Alcoli: Struttura e Nomenclatura

Gli alcoli sono composti caratterizzati dalla presenza del gruppo funzionale idrossido $-OH$ legato a un atomo di carbonio ibridato sp³. La loro formula generale è R-OH, dove R rappresenta un gruppo alchilico a catena aperta.

Nella nomenclatura IUPAC, il nome di un alcol deriva dal nome dell'alcano corrispondente sostituendo la desinenza "-o" con il suffisso "-olo". I primi quattro alcoli della serie hanno anche nomi tradizionali: metanolo, etanolo, propanolo e butanolo.

Gli alcoli si classificano in:

• Alcoli primari: il gruppo -OH è legato a un carbonio con un solo legame C-C $R-CH₂-OH$
• Alcoli secondari: il gruppo -OH è legato a un carbonio con due legami C-C $R'-CH(OH)-R"$
• Alcoli terziari: il gruppo -OH è legato a un carbonio con tre legami C-C $R-C(OH)(R')(R")$

Attenzione! Nella nomenclatura IUPAC, la catena principale deve essere numerata in modo da assegnare al gruppo -OH il numero più piccolo possibile.

Negli alcoli insaturi, il gruppo ossidrile ha priorità rispetto ai legami multipli. Il nome inizia con il numero che indica la posizione del legame multiplo, seguito dal nome dell'idrocarburo insaturo e dal numero che indica la posizione del gruppo -OH.

Sintesi e Proprietà Fisiche degli Alcoli

Gli alcoli possono essere sintetizzati principalmente attraverso due reazioni: l'idratazione degli alcheni e la riduzione di aldeidi e chetoni.

L'idratazione degli alcheni è una reazione di addizione elettrofila che avviene in ambiente acido. Seguendo la regola di Markovnikov, l'idrogeno si lega al carbonio con più idrogeni, portando alla formazione di alcoli secondari o terziari. Solo dall'etilene si ottiene un alcol primario (etanolo).

La riduzione di aldeidi e chetoni avviene in presenza di un agente riducente $H$ e porta alla formazione rispettivamente di alcoli primari e secondari:

• Dalle aldeidi $R-CHO$ si ottengono alcoli primari $R-CH₂-OH$
• Dai chetoni $R-CO-R'$ si ottengono alcoli secondari $R-CH(OH)-R'$

Le proprietà fisiche degli alcoli sono fortemente influenzate dalla presenza del gruppo -OH che forma legami a idrogeno intermolecolari. Questo determina:

• Punti di ebollizione relativamente alti rispetto ad altre molecole di massa simile
• Solubilità in acqua inversamente proporzionale alla lunghezza della catena carboniosa

Curiosità: I primi tre alcoli della serie (metanolo, etanolo e propanolo) sono completamente solubili in acqua. Aumentando la lunghezza della catena, la solubilità diminuisce perché il carattere idrofobico della catena alchilica prevale sull'effetto idrofilo del gruppo -OH.

Comportamento Anfotero degli Alcoli

Gli alcoli sono composti anfoteri, ovvero possono comportarsi sia da acidi che da basi, sebbene siano principalmente considerati acidi molto deboli.

In soluzione acquosa, un alcol può cedere lo ione H⁺ del gruppo -OH all'acqua, comportandosi come un acido di Brønsted-Lowry:

ROH + H₂O ⇄ RO⁻ + H₃O⁺

La forza acida di un alcol si esprime mediante la costante di dissociazione acida (Ka), i cui valori sono molto bassi $circa 10⁻¹⁶ - 10⁻¹⁸$. Il valore di pKa è correlato a Ka dalla relazione pKa = -log Ka.

Esaminando i valori di Ka e pKa, emerge che la forza acida diminuisce nell'ordine: alcol primario > alcol secondario > alcol terziario

Importante: Minore è il valore di Ka, maggiore è il valore di pKa e, quindi, minore è la forza acida dell'alcol. Gli alcoli sono comunque acidi molto più deboli dell'acqua.

Questa tendenza è spiegabile considerando che i gruppi alchilici hanno un effetto induttivo elettron-donatore che rende meno stabile l'anione alcossido nei casi degli alcoli secondari e terziari.

Reazioni degli Alcoli

Gli alcoli possono dare origine a tre tipi di reazioni che coinvolgono la rottura del legame O-H, la rottura del legame C-O o reazioni di ossidazione.

La rottura del legame O-H avviene quando l'alcol si comporta da acido. Dato che gli alcoli sono acidi molto deboli, la loro dissociazione avviene solo con basi molto forti o mediante reazioni redox con metalli alcalini:

2 ROH + 2 Me → 2 ROMe + H₂

In queste reazioni si formano sali chiamati alcossidi (es. etossido di sodio da etanolo).

