ALDEIDI E CHETONI

Aldeidi e chetoni sono caratterizzati dal più importante gruppo funzionale della chimica organica, il gruppo carbonile che ha formula C=O. Le aldeidi sono caratterizzate dall'attacco di almeno un H al C carbonilico; nel caso in cui gli H siano 2abbiamo la formaldeide; nella nomenclatura IUPAC la desinenza caratteristica è -ale. Nei chetoni invece il C è legato ad altri 2 atomi di C e la desinenza caratteristica -one. Ricoprono grande importanza dal punto di vista industriale. La formaldeide ,che viene ottenuta dall'ossidazione del metanolo , CH3OH>CH2=O+H2, viene impiegata nelle materie plastiche, nei materiali isolanti e di legno sintetico mentre sotto forma di soluzione acquosa è detta formalina e serve come disinfettante e conservante. Altra aldeide di uso industriale è l'acetaldeide . Tra i chetoni il più importante è l'acetone che ha formula CH3C=OCH3e si usa come solvente . Nel C=O il legame è costituito da un legame sigma e da un pi greco, col C ibridato sp2 e gli atomi legati ad esso con un angolo 120° posti sullo stesso piano. Essendo O molto più elettronegativo di C il legame risulta polarizzato comportando così l'attacco di un nucleofilo al C. Ciò muta le caratteristiche fisiche infatti aldeidi e chetoni bollono a temperature maggiori degli alcani e minori degli alcoli , questo perché le molecole tendono ad attrarsi data la polarità comportando un uso maggiore di energia(calore). La reazione nucleofila è la seguente:  . I chetoni sono meno reattivi delle aldeidi per due :per motivi di ordine sterico infatti l'aldeide è meno ingombrante per via dell'H molto piccolo e per motivi di ordine elettronico. Gli alcoli attaccando un aldeide o un chetone formano un semiacetale, cioè un composto che presenta sullo stesso C una funzione alcolica e una eterea e si forma in 3 stadi

E in presenza di eccesso di alcol reagiscono ancora formando gli acetali

Addizionando l'acqua alla formaldeide

ACIDI CARBOSSILICI

Gli acidi organici più importanti sono gli acidi carbossilici così composti:-COOH; la nomenclatura li contraddistingue sol suffisso -oico preceduto da acido. Sono liquidi incolori con odori sgradevoli : sono composti polari e formano legami idrogeno e hanno punti di ebollizione molto alti. Essi si dissociano in acqua per formare un anione carbossilato e uno ione idronio.

La costante di acidità Ka è data dal rapporto fra la concentrazione dei prodotti fratto la concentrazione dei reagenti . L'acido più semplice è l'acido acetico e quando si forma lo ione acetato per la perdita di Ioni H+ e la carica negativa è delocalizzata per risonanza ed è così dispersa in maniera uguale sui due O. Lo ione acetato è così stabilizzato per risonanza e grazie a ciò l'equilibrio della reazione di dissociazione dell'H+ è spostata a destra comportando una maggiore acidità rispetto ad un alcol. Gli acidi carbossilici reagiscono con le basi forti per fermare sali :

Per sostituzione del gruppo OH con un OR abbiamo gli esteri ,sostanze dall'odore gradevole responsabili del profumo di molti fiori e frutti. Gli esteri vengono preparati con acido carbossilico e un alcol riscaldati.

AMMINE

Sono derivati dell'ammoniaca e sono ottenuti per sostituzione di uno, due o tutti e tre gli atomi di H con gruppi R e in base a ciò vengono classificate in primarie ,secondarie e terziarie. L'atomo di N è trivalente e porta un doppietto elettronico non condiviso e gli orbitali sono ibridati sp3. Secondo la nomenclatura iupac esse usano il suffisso -ammina Il miglior metodo di preparazione delle ammine aromatiche primarie è la riduzione dei corrispondenti nitrocomposti. In virtù del doppietto non condiviso esse sono delle basi e dei nuceofili .

