Carbonile: differenze tra le versioni
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In [[chimica organica]] un '''carbonile''' o '''gruppo carbonilico''' è un [[gruppo funzionale]] [[Valenza (chimica)|bivalente]] costituito da un [[atomo]] di [[carbonio]] e uno di [[ossigeno]] legati da un [[doppio legame]]: >C=O.<ref>
Il carbonile è un gruppo di fondamentale importanza in chimica organica perché è presente in svariate classi di composti e perché costituisce un modello al quale si possono ricondurre proprietà e reattività di altri gruppi funzionali formati da [[eteroatomi]] legati al carbonio con legame multiplo.<ref>{{Cita libro|autore=J. B. Hendrickson|autore2=D. J. Cram|autore3=G. S. Hammond|traduttore=A. Fava|titolo=CHIMICA ORGANICA|ed=2|anno=1973|editore=Piccin|p=441|citazione=Il gruppo carbonile costituisce la chiave di volta della chimica organica.}}</ref>
Questo gruppo funzionale è presente come tale in [[aldeidi]] e [[chetoni]] e ne caratterizza proprietà e [[reattività]]; esso è anche presente, però come parte di altri gruppi funzionali, in diverse altre classi di [[Composto organico|composti organici]]: [[acidi carbossilici]], [[esteri]], [[tioesteri]], [[alogenuri acilici]], [[Anidride|anidridi]] carbossiliche, [[ammidi]], etc.<ref>{{Cita libro|titolo=The Carbonyl Group: Vol. 1 (1966)|url=http://doi.wiley.com/10.1002/9780470771051|accesso=31 marzo 2024|data=1º gennaio 1966|editore=John Wiley & Sons, Ltd.|lingua=en|ISBN=978-0-470-77105-1|doi=10.1002/9780470771051}}</ref><ref>{{Cita libro|curatore=Jacob Zabicky|titolo=The Carbonyl Group: Vol. 2 (1970)|url=http://doi.wiley.com/10.1002/9780470771228|accesso=30 marzo 2024|data=1º gennaio 1970|editore=John Wiley & Sons, Ltd.|lingua=en|ISBN=978-0-470-77122-8|doi=10.1002/9780470771228}}</ref> In questi ultimi al carbonile è unito in ogni caso a un atomo più [[Elettronegatività|elettronegativo]] del carbonio che inoltre porta su di sé una coppia elettronica libera che può interagire significativamente (o meno) con il carbonile stesso tramite [[effetto induttivo]] ''-I'' ed [[Mesomeria|effetto mesomero]] ''+M'', il cui effetto complessivo sulla reattività viene valutato caso per caso.<ref>{{Cita libro|autore=Ashutosh Kar|titolo=Advanced Organic Chemistry (Structure & Mechanisms)|ed=1|anno=2017|editore=Scientific International Publishers & Distributors|lingua=en|pp=136-139|ISBN=978-93-87025-20-2}}</ref>
Gruppi affini al carbonile con eteroatomo diverso da O sono: >C=S ([[tiocarbonile]], generalmente poco stabile), >C=N- ([[gruppo imminico]], nelle immine, [[enammine]], cationi [[imminio]], [[idrazoni]], [[Ossima|ossime]]), -C≡N ([[gruppo ciano]], nei [[nitrili]] e [[fulminati]]).
