Struttura e classificazione di alcoli e fenoli

Immagina di dover riconoscere alcoli e fenoli: è più facile di quanto pensi! Negli alcoli, il gruppo -OH si attacca a un carbonio legato solo con legami semplici. Nei fenoli, invece, questo gruppo si lega direttamente a un anello benzenico.

Per la nomenclatura degli alcoli, usi il solito prefisso per il numero di carboni e aggiungi -olo. Il metanolo (CH₃OH) è l'alcol più semplice, seguito dall'etanolo (CH₃CH₂OH) che trovi nelle bevande alcoliche.

Gli alcoli si classificano in primari, secondari e terziari in base al tipo di carbonio a cui si lega il gruppo -OH. Se hai più gruppi -OH nella stessa molecola, ottieni i polioli come il glicerolo (presente nei saponi e cosmetici).

Curiosità: Il glicole etilenico viene usato come antigelo per le auto grazie alla sua capacità di formare legami a idrogeno con l'acqua!

La presenza del gruppo -OH crea legami a idrogeno tra le molecole, rendendo gli alcoli più solubili in acqua rispetto agli idrocarburi semplici.

Proprietà chimiche e acidità

Ecco dove gli alcoli e i fenoli diventano interessanti dal punto di vista chimico! Entrambi possono comportarsi da acidi deboli liberando ioni H⁺, ma con intensità molto diverse.

Gli alcoli hanno una costante di dissociazione acida (Ka) tra 10⁻¹⁶ e 10⁻¹⁰. Quando reagiscono con il sodio metallico, producono alcossidi e liberano idrogeno gassoso: 2ROH + 2Na → 2RO⁻Na⁺ + H₂.

I fenoli sono acidi molto più forti degli alcoli! Il fenolo ha Ka = 1,0 × 10⁻¹⁰ e può reagire persino con gli idrossidi formando fenossidi o fenati. Questa maggiore acidità dipende dalla delocalizzazione della carica negativa sull'anello benzenico.

Trucco per gli esami: Ricorda che i gruppi elettron-attrattori come -NO₂ aumentano l'acidità dei fenoli stabilizzando la base coniugata!

L'acido picrico $2,4,6-trinitrofenolo$ è così acido che ha Ka = 3 × 10⁻¹, nove ordini di grandezza superiore al fenolo normale.

Reazioni di sostituzione e eliminazione

Ora arriva la parte pratica: come trasformare un alcol in altri composti utili! Le reazioni di sostituzione nucleofila ti permettono di sostituire il gruppo -OH con altri gruppi come gli alogeni.

Nell'alogenazione, l'etanolo reagisce con HBr formando bromoetano: CH₃CH₂OH + HBr → CH₃CH₂Br + H₂O. Il meccanismo può essere SN1 o SN2 a seconda del tipo di alcol (primario, secondario o terziario).

La disidratazione ad alcheni usa acido solforico concentrato a 180°C. L'alcol perde una molecola d'acqua formando un doppio legame C=C. Ad esempio: CH₃CH₂OH → CH₂=CH₂ + H₂O.

Il meccanismo passa attraverso la protonazione del gruppo -OH, l'eliminazione di H₂O che forma un carbocatione, e infine la perdita di H⁺ che crea il doppio legame.

Attenzione: La temperatura è cruciale! A 140°C si formano eteri, a 180°C si formano alcheni.

Gli alcoli primari seguono il meccanismo E2, mentre quelli terziari preferiscono E1.

Sintesi di eteri e reazioni di ossidazione

Quando due molecole di alcol si "incontrano" a 140°C con H₂SO₄, succede qualcosa di magico: si forma un etere! Due molecole di etanolo danno il dietil etere: 2CH₃CH₂OH → CH₃CH₂-O-CH₂CH₃ + H₂O.

L'ossidazione degli alcoli è fondamentale in chimica organica. Gli alcoli primari diventano prima aldeidi, poi acidi carbossilici. Gli alcoli secondari si trasformano in chetoni. Gli alcoli terziari resistono all'ossidazione!

I migliori ossidanti sono permanganato di potassio (KMnO₄) e bicromato di sodio (Na₂Cr₂O₇). Sono così potenti che spingono la reazione fino all'acido carbossilico, a meno che tu non usi condizioni speciali per fermarla all'aldeide.

Esempio pratico: L'etanolo si ossida prima ad acetaldeide, poi ad acido acetico (quello dell'aceto!).

Anche i chetoni possono ossidarsi con acido nitrico concentrato, ma si rompono formando acidi carbossilici più piccoli. Il propanone dà acido metanoico e acido etanoico.

