Analisi funzionale organica
1
Gruppo funzionale: atomo (o gruppo di atomi) che conferisce proprietà
fisiche e reattività chimica caratteristiche alla molecola che lo contiene.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
ACIDI
Carbossilico
Solfonico
Fosfonico
Solfonammidico
Fenolico
Tiolico
NEUTRI
1. Aldeidico
2. Chetonico
3. Alcolico
1.
2.
3.
4.
5.
NEUTRI
Esteri
ammidi
Anidridi
Alogenuri acilici
Nitrili
BASICI
1. Amminico
2. Guanidinico
ANFOTERI
1. Amminoacidi
2. Sulfammidici
2
Saggio di Bayer
Saggio per l’insaturazione
Saggi a carattere
generale
Saggio con Br2/CCl4
Saggio per la struttura aromatica
Saggi specifici per
gruppi funzionali
Saggi specifici per
una
determinata
classe di farmaci
Riportati in farmacopea
3
Saggi di carattere generale
Saggio di Bayer: le olefine vengono ossidate dal permanganato con decolorazione della
soluzione e precipitazione di biossido di manganese.
Il composto in esame viene solubilizzato in 2 ml di H2O, quindi si addiziona goccia a goccia una
soluzione di KMnO4 al 2%. In caso di positività del saggio si osserva decolorazione con
precipitazione di MnO2 (color bruno).
3R‐CH=CH‐R’ + 2MnO4‐ + 4H2O → 3R‐CH‐CH‐R’ + 2MnO2↓ + 2OH‐
OH OH
Saggio positivo per: alcheni (no tetrasostituiti), alchini, aldeidi, chetoni, α‐ossichetoni
4
Saggi di carattere generale
Saggio con Br2/CCl4: si basa sull’addizione di bromo al doppio legame che porta alla
formazione di dibromoderivato dell’idrocarburo saturo corrispondente.
50 mg del composto in esame vengono posti in 1‐2 mL di CCl4 o CHCl3 e si aggiunge goccia a goccia
una soluzione di Br2/CCl4. Il saggio è positivo se una o due gocce di reattivo si decolorano .
R‐CH=CH‐R’ + Br2 → R‐CH‐CH‐R’
Br Br
Il decorso della reazione è messo in evidenza dalla decolorazione del Br2.
Saggio positivo per: alcheni (no tetrasostituiti), gli alchini danno una reazione
molto lenta.
5
Saggi di carattere generale
Saggi a carattere
generale
Saggio per la ricerca della struttura aromatica. Il sistema
aromatico può essere identificato mediante reazioni di
sostituzione
elettrofila
(nitrazione,
solfonazione,
alogenazione, copulazione…)
Formazione di un colorante azoico: la reazione è suddivisa in 4 stadi successivi.
1. Nitrazione
C6H6 + HNO3 → C6H5‐NO2
2. Riduzione
C6H5‐NO2+ H2 → C6H5‐NH2
3. Diazotazione
+
C6H5‐NH2+ HNO2 → C6H5‐N≡N (Cl‐)
4. Copulazione
C6H5‐N≡N (Cl‐) → C6H5‐N=N ‐Ar
colorante azoico
6
Saggi di carattere generale
Saggio per la ricerca della struttura aromatica. 1. Nitrazione: reazione di sostituzione elettrofila condotta con una miscela di HNO3 ed
H2SO4. Quest’ultimo favorisce la reazione di nitrazione agendo su HNO3 e formando lo
ione nitronio (elettrofilo). Quindi la reazione procede in due stadi:
a.
b.
stadio lento
stadio veloce
La nitrazione avviene più o meno facilmente a seconda del tipo di sostituente presente
sul nucleo aromatico: sostituenti elettronattrattori sfavoriscono mentre sostituenti
elettrondonatori in orto e para favoriscono l’attacco da parte di NO2+.