==Struttura elettronica e proprietà del gruppo==
Il gruppo carbonilico è presente in molte classi di [[composto organico|composti organici]], come evidenziato dalla tabella a destra. Data la sua alta reattività, esso è un gruppo funzionale fondamentale in chimica organica: può infatti essere utilizzato come punto di attacco per allungare o spezzare catene di atomi. L'applicazione più notevole si trova nelle [[proteine]], lunghe catene dotate regolarmente di [[legami peptidici]] nei quali è contenuto il carbonile: molti [[enzimi]] agiscono proprio sul legame carbonile per spezzarlo e dividere le proteine in segmenti.▼
Nei composti carbonilici l'atomo di carbonio, oltre ai due [[Legame σ|legami σ]] con i due gruppi uniti al carbonile, forma un altro legame σ con l'ossigeno, in totale tre legami σ; non avendo [[Coppia solitaria|coppie solitarie]], il suo schema di [[Ibridizzazione|ibridazione]] è di tipo ''sp''<sup>2</sup>. Altrettanto per l'ossigeno, che forma un legame σ e che ha due coppie solitarie.<ref>{{Cita libro|nome=William Henry|cognome=Brown|nome2=Brent L.|cognome2=Iverson|nome3=Eric V.|cognome3=Anslyn|titolo=Organic chemistry|anno=2018|url=https://archive.org/details/organicchemistry0000brow_g0j3|edizione=Eighth edition|data=2018|editore=Cengage Learning|p=[https://archive.org/details/organicchemistry0000brow_g0j3/page/653 653]|ISBN=978-1-305-58035-0}}</ref> Ne consegue che il carbonio carbonilico viene a trovarsi in un ambiente tendenzialmente planare, salvo perticolari [[Ingombro sterico|ingomri sterici]] dei gruppi, e con [[Angolo di legame|angoli di legame]] idealmente di 120°. Il carbonio e l'ossigeno, oltre che dal legame σ, sono inoltre legati da un [[legame π]], derivante dalla sovrapposizione di un orbitale ''p'' di C con un orbitale ''p'' di O, in modo da completare la [[Valenza (chimica)|tetravalenza]] di C e la bivalenza di O.<ref>{{cita libro|cognome=Carey |nome=Francis A. |titolo=Organic Chemistry|url=https://archive.org/details/isbn_9780072521702_5ed |ed=5|anno=2004|pp=p.706|editore= McGraw-Hill|isbn=0-07-252170-8}}</ref> L'ossigeno ha inoltre due coppie solitarie che occupano i due orbitali ''sp''<sup>2</sup> rimanenti su di esso, sulle quali può ricevere [[Legame a idrogeno|legami idrogeno]].
Data la significativa differenza di [[elettronegatività]] tra C e O (Δ''χ'' ~ 0,9) il gruppo carbonilico è spiccatamente [[Polarità|polare]], con l'atomo di ossigeno che porta una parziale [[Carica elettrica|carica]] negativa e quello di carbonio una parziale carica positiva: >C<sup>δ+</sup>=O<sup>δ−</sup>.<ref name=":0">{{Cita libro|nome=Eric V.|cognome=Anslyn|nome2=Dennis A.|cognome2=Dougherty|titolo=Modern physical organic chemistry|anno=2004|url=https://archive.org/details/modernphysicalor0000ansl|data=2006|editore=University science|pp=[https://archive.org/details/modernphysicalor0000ansl/page/42 42]-43|ISBN=978-1-891389-31-3}}</ref>
=== Meccanismi basilari ===
In tutti i composti contenenti questo gruppo è presente la caratteristica [[Risonanza (chimica)|risonanza]] ionico-covalente tra le due seguenti forme limite:<ref name=":0" />
>C=O <big>↔</big> >C<sup>+</sup>−O<sup>−</sup>
dove la seconda forma limite ha peso minore nell'ibrido di risonanza dato che presenta una separazione di carica, sebbene di tipo favorevole,<ref>{{Cita libro|autore=J. B. Hendrickson|autore2=D. J. Cram|autore3=G. S. Hammond|traduttore=A. Fava|titolo=CHIMICA ORGANICA|ed=2|anno=1973|editore=Piccin|pp=156-157}}</ref> ma comunque tende ad indebolire il legame π e di conseguenza favorire l'addizione del nucleofilo su C. Questo aspetto contribuisce a spiegare la differenza di reattività verso i nucleofili tra un chetone da una parte (>C=O, che addiziona facilmente lo [[Cianuro|ione cianuro]] a dare [[cianidrine]]), e un [[Chetali|chetale]] [>C(−OR)<sub>2</sub>] dall'altra (che con esso non reagisce), nonostante che la carica positiva parziale su C sia simile in entrambi i casi.<ref>{{Cita web|url=https://healy.create.stedwards.edu/Chemistry/CHEM30/organicCD(Mitzel)/chapter6/pages27and28/page27and28.htm#:~:text=Acetals/ketals,%20unlike%20the%20carbonyl,it%20into%20an%20acetal/ketal.|titolo=Chapter 6: pp. 27 and 28|sito=healy.create.stedwards.edu|accesso=31 marzo 2024}}</ref>