L'ammina e lo ione ammonio formano una coppia di acido e base coniugati . I gruppi elettron - donatori aumentano la basicità delle ammine mentre i gruppi elettron repulsori la diminuiscono.

COMPOSTI ETEROCICLICI

Nei composti eterociclici uno o più eteroatomi vanno a sostituire il C in un anello .Si possono dividere in non aromatici e aromatici. Un composto eterociclico è la piridina con un N al posto di un CH nella struttura del benzene e anch'essa è un ibrido di risonanza fra le due strutture limite di Kekulè; questo composto eterociclico tende a fare reazioni di sostituzione .A differenza del benzene è completamente miscibile con l'acqua in quanto capace di accettare legami idrogeno e ha una polarità maggiore in quanto N è più elettronegativo a C. Non  da sostituzioni elettrofile per il potere elettron - attrattore dell'N che positivizza l'anello rendendo difficile l'attacco di elettrofili anch'essi positivi ;per questo preferisce reazioni di sostituzione nucleofila. Essa può essere ridotta all'ammina secondaria satura ,la piperidina

CARBOIDRATI

I carboidrati sono sostanze molto importanti in quanto sono il risultato della trasformazione di CO2 durante la fotosintesi . I più importanti sono la cellulosa .l'amido e gli zuccheri. Il termine venne introdotto perché potevani esseri pensati come idrati di C ,infatti C6H12O6 veniva espresso come C6(H2O)6 .Oggi invece li definiamo come poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni o sostanze che idrolizzate danno aldeidi o chetoni. In base alla struttura si classificano in monosaccaridi ,oligosaccaridi e polisaccaridi. Le tre classi sono in relazione tramite idrolisi ,infatti idrolizzando un polisaccaride otteniamo degli oligosaccaridi e a loro volta idrolizzati danno monosaccaridi. I monosaccaridi sono carboidrati che non possono essere ulteriormente idrolizzati a composti più semplici; vengono classificati in base al numero di C in triosi ,pentosi ,esosi e così via e in base al fatto che il carbonile sia aldoso o chetoso. I due triosi sono la gliceraldeide e il diidrossiacetone che sono rispettivamente l'aldoso e il chetoso più semplice.

La gliceraldeide ha un solo C stereogeno (C-2) e perciò esiste sotto forma di due enantiomeri : Fischer assegnò la D a quella con l'ossidrile a destra e la L a quella con l'ossidrile a sinistra. I monosaccaridi esistono prevalentemente in forma semiacetalica ciclica ottenuta innanzitutto girando la proiezione tridimensionale e piegandola su se stessa in modo che il C1 e il C6 si ritrovino a breve distanza .A questo punto per rotazione intorno al legame tra il C4 e il C5 si porta l'ossidrile del C5 sufficientemente vicino al C  carbonilico C! da poter avere la addizione nucleofila portando alla struttura semiacetalica ciclica. Ad esempio il glucosio ha struttura

