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Reazioni multicomponente
Feb19

Reazioni multicomponente

Le reazioni multicomponente (MCR dall’inglese Multi-component reactions) hanno assunto una grande importanza per i vantaggi che esse offrono nella sintesi di numerosi composti e, in particolare, di numerosi farmaci. In tali reazioni almeno tre reagenti danno luogo in un solo stadio ad un prodotto di reazione che contiene parti essenziali di tutti i componenti iniziali e ciò comporta il vantaggio di un minor numero di operazioni richieste per la purificazione associato a una frequente resa maggiore. Lo schema  di una reazione multicomponente è rappresentato in figura: Le reazioni multicomponente costituiscono una strategia sintetica particolarmente interessante dal momento che forniscono una metodologia facile e veloce per la sintesi di prodotti ad elevata selettività; la caratteristica peculiare di questo tipo di reazioni che dà luogo ad un unico prodotto massimizzando la resa e minimizzando il numero di passaggi è l’elevata purezza dei prodotti e la limitazione di sottoprodotti che in genere si formano durante gli stadi di una reazione che avviene in modo tradizionale. Le reazioni multicomponente avvengono anche in natura e sembra che l’adenina, uno dei costituenti del RNA e dell’DNA si sia formata dalla condensazione di cinque molecole di cianuro di idrogeno, gas presente nell’atmosfera prebiotica, in cui l’ammoniaca ha giocato il ruolo di catalizzatore mentre le altre basi azotate si sarebbero formate, in modo analogo, dalla reazione tra HCN e H2O. Il primo contributo allo sviluppo della chimica delle reazioni multicomponente fu dato da Strecker nel 1850 tramite una sintesi per ottenere un α-amminonitrile facendo reagire un’aldeide, l’ammoniaca e il cianuro di idrogeno. L’α-amminonitrile ottenuto viene poi convertito in amminoacido. Successivamente nel 1882 Hantzsch diede un ulteriore contributo a questo tipo di reazioni con la preparazione di derivati della diidropiridina tramite condensazione di un’aldeide con due equivalenti di un β -chetoestere in presenza di ammoniaca. Un ulteriore contributo fu dato dal chimico italiano Pietro Biginelli che nel 1891 propose una reazione catalizzata da un acido di Bronsted  o da un acido di Lewis che avviene tra un β-chetoestere, un’aldeide arilica e l’urea  con ottenimento del 3,4-diidropirimidin-2-one noto con l’acronimo di DHPM. La prima applicazione importante delle reazioni multicomponente nella sintesi di prodotti naturali, dovuta a Robinson che la propose nel 1917 fu la sintesi del tropinone a partire dalla dialdeide succinica, metilammina e 3-ossochetoglutarato Nonostante i vantaggi che questo tipo di reazioni offrivano fu solo nell’ultima decade dello scorso secolo che le reazioni multicomponente furono largamente studiate per le loro applicazioni specie nel campo farmaceutico quando si è compreso che le reazioni multicomponente sono uno strumento esplorativo ideale tramite il quale potevano essere ottenuti molecole strutturalmente diversificate di particolare importanza nell’ambito della chimica...