Esterificazione e reazioni dei fenoli

L'esterificazione è una delle reazioni più importanti degli alcoli! Quando un alcol incontra un acido carbossilico, eliminano H₂O e formano un estere: CH₃COOH + CH₃OH → CH₃COOCH₃ + H₂O.

Per spostare l'equilibrio verso i prodotti (principio di Le Châtelier), puoi usare un eccesso di alcol o utilizzarlo come solvente della reazione.

I fenoli hanno reazioni speciali grazie al loro anello aromatico. Nella bromlurazione, il fenolo reagisce con Br₂/FeBr₃ dando 2,4,6-tribromofenolo (un precipitato!). Il gruppo -OH dirige i sostituenti in posizione orto e para.

L'ossidazione dei fenoli produce chinoni. L'idrochinone si trasforma reversibilmente in p-benzonochinone, una reazione importante in fotografia e biologia.

Applicazione reale: I fenoli come BHA e BHT vengono usati come antiossidanti negli alimenti per prevenire l'irrancidimento!

Il bioetanolo si ottiene dalla fermentazione del glucosio: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂. Questo processo deve avvenire in assenza di ossigeno per evitare che l'etanolo si ossidi ad acido acetico.

Applicazioni industriali e biologiche

Il metanolo è molto più tossico dell'etanolo - bastano solo 30 mg per essere letale! La sua pericolosità deriva dall'ossidazione a metanale nel fegato, che danneggia proteine ed enzimi, causando cecità per danni alla retina.

Il glicerolo ha mille usi: cosmetici, vernici ed esplosivi! Per fare la nitroglicerina, reagisce con la miscela nitrante $HNO₃ + H₂SO₄$. Curiosamente, la nitroglicerina è anche un farmaco vasodilatatore per l'angina pectoris.

I fenoli in medicina sono ovunque: paracetamolo (antifebbrile), timolo (nei dentifrici), eugenolo (dal dentista). Nell'industria alimentare trovi anisolo (E320) come antiossidante in biscotti e cioccolato.

Biologia interessante: Il colesterolo, nonostante la cattiva fama, è essenziale per le membrane cellulari e precursore degli ormoni sessuali!

Il retinolo (vitamina A) è cruciale per la vista. Quando la luce colpisce la retina, il cis-retinale diventa trans-retinale, generando il segnale visivo che va al cervello. Il precursore è il β-carotene delle carote!

Eteri: struttura e proprietà

Gli eteri nascono dall'unione di due alcoli che perdono H₂O. Hanno formula generale R-O-R' dove l'ossigeno fa da ponte. Se i gruppi R sono uguali, l'etere è simmetrico (dimetil etere), se diversi è asimmetrico (etil metil etere).

Il dietil etere è il famoso "etere" degli anestetici di una volta. Ora si preferiscono anestetici moderni come alotano e tiopentale perché il dietil etere causa vomito e nausea.

Gli epossidi sono eteri particolari con anello a 3 termini, molto reattivi per la tensione dell'anello. L'ossido di etilene è il più semplice e serve per sintetizzare molti composti industriali.

Altri eteri importanti sono il tetraidrofurano (solvente) and 1,4-diossano (solubile sia in acqua che in idrocarburi grazie ai due ossigeni).

Proprietà utili: Gli eteri sono buoni solventi per sostanze organiche polari grazie ai doppietti liberi dell'ossigeno che formano legami a idrogeno con l'acqua.

Gli eteri sono chimicamente inerti: non reagiscono con basi, non si ossidano né riducono facilmente. Solo gli acidi concentrati a caldo (HBr, HI) riescono a scindere il legame C-O-C.

Tioli e disolfuri: i composti dello zolfo

I tioli sono come gli alcoli, ma con lo zolfo al posto dell'ossigeno: R-SH. Il gruppo -SH si chiama solfidrico e conferisce un odore intenso e sgradevole - sono responsabili dell'odore dell'aglio!

La nomenclatura è semplice: prendi il nome della catena carboniosa e aggiungi -tiolo. Metanolo diventa metantiolo, etanolo diventa etantiolo.

I tioli si ossidano facilmente formando disolfuri con ponte S-S: 2CH₃SH + $O$ → CH₃-S-S-CH₃ + H₂O. Questa reazione è reversibile: puoi ottenere i tioli dai disolfuri per riduzione.

I ponti disolfuro sono fondamentali in biochimica per stabilizzare la struttura delle proteine. Nella cheratina dei capelli, ad esempio, questi ponti mantengono la forma della fibra.

Curiosità storica: I tioli erano chiamati "mercaptani" perché si legano facilmente al mercurio formando sali stabili.

Nonostante l'odore sgradevole, i tioli hanno usi industriali importanti come additivi nei combustibili e intermedi nelle sintesi organiche.