Il carbonio è quindi suscettibile ad attacchi da parte di [[Base di Lewis|basi di Lewis]] o di [[nucleofili]] a seguito dei quali il legame π viene rotto, con la cessione della coppia elettronica del legame π all'ossigeno:
Nu<sup>−</sup> + R<sub>2</sub>C=O → NuR<sub>2</sub>C−O<sup>−</sup>
In tali casi la direzione di approccio del nucleofilo al carbonio carbonilico è esterna al piano del carbonile e tende ad avvenire seguendo l'[[angolo di Bürgi-Dunitz]]<ref>{{Cita pubblicazione|nome=H.B.|cognome=B:urgi|nome2=J.D.|cognome2=Dunitz|nome3=J.M.|cognome3=Lehn|data=1974-01|titolo=Stereochemistry of reaction paths at carbonyl centres|rivista=Tetrahedron|volume=30|numero=12|pp=1563-1572|accesso=30 marzo 2024|doi=10.1016/s0040-4020(01)90678-7|url=https://doi.org/10.1016/S0040-4020(01)90678-7}}</ref> e in generale da entrambi i lati di tale piano e questo può avere conseguenze sulla [[stereochimica]].<ref>{{Cita libro|nome=Michael|cognome=Smith|nome2=Jerry|cognome2=March|titolo=March's advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure|edizione=Eighth edition|data=2020|editore=John Wiley|pp=1087-1089|ISBN=978-1-119-37179-3}}</ref>
D'altra parte, l'atomo di ossigeno, per la sua parziale carica negativa e la presenza su di esso di coppie solitarie, è soggetto ad essere attaccato da [[Acido di Lewis|acidi di Lewis]] o [[Elettrofilo|elettrofili]] ed anche ad essere [[Protonazione|protonato]] da [[Acido di Brønsted|acidi di Brønsted]]:<ref>{{Cita libro|nome=Andrzej Stanislaw|cognome=Cieplak|titolo=Organic Addition and Elimination Reactions; Transformation Paths of Carbonyl Derivatives|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9783527616091.ch06|accesso=30 marzo 2024|edizione=1|data=10 febbraio 1994|editore=Wiley|lingua=en|pp=205-302|ISBN=978-3-527-29042-0|doi=10.1002/9783527616091.ch06}}</ref><ref>{{Cita libro|nome=D. R.|cognome=Bloch|titolo=Organic chemistry demystified|url=https://www.worldcat.org/title/ocm62093051|accesso=30 marzo 2024|collana=Demystified series|data=2006|editore=McGraw-Hill|p=408|oclc=ocm62093051|ISBN=978-0-07-145920-4}}</ref>
R<sub>2</sub>C=O + H<sup>+</sup> ⇄ [ R<sub>2</sub>C=O<sup>+</sup>−H <big>↔</big> R<sub>2</sub>C<sup>+</sup>−O−H ]
Qui, nel carbonile protonato, la seconda forma limite è quella che ha più peso nell'ibrido, poiché la carica formale positiva sta sull'atomo meno elettronegativo e questo accentua il carattere [[Carbocatione|carbocationico]] ed elettrofilo del carbonio, che quindi reagirà più facilmente con un nucleofilo debole con il quale non avrebbe reagito senza protonazione:<ref>{{Cita libro|nome=Peter|cognome=Sykes|titolo=A guidebook to mechanism in organic chemistry|edizione=6th ed|data=1986|editore=Longman ; Wiley|p=204|ISBN=978-0-582-44695-3}}</ref>
Nu<sup>−</sup> + R<sub>2</sub>C<sup>+</sup>−O−H → NuR<sub>2</sub>C−O−H
La protonazione del carbonile che permette un aumento dell'elettrofilia di un'aldeide o di un chetone è l'aspetto che sta alla base dell'uso della [[catalisi acida]] nelle reazioni di [[addizione nucleofila]] ai composti carbonilici.<ref>{{Cita web|url=https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_(Morsch_et_al.)/19%3A_Aldehydes_and_Ketones-_Nucleophilic_Addition_Reactions/19.05%3A_Nucleophilic_Addition_of_Water-_Hydration|titolo=19.5: Nucleophilic Addition of Water- Hydration|sito=Chemistry LibreTexts|data=26 agosto 2015|lingua=en|accesso=1º aprile 2024}}</ref>
Il carbonile influenza il comportamento chimico di eventuali atomi di idrogeno in posizione alfa (H−C<sup>''α''</sup>−C=O), rendendoli debolmente acidi e quindi facilmente attaccabili dalle [[Base (chimica)|basi]] in quanto dalla loro rimozione come H<sup>+</sup> si genera un [[carbanione]] stabilizzato per risonanza, lo [[Enoli|ione enolato]]:<ref>{{Cita libro|nome=Jonathan|cognome=Clayden|nome2=Nick|cognome2=Greeves|nome3=Stuart|cognome3=Warren|titolo=Organic chemistry|anno=2012|url=https://archive.org/details/organicchemistry0000clay|edizione=2nd ed|data=2012|editore=Oxford university press|p=[https://archive.org/details/organicchemistry0000clay/page/452 452]|ISBN=978-0-19-927029-3}}</ref>