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Atrazina
Feb15

Atrazina

Molte sostanze chimiche note con la sigla EDC (Endocrine Disrupting Chemicals) sono note per interferire con i sistemi endocrini degli animali. Esse si accumulano nei tessuti del corpo e sono persistenti nell’ambiente e rinvenibili, anche a concentrazione elevata, anche lontano dai luoghi in cui sono state usate. Tali sostanze hanno un impatto sul sistema endocrino in quanto agiscono da stimolatori o inibitori dell’attività ormonale determinando alterazioni dei processi riproduttivi e dello sviluppo e quindi rappresentano un rischio per l’uomo tra i quali disturbi della fertilità e alterazioni dello sviluppo endocrino e riproduttivo. Secondo alcuni studi infatti la diminuzione delle rane nel mondo è imputabile uno di questi composti ovvero l’atrazina che trasformerebbe le rane maschio in ermafroditi, dotati di organi sessuali sia maschili che femminili e con un livello di testosterone inferiore a quello che si misura nelle femmine. L’atrazina appartiene alla categoria delle clorotriazine il cui nome I.U.P.A.C. è 2-cloro-4-etilammino-6-isopropilammino-1,3,5-triazina e ha struttura L’atrazina fu sintetizzata nei laboratori della Geigy a partire dalla 2,4,6-Tricloro-1,3,5-triazina per trattamento dapprima con la etilammina e successivamente con l’isopropilammina. L’atrazina è un erbicida che agisce con il processo fotosintetico e sebbene in Italia sia vietata fin dal 1992 viene utilizzata in molti paesi come gli USA. Venne introdotta nel 1958 per il controllo delle erbe infestanti a foglia larga che interferiscono con la crescita nelle del mais, saggina e canna da zucchero e altre colture e, nei paesi dove è ancora diffusa è usata anche per altri scopi come, ad esempio, da diserbante nei campi da golf. Il mais è infatti una delle colture più sensibili alla competizione delle erbe infestanti, specialmente nelle prime fasi di sviluppo e, in presenza di condizioni climatiche sfavorevoli, può subire notevoli ritardi nello sviluppo, con conseguente posticipo della fioritura e perdite di produzione anche molto elevate. L’utilizzo dell’atrazina porta a un’elevata concentrazione nelle acque sotterranee e nelle acque superficiali anche in zone lontane da quelle di applicazione. L’atrazina rimane infatti per mesi e in taluni casi per anni nel suolo fino a quando migra nelle falde acquifere dove si degrada lentamente Nonostante sia stata bandita in Italia da molti anni si riscontra che il livello di atrazina nella pianura padana è calato notevolmente nelle acque superficiali ma nelle acque sotterranee e specialmente nei bacini acquiferi profondi non si sono riscontate diminuzioni significative. Inoltre il divieto è stato aggirato con l’utilizzo di miscele di sostanze contenenti la terbutilzina che, secondo studi effettuati, ha effetti analoghi a quelli...

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Acrilammide
Feb12

Acrilammide

La propenammide più nota come acrilammide è un solido cristallino di colore bianco molto solubile in acqua avente formula C3H5NO e struttura: E’ una sostanza reattiva e costituisce il monomero in molteplici processi sintetici che avvengono tramite meccanismo radicalico per l’ottenimento di polimeri e copolimeri ed in particolare il gel di poliacrilammide utilizzato nella separazione per separare le proteine per via elettroforetica. L’acrilammide viene usata come flocculante per purificare le acque di scarico, nell’industria della carta, delle vernici, quale impermeabilizzante e nell’industria tessile. Viene ottenuta a livello industriale per idratazione dell’acrilonitrile in presenza di catalizzatore rame Raney secondo la reazione: CH2=C(CH3)CN + H2O → CH2=C(CH3)CONH2 L’acrilammide è classificata come sostanza potenzialmente cancerogena ed è inoltre una neurotossina che può danneggiare le funzioni del sistema nervoso ed è quindi necessario limitare l’esposizione ad elevate quantità di questa sostanza. L’acrilammide è presente nel fumo delle sigarette e in alcuni alimenti crudi in piccolissime quantità, ma per essere considerata pericolosa secondo l’Enviromental Protection Agency se ne devono assumere 0.002 mg per chilo di peso corporeo al giorno. E’ stato trovato che l’acrilammide è presente in quantità elevate in alcuni alimenti cotti a temperature superiori a 120°C ed in particolare nelle patatine fritte ma anche nei crackers, nei cereali tostati, nell’orzo e nel caffè solubile. Negli alimenti l’acrilammide si può formare prevalentemente secondo due processi: Interazione tra zuccheri riducenti e amminoacidi in presenza di calore; l’amminoacido che ha la maggiore tendenza a reagire con i gruppi carbonilici degli zuccheri per formare l’acrilammide è l’asparagina Ossidazione dei grassi. Quando i grassi presenti negli alimenti vengono ossidati si formano molecole a tre atomi di carbonio come l’acido acrilico e l’acroleina. In presenza di calore queste specie possono reagire con l’asparagina per formare l’acrilammide. Il caso emblematico della quantità elevata di acrilammide nelle patatine fritte è dovuto sia alla presenza di zuccheri riducenti contenuti nelle patate che all’ossidazione dei grassi in cui vengono fritte. Non si deve tuttavia ritenere che alimenti ricchi di asparagina dopo cottura contengono elevate quantità di acrilammide infatti gli asparagi che contengono una quantità elevata di asparagina, dopo cottura, hanno una quantità di acrilammide inferiore a quella delle carote o delle cipolle che contengono una quantità di asparagina notevolmente inferiore a quella degli asparagi. Per limitare l’assunzione di acrilammide si dovrebbe innanzitutto evitare di mettere le patate in frigorifero, tenere in ammollo le patate crude per 15-30 minuti prima di friggerle, conservare le patate in un luogo fresco e al buio per prevenire la germinazione, evitare di cuocere le patate troppo a lungo ma mangiarle non appena si sono...