Nella rottura del legame C-O, l'alcol si comporta da base accettando uno ione idrogeno. Le reazioni più importanti sono:

1. Disidratazione: eliminazione di una molecola d'acqua in presenza di H₂SO₄ con formazione di un alchene.

   • Negli alcoli terziari avviene tramite meccanismo E1
   • Negli alcoli primari tramite meccanismo E2
   • Nella disidratazione di alcoli con almeno 4 atomi di carbonio si formano diversi alcheni, con prevalenza di quello con doppio legame più sostituito

2. Idroalogenazione: reazione con acidi alogenidrici (HX) che porta alla formazione di alogenuri alchilici.

Ricorda! Mentre gli alcoli primari e secondari possono essere facilmente ossidati, gli alcoli terziari resistono all'ossidazione perché non hanno atomi di idrogeno sul carbonio che porta il gruppo -OH.

Ossidazione degli Alcoli e Introduzione ai Fenoli

L'ossidazione degli alcoli è una reazione importante che coinvolge solo alcoli primari e secondari:

• Gli alcoli primari $R-CH₂-OH$ si ossidano ad aldeidi $R-CHO$ Esempio: 1-butanolo → butanale

• Gli alcoli secondari $R-CH(OH)-R'$ si ossidano a chetoni $R-CO-R'$ Esempio: 2-pentanolo → 2-pentanone

Durante l'ossidazione, il numero di ossidazione del carbonio legato al gruppo -OH aumenta poiché si formano nuovi legami con atomi di ossigeno o diminuisce il numero di legami con idrogeno.

I fenoli sono composti organici caratterizzati da un gruppo ossidrile $-OH$ legato direttamente all'anello benzenico. La loro formula generale è Ar-OH.

Nella nomenclatura, il composto più semplice è il fenolo (nome IUPAC: idrossibenzene). I suoi derivati prendono il nome dal numero che indica la posizione del sostituente, seguito dal nome del sostituente e dal termine "idrossibenzene".

Attenzione alla priorità! Quando nell'anello benzenico sono presenti sia il gruppo -OH che gruppi funzionali come -CHO o -COOH, il gruppo -OH viene considerato un sostituente (denominato "idrossi") poiché i gruppi aldeidici e carbossilici hanno priorità.

Esempi di fenoli comuni includono l'idrochinone $1,4-diidrossibenzene$ e i cresoli (metilidrossibenzeni).

Proprietà e Reazioni dei Fenoli

I fenoli presentano proprietà fisiche caratteristiche dovute alla presenza del gruppo -OH che permette la formazione di legami a idrogeno intermolecolari:

• Punti di ebollizione elevati rispetto ad altri composti aromatici
• Limitata solubilità in acqua a causa dell'anello aromatico idrofobico

In acqua, i fenoli mostrano un comportamento acido più marcato rispetto agli alcoli, cedendo lo ione H⁺ del gruppo -OH e formando lo ione fenossido:

C₆H₅-OH + H₂O ⇄ C₆H₅-O⁻ + H₃O⁺

L'acidità maggiore dei fenoli rispetto agli alcoli è dovuta alla stabilizzazione della carica negativa dell'ione fenossido attraverso risonanza con l'anello aromatico, che distribuisce la carica su più atomi.

I fenoli non mostrano comportamento basico perché la protonazione dell'ossigeno porterebbe alla formazione del catione fenile, struttura impossibile da realizzare per motivi di ibridazione.

Le principali reazioni dei fenoli includono:

1. Rottura del legame O-H: i fenoli reagiscono con basi forti formando sali chiamati fenossidi: C₆H₅-OH + NaOH → C₆H₅-O⁻Na⁺ + H₂O

2. Ossidazione: i fenoli possono essere ossidati a chinoni: Idrochinone → Benzochinone

Applicazione: La reattività dei fenoli è importante in molti processi industriali, tra cui la produzione di resine fenoliche, conservanti e antiossidanti.

Tioli: Struttura e Reazioni

I tioli (o mercaptani) sono composti caratterizzati dalla presenza del gruppo funzionale solfidrile $-SH$ legato a un atomo di carbonio ibridato sp³. La loro formula generale è R-SH.

Questi composti presentano due importanti tipi di reazioni:

1. Reazioni acido-base: i tioli sono acidi deboli e reagiscono con basi forti formando sali di tiolato:

   R-SH + NaOH → R-S⁻Na⁺ + H₂O

2. Ossidazione: in presenza di agenti ossidanti, i tioli si ossidano facilmente formando disolfuri, composti contenenti due atomi di zolfo uniti da un legame covalente $S-S$:

   R-SH + HS-R + $O$ → R-S-S-R + H₂O

Il legame disolfuro riveste un'importanza biologica fondamentale. È presente nelle proteine, in particolare nella cheratina, una proteina fibrosa presente nei capelli, unghie e pelle.

Collegamento biochimico: L'amminoacido cisteina contiene il gruppo solfidrile -SH. La formazione di legami disolfuro tra residui di cisteina è cruciale per stabilizzare la struttura tridimensionale di molte proteine e contribuisce significativamente alle proprietà della cheratina, come l'elasticità e la resistenza dei capelli.