Gruppi funzionali: caratterizzazione

I gruppi funzionali sono una parte della struttura di una molecola organica  che conferiscono al composto una reattività tipica e simile a quella di altri composti contenenti lo stesso gruppo

Nell’ambito dell’analisi chimica qualitativa organica assume grande rilievo l’individuazione dei gruppi funzionali presenti in una molecola. Ci si avvale pertanto di test caratteristici dei gruppi funzionali.

Siti di insaturazione in alcheni o in alchini

I gruppi funzionali degli alcheni e degli alchini sono rispettivamente i legami doppi e tripli

Si aggiunge una soluzione di bromo che dà luogo  alla reazione:

R₂-C=C-R₂ + Br₂→ R₂-C(Br)-C(Br)-R₂

R-C ≣C-R + 2 Br₂ → R-C(Br₂)-C(Br₂)-R

La soluzione di bromo di colore rosso scuro si decolora rapidamente non appena si forma il compost saturo.

Gruppo – OH presente negli alcoli e nei fenoli

a)      Si aggiunge cloruro di etanoile  che dà luogo  alla reazione:

R-OH + CH₃COCl → CH₃COOR + HCl

Si saggia con una cartina universale che, in presenza di HCl, diventerà rossa

Un campione del prodotto di reazione è unito a nitrato di argento e si noterà la formazione di un precipitato bianco di cloruro di argento

Il prodotto di reazione, versato in acqua, darà un odore piacevole a causa della presenza dell’estere formatosi

b)      Si aggiunge pentacloruro di fosforo che dà luogo  alla reazione:

R-OH + PCl₅→ R-Cl + POCl₃ + HCl

Si eseguono gli stessi saggi di cui al punto a) ; il prodotto di reazione non dà la profumazione dell’estere

c)      Si aggiunge acido acetico a caldo e acido solforico concentrato; si ha la reazione di esterificazione dell’alcol:

R-OH + CH₃COOH → CH₃COOR + H₂O

Il prodotto di reazione ha la tipica profumazione di un estere

Gruppo – COOH presente negli acidi carbossilici

L’aggiunta di una piccola quantità di carbonato acido di sodio dà luogo alla formazione di CO₂ secondo la reazione:

RCOOH + NaHCO₃ → RCOONa + H₂O + CO₂

Si noterà pertanto un’effervescenza

Gruppo –COO^– presente nei sali derivanti da acidi carbossilici

L’aggiunta di un acido forte come HCl dà luogo alla reazione:

RCOO^– + HCl → RCOOH + Cl^–

Con formazione di un acido carbossilico caratterizzato, in genere, da un odore caratteristico forte e pungente

Gruppo –COCl nei cloruri acilici

L’aggiunta di acqua fa avvenire la reazione:

RCOCl + H₂O → RCOOH + HCl

Lo sviluppo di acido cloridrico può essere testato come nel punto 2) lettera a)

Gruppo –CONH₂ nelle ammidi

La soluzione è trattata a caldo con idrossido di sodio e si ha la reazione:

RCONH₂ + NaOH → RCOONa + NH₃

L’ammoniaca sviluppata viene percepita per il suo odore caratteristico

Gruppo amminico alifatico

Le ammine, caratterizzate da un intenso odore di pesce, possono essere testate con diverse metodologie che consentono anche di distinguere se l’ammina è primaria, secondaria o terziaria.

Un metodo rapido per identificare la presenza del gruppo amminico è la reazione con il cloruro di benzoile che è molto esotermica.

Un altro metodo consiste nel far reagire il campione con acido nitroso generato in situ dalla reazione tra nitrito di sodio e acido cloridrico. Le ammine primarie, in presenza di acido nitroso danno un sale di diazonio R-N₂⁺ che è instabile e si decompone in un carbocatione e N₂. La presenza di un gas che si sprigiona dalla reazione denota la presenza di un’ammina primaria.

Le ammine secondarie reagiscono con acido nitroso per dare un N-nitroso composto di colore giallo che precipita:

R₂NH  + HNO₂→ R₂NNO + H₂O

Le ammine terziarie danno luogo alla formazione di un sale di ammonio quaternario

Gruppo amminico aromatico

Le ammine aromatiche primarie in presenza di acido nitroso danno un sale di diazonio C₆H₅ -N₂⁺ che è instabile e si decompone in fenolo e N₂

Gruppo carbonilico  > C=O

Al composto sono aggiunte poche gocce di reattivo di Brady costituito da 2,4-dinitrofenilidrazina; si ha la formazione del 2,4-dinitrofenilidrazone che dà un precipitato giallo secondo la reazione:
R₂CO + (NO₂)₂C₆H₅NHNH₂ → (NO₂)₂C₆H₅NHN=CR₂  + H₂O

Per sapere se il gruppo carbonilico è presente in un’aldeide o in un chetone si aggiunge il reattivo di Tollens costituito da nitrato di argento ammoniacale  [Ag(NH₃)₂]NO₃

La presenza di un gruppo aldeidico è confermata dalla formazione di uno specchio di argento sulla provetta. Le aldeidi infatti sono agenti riducenti più forti dei chetoni e reagiscono con lo ione Ag⁺ secondo la reazione:
RCHO + 2 Ag⁺ + H₂O → RCOOH + 2 Ag + 2 H⁺

Gruppo  -X presente negli alogenuri alchilici

Il campione viene trattato con una soluzione di  idrossido di sodio in una soluzione di acqua/alcol etilico dove avviene la reazione:

R-X + OH^– → R-OH + X^–

L’aggiunta di una soluzione di nitrato di argento provoca la precipitazione dell’alogenuro di argento AgX.

Nel caso l’alogeno sia Cl si ha la formazione di un precipitato bianco di AgCl, mentre nel caso di Br o di I si ottengono precipitati gialli di AgBr e di AgI. In quest’ultimo caso si aggiunge ammoniaca concentrata in cui solo il bromuro di argento si solubilizza.