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Acidità degli alcoli
Feb11

Acidità degli alcoli

Gli alcoli sono composti organici caratterizzati dalla presenza del gruppo funzionale –OH legato a un atomo di carbonio. L’elettronegatività dell’ossigeno è maggiore sia rispetto a quella del carbonio che rispetto a quella dell’ossigeno pertanto sia il legame –C-O- che il legame –O-H sono polari e ciò rende l’atomo di ossigeno particolarmente ricco di elettroni. Gli alcoli sono quindi acidi più forti sia degli alcani che degli eteri in cui pur essendo presente il legame –C-O- non è presente il legame –O-H ma acidi più deboli rispetto all’acqua. Infatti mentre i valori di pKa degli alcoli sono in genere compresi tra 15 e 20 il valore di pKw dell’acqua è di 10-14. L’equilibrio acido base di un alcol può essere rappresentato come: R-OH + OH– ⇌ R-O– + H2O essendo R-O–  lo ione alcossido , base coniugata dell’alcol. Il fattore che determina l’acidità di una specie è la stabilità della base coniugata: i due fenomeni che possono stabilizzare la base coniugata sono la stabilizzazione per risonanza e l’effetto induttivo. Ad esempio il cicloesanolo ha un pKa pari a 16 mentre il fenolo ha un pKa pari a 10. La maggiore acidità del fenolo rispetto al cicloesanolo è dovuta al fatto che, mentre la base coniugata di quest’ultimo non è stabilizzata per risonanza il fenossido che è la base coniugata del fenolo è stabilizzata per risonanza: L’altro effetto che stabilizza la base coniugata è l’effetto induttivo definito come lo spostamento permanente di una coppia di elettroni condivisa in una catena di atomi presenti in una molecola verso più l’atomo o il gruppo più elettronegativo che ha come conseguenza la formazione di un dipolo permanente. La nuvola elettronica di un legame σ tra due atomi diversi e quindi aventi diversa elettronegatività è spostata verso l’atomo più elettronegativo e ciò provoca una polarizzazione del legame in cui l’atomo più elettronegativo ha una parziale carica negativa δ- mentre l’atomo meno elettronegativo ha una parziale carica δ+. Se si confronta l’acidità dell’etanolo con quella del 2,2,2-trifluoroetanolo possiamo quindi prevedere che quest’ultimo in cui sono presenti 3 atomi di fluoro ha un’acidità maggiore infatti per l’etanolo pKa= 16 mentre per il 2,2,2-trifluoroetanolo pKa = 12. Il fluoro, infatti, essendo molto elettronegativo, attrae densità di carica elettrica dal carbonio a cui è legato il quale, a sua volta, essendo divenuto povero di elettroni, attrae a sua volta densità di carica elettrica dal carbonio adiacente. Il carbonio 2 attrae quindi densità di carica elettrica dall’ossigeno a cui è legato il quale viene così ad avere una minore densità elettronica risultando quindi stabilizzato. L’acidità di un alcol, nel caso sia presente un elemento elettronegativo o un gruppo elettronattrattore, è influenzata dall’elettronegatività dell’elemento pertanto il 2,2,2-trifluoroetanolo...

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Reazioni organiche in pillole
Feb08