Che presenta tre importanti caratteristiche : la prima è che l'anello è eterociclico per via dell'O, la seconda è che il C1 è semiacetalico in quanto legato a un alcol ed un etere e la terza è che lo stesso C1 è un centro stereogeno .Il C carbonio semiacetalico che forma il nuovo centro stereogeno è detto anomerico e due monosaccaridi che differiscono per la sua conurazione sono detti anomeri che vengono distinti in alfa e beta a seconda che l'OH sia rispettivamente in basso o in alto. Le forme alfa e beta si interconvertono l'una con l'altra in soluzione acquosa generando il fenomeno della mutarotazione. Generalmente i monosaccaridi assumono forme cicliche a 6 termini dette piranosiche , che derivano cioè dal pirano oppure furanosiche , cioè derivanti dal furano. Quando l'OH del C anomerico viene sostituito da un OR ,gli acetali vengono chiamati glicosidi e il legame C- OR è detto legame glicosidico. Gli oligosaccaridi contengono alcune unità di monosaccaride. Essi possono essere distinti in disaccaridi ( i più comuni) , trisaccaridi e così via. In un disaccaride due monosaccridi sono legati da unlegame glicosidico fra il C anomerico di uno e l'Oh dell'altro. Tra i più importanti c'è il maltosio che si ottiene per idrolisi dell'amido e idrolizzato dà il D - glucosio esclusivamente ,quindi è formato da due molecole di D - glucosio; poi c'è il cellobiosio che si ottiene per idrolisi della cellulosa ed è costituito anch'esso solo da D - glucosio risultando essere perciò un isomero del maltosio, infatti differisce solo perché ha conurazione beta sul C1del glucosio di sinistra. Poi c'è il lattosio che è lo zucchero principale del latte e idrolizzato dà il D - galattosio e il D - glucosio; infine il saccarosio che è commercialmente il più importante (zucchero da tavola) e idrolizzato dà il D - glucosio e il D - fruttosio: esso è particolare in quanto sono i due C anomerici che partecipano al legame glicosidico. In conclusione ci sono i polisaccaridi che contengono numerose unità di monosaccaride. L'amido è uno di essi ed è formato da legami 1,4 alfa - glicosidici sebbene le catene contengono ramificazioni dovute a legami 1,6 alfa - glicosidici; esso può essere separato in amilosio con catena continua e lineare e amilopectina molto ramificata. Il glicogeno è un altro carboidrato che funge da riserva energetica e si forma quando il glucosio dell'intestino viene assorbito nel sangue. La cellulosa è un polimero non ramificato del glucosio che ha legami 1,4 beta - glicosidici. L'unica differenza chimica fra amido e cellulosa sta nella stereochimica del legame glicosidico.

AMMINOACIDI , PEPTIDI E PROTEINE

Le proteine sono polimeri naturali composti da amminoacidi legati tra loro da legami peptidici. Gli amminoacidi che si ottengono quando una proteina viene idrolizzata sono detti alfa - ammoniacidi

Dei 20 amminoacidi 12 possono essere sintetizzati nel corpo umano partendo da fonti alimentari non proteiche e gli altri 8 non possono essere sintetizzati e devono essere assunti con la dieta e sono detti amminoacidi essenziali. Essi sono detti anfoteri in quanto possono comportarsi sia da base che da acido forte cedendo o ricevendo un protone. A bassi pH (soluzione acida) l'amminoacido si trova nella forma di ione ammonio sostituito mentre a pH alti (soluzione basica) è presente come ione carbossilato sostituito e ad un valore intermedio assume la forma di ione dipolare. Un asemplice regola applicabile a qualunque acido è che se il pH della soluzione è inferiore al valore di pKa , il protone è associato; se il pH della soluzione è superiore al valore di pKa, il protone è dissociato. Posto in un campo elettrico l'amminoacido migra verso il catodo (-) a bassi valori di pH, verso l'anodo(+) ad alti valori di pH . Ad un valore intermedio di pH, detto punto isoelettrico l'amminoacido è dipolare e avrà una carica complessiva pari a zero non potendo quindi migrare verso nessuno dei due elettrodi. Un importante metodo di separazione degli amminoacidi è l'elettroforesi che sfrutta le differenze di carica basandosi sulle diverse velocità e direzione di migrazione delle sostanze sottoposte a campo elettrico. Gli amminoacidi si concatenano nei peptidi e nelle proteine mediante la formazione di legami ammidici fra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico in alfa di un altro amminoacido. Fischer chiamò il legame ammidico come legame peptidico.

Oltre al legame peptidico l'unico altro tipo di legame covalente fra gli amminoacidi è il legame disolfuro che collega due unità di cisteina. Le proteine sono biopolimeri composti legati fra loro da legami peptidici. Per quanto riguarda la struttura primaria l'ossatura proteica è una sequenza nella quale si ripete la presenza di un atomo di N e due di C e i primi dati che dobbiamo conoscere per la struttura sono :quali amminoacidi sono presenti e quanti ce ne sono di ogni tipo e la sequenza degli amminoacidi nella catena.