B<sup>−</sup> + H−C−C=O ⇄ BH + [ <sup>−</sup>C−C=O <big>↔</big> C=C−O<sup>−</sup> ]
In quanto carbanione, l'enolato è un ottimo nucleofilo e può attaccare altri carbonili formando così legami C−C, un'operazione importante in chimica organica sfruttata in una varietà di [[Reazione di condensazione|reazioni di condensazione]]: [[condensazione aldolica]], di [[Condensazione di Knoevenagel|Knoevenagel]], di [[Condensazione di Claisen|Claisen]], di [[Condensazione di Dieckmann|Dieckmann]], di [[Reazione di Doebner|Doebner]], di [[Reazione di Perkin|Perkin]], di [[Condensazione di Stobbe|Stobbe]], di [[Reazione di Thorpe|Thorpe]], di [[Condensazione di Darzens|Darzens]], ed altre.<ref>{{Cita libro|autore=J.B. Hendrickson|autore2=D.J. Cram|autore3=G.S. Hammond|traduttore=A. Fava|titolo=CHIMICA ORGANICA|ed=2|anno=1973|editore=Piccin|pp=552-555}}</ref>
▲Il gruppo carbonilico è presente in molte classi di [[composto organico|composti organici]], come evidenziato dalla tabella
==Reattività dei composti carbonilici con nucleofili==
L'effetto del sostituente
Questi di norma reagiscono senza bisogno di [[catalisi]].▼
▲Questi reagiscono senza bisogno di [[catalisi]].
Nel caso delle [[aldeidi]] e dei [[chetoni]] dove i sostituenti hanno la stessa elettronegatività del carbonio carbonilico, l'effetto sarà diverso. L'ossigeno carbonilico attira la nuvola elettronica di legame col carbonio (essendo più elettronegativo del carbonio). Questo carbonio, però, ha dei sostituenti (gli altri carboni), che in qualche modo riescono a rifornire il carbonio carbonilico di una nuvola elettronica che gli permette di non essere così parzialmente positivo come il carbonio dei cloruri acilici. Anche se parzialmente positivo rimane comunque. Quindi aldeidi e chetoni reagiscono abbastanza agevolmente con nucleofili forti, mentre con nucleofili deboli hanno bisogno di un catalizzatore [[acido]].
Se come sostituente è presente un atomo in grado di sostenere delle strutture di risonanza (è il caso di [[esteri]] e [[ammidi]]), questa struttura di [[risonanza (chimica)|risonanza]] stabilizza il carbonio carbonilico, che diventa quindi meno elettrofilo. Esteri e ammidi, per reagire con [[sostituzione nucleofila]] acilica, infatti, devono essere aiutati da un catalizzatore acido.
Infine gli acidi [[carbossilici]] reagiscono solo con un catalizzatore acido, perché con catalizzatore [[base (chimica)|basico]] si forma il [[sale]] (il quale non può reagire con nucleofili sul carbonio carbossilico).
==Proprietà fisiche e solubilità in acqua dei composti carbonilici==
La polarizzazione presente nel legame C=O influenza anche le proprietà fisiche dei composti
▲La polarizzazione presente nel legame C=O influenza anche le proprietà fisiche dei composti carbonili, come per esempio il punto di ebollizione. Infatti in questo tipo di molecole i legami permanentemente polarizzati aumentano la tendenza delle molecole ad associarsi (interazioni dipolo-dipolo), che in chetone e aldeidi causano temperature di ebollizione più alte degli [[idrocarburi]] con stesso peso molecolare ma più basse di quelle degli [[alcoli]] corrispondenti (poiché le interazioni dipolo-dipolo sono più deboli dei [[legami idrogeno]]).
La polarità del carbonile influenza anche la solubilità dei composti carbonilici: quelli con basso [[peso molecolare]] sono solubili in acqua perché, seppur non in grado di formare legami idrogeno tra di loro, tendono a formare legami idrogeno con altri tipi di composti aventi gruppi O-H o N-H.
== Composti carbonilici ''α,β''-insaturi ==
[[File:Propenal.svg|thumb|[[Acroleina]], composto carbonilico ''α,β''-insaturo.]]
I composti carbonilici ''α,β''-insaturi sono una classe importante di composti con struttura generale (O=CR)−C<sup>''α''</sup>=C<sup>''β''</sup>-R; per esempio gli [[enoni]] e gli [[enoni|enali]].
Il gruppo carbonile,
Poiché i composti carbonilici ''α,β''-insaturi sono elettrofili, molti
==Chimica inorganica==
In [[chimica inorganica]] il termine '''carbonile''' è usato per indicare la molecola di [[monossido di carbonio]] (
==Note==
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