Reazioni organiche in pillole

Le reazioni organiche sono praticamente infinite ma possono essere classificate in alcune principali tipologie che consentono di orientarsi nella previsione del meccanismo e del prodotto di reazione. Le reazioni organiche avvengono generalmente con il coinvolgimento del gruppo funzionale presente nella molecola e vengono in genere classificate sulla base del meccanismo di reazione. Vengono riportati i principali tipi di reazione: Reazioni di sostituzione Nelle reazioni di sostituzione un atomo o un gruppo di atomi viene sostituito da un altro atomo o gruppo di atomi. Le reazioni di sostituzione possono essere: 1.Reazioni di sostituzione nucleofila in cui un nucleofilo si lega a un atomo rimpiazzando un gruppo uscente. Tali reazioni che possono avvenire mediante meccanismo SN1 o SN2 possono essere così rappresentate: Nu: + RX → R-Nu + X   2. Reazioni di sostituzione elettrofila in cui un elettrofilo si lega a un atomo rimpiazzando un atomo che è spesso l’atomo di idrogeno. In particolare le reazioni di sostituzione elettrofila avvengono con il benzene in cui un idrogeno è sostituito da un atomo o da un gruppo di atomi come la nitrazione, l’alogenazione, l’alchilazione e l’acilazione di Friedel-Craft 3. Reazioni di sostituzioni radicaliche in cui la sostituzione avviene per via radicalica. Esempio tipico è l’alogenazione degli alcani   Reazioni di addizione Nelle reazioni di addizione vengono aggiunti atomi o gruppi atomici e avvengono tramite rottura di un legame π presente, ad esempio, negli alcheni e negli alchini. Le reazioni di addizione possono essere: Reazioni di addizione elettrofile in cui un composto insaturo viene rotto un legame π e si formano due legami σ. Il substrato contenente il doppio legame attacca l’elettrofilo E+ con formazione di un carbocatione che, a sua volta, viene attaccato da un nucleofilo. Tipiche reazioni di addizione elettrofila sono l’alogenazione, l’idratazione e l’addizione di un acido alogenidrico ad un alchene. Reazioni di addizione nucleofile in cui un composto contenente un doppio legame polarizzato viene attaccato da un nucleofilo con rottura del legame π e formazione di legami σ. Tipiche reazioni di addizione nucleofila sono le reazioni di addizione nucleofila al carbonile come la reazione di un’ aldeide con un alcol che porta alla formazione di un acetale Reazioni di addizione radicaliche in cui la reazione avviene con meccanismo radicalico in presenza di un perossido. Tipiche reazioni di addizione radicalica è l’addizione di un acido alogenidrico ad un alchene in presenza di un perossido che porta alla formazione di un alogenuro alchilico e, se l’alchene è asimmetrico il prodotto è di tipo anti-Markovnikov Reazioni di eliminazione Nelle reazioni di eliminazione, che possono avvenire con meccanismo E1 e E2 due sostituenti vengono eliminati con formazione di un legame π. Una...

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Deossigenazione di Barton-McCombie
Feb05

Deossigenazione di Barton-McCombie

La deossigenazione di un alcol che consiste nella sostituzione del gruppo –OH con un idrogeno può essere effettuata in due passaggi. Uno dei metodi utilizzati consiste nella disidratazione dell’alcol e nella successiva idrogenazione dell’alchene formato. Nella prima reazione l’alcol viene trasformato in un alchene in presenza di un acido che agisce da catalizzatore in modo che si verifichi la protonazione dell’ossigeno. Se l’alcol è terziario o secondario la reazione avviene con un meccanismo E1 infatti si ha la fuoriuscita del gruppo –OH2+ e la formazione del carbocatione. La cessione si un idrogeno presente in posizione β all’acqua dà luogo alla formazione di un alchene. Nel caso di alcoli primari la disidratazione dell’alcol avviene secondo un meccanismo di tipo E2 stante l’instabilità del carbocatione primario. La successiva idrogenazione catalitica dell’alchene porta alla formazione dell’alcano. Questo metodo, così come altri, può essere limitato nella sua applicazione a causa di riarrangiamenti del carbocatione o di reazioni competitive che possono verificarsi in sistemi stericamente impediti. Un metodo alternativo fu messo a punto nel 1975 dai chimici britannici Barton e McCombie che ha trovato applicazioni anche in altri tipi di sintesi. La reazione che avviene per via radicalica può essere schematizzata secondo la figura: Nel primo stadio della reazione l’alcol viene convertito in un intermedio tiocarbonilico come un tioestere o uno xantato. L’altro reagente, l’idruro di tributilstagno, grazie all’azione dell’azobisisobutilonitrile (AIBN) che agisce da iniziatore viene convertito in radicale che allontana il gruppo xantato dando luogo a un radicale alchilico la cui formazione costituisce la specie che determina la propagazione della reazione: il avviene radicale alchilico strappa un idrogeno dall’idruro di tributilstagno per dare il composto deossigenato e un nuovo radicale. L’inconveniente è dovuto all’idruro di tributilstagno che è particolarmente costoso e tossico e alla difficoltà di rimozione dei suoi residui dai prodotti di reazione ed è stato quindi proposto di usare, in sua vece, l’ossido di tributilstagno quale iniziatore radicalico e il polimetilidridosilossano come fonte di...

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