di questo tipo riguarda la condensazione di due molecole di acetaldeide catalizzate da un base forte come OH- (in questo caso la reazione è irreversibile, ha un equilibrio molto spostato verso destra). Negli organismi i catalizzatori di queste reazioni non sono basi forti ma particolari enzimi chiamati ALDOLASI. Il meccanismo è un pò differente, la reazione è in questo caso reversibile, viene catalizzato sia l’allungamento che l’accorciamento della catena carboniosa.

Altre reazioni che abbiamo visto di questi composti sono l’ossidazione delle aldeidi ad acidi carbossilici (i chetoni non possono dare reazioni di ossidazione perchè mancano di idrogeni legati al carbonio del gruppo carbonilico), la riduzione di aldeidi ad alcoli primari e di chetoni ad alcoli secondari.

Passiamo ora a definire i CHINONI, ovvero composti dichetonici cicilici legati con un sistema di doppi legami coniugati. Esistono diversi composti chinoni in natura che derivano da questi chinoni più semplici, con la sostituzione di idrogeni con gruppi piuttosto complessi. Il parabenzochinone è il prodotto di ossidazione di un difenolo, possiamo incontrare queste forme nella molecola organica ubichinone o coenzima Q, un composto di ossidoriduzione presente sulla membrana mitocondriale, dove sono ordinate secondo il potenziale di riduzione crescente le coppie di ossidazione, fino ad arrivare a quella dell’ossigeno, a potenziale maggiore (una delle coppie è formata dal coenzima q).