Se la miscela solfonitrica danneggia la sostanza si usa una miscela HNO3‐CH3COOH.
7
Saggi di carattere generale
Saggio per la ricerca della struttura aromatica. 2. Riduzione
La riduzione viene effettuata con idrogeno nascente sviluppato da Sn metallico in
ambiente acido per HCl.
8
Saggi di carattere generale
Saggio per la ricerca della struttura aromatica. 3. Diazotazione: è effettuata dall’acido nitroso in ambiente acido (HCl) con formazione del diazoderivato
La soluzione cloridrica dell’ammina deve essere raffreddata e durante la diazotazione la T
deve essere mantenuta tra 0‐5 °C in modo da evitare decomposizioni del sale di diazonio.
Inoltre la soluzione deve essere nettamente acida per evitare la formazione di
diazoammino composti.
9
Saggi di carattere generale
Saggio per la ricerca della struttura aromatica. 4. Copulazione: sia fenoli che ammine aromatiche
+
La reazione di copulazione è una reazione di sostituzione elettrofila aromatica. Poiché il
catione diazonio ArN2+ è un elettrofilo debole, la reazione può avvenire solo con substrati
aromatici piuttosto reattivi come AMMINE e FENOLI.
10
Saggi di carattere generale
Saggio per la ricerca della struttura aromatica. 4. Copulazione
La scelta del pH a cui effettuare la reazione va fatta tenendo conto che:
→ l’ambiente basico favorisce la formazione dello ione fenato mentre abbassa la
concentrazione di ione diazonio favorendo la formazione di diazoidrati:
+
Ar‐N≡N X‐
H+
H+
OH
OH
‐ Ar‐N=N‐OH ‐ Ar‐N=N‐O‐ + H2O
diazoidrato
diazotato
→ si opera a pH debolmente alcalino (pH=8)
→ l’attacco avviene nelle posizioni para (maggiore) e orto (β‐naftolo si parla di posizione α)
→ con le ammine la reazione è veloce a pH debolmente acido (pH=5‐7): massima
concentrazione sale di diazonio, limitata conversione dell’ammina nell’acido coniugato
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Saggi di carattere generale
Formazione di un colorante azoico
Esecuzione del saggio
A. 200 mg del composto in esame vengono addizionati di 1 mL di H2SO4‐HNO3 (1:1) o
CH3COOH‐HNO3 (1:1). Durante la reazione raffreddare su bagno a ghiaccio. Se la reazione
non si innesca (substrato poco reattivo) scaldare cautamente la provetta. Versare la miscela
di reazione su ghiaccio triturato: se si ha precipitazione si filtra, se si ottiene un olio si estrae
con Et2O.
B. Al solido filtrato (o residuo evaporazione Et2O) si aggiunge 1 mL HCl‐H2O (1:1) + 2 pezzetti di
Sn granulare. Si scalda per 10 minuti su bagno‐maria bollente. Si filtra per eliminare Sn
metallico residuo.
C. Si pongono separatamente in 3 provette immerse in un beaker contenente ghiaccio:
‐ 2 mL soluzione acida dell’ammina (soluzione A);
‐ 1 mL H2O + 100 mg NaNO2 (soluzione B);
‐ 2 mL NaOH 2N + 100 mg di β‐naftolo (soluzione C)
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Saggi di carattere generale
Formazione di un colorante azoico
Esecuzione del saggio
D. Si aggiunge prima la soluzione B goccia a goccia nella soluzione A controllando che resti
acida. Quando si raggiunge un leggero eccesso di acido nitroso (cartina amido‐iodurata
azzurra) si versa la miscela goccia a goccia nella soluzione C controllando che il pH non
scenda mai sotto ad 8: la formazione di una colorazione o di un precipitato rosso, arancio o
giallo indica presenza di strutture aromatiche.
+
soluzione acida Ar‐N≡N
dell’ammina NaNO2
COLORANTE
NaOH
e β‐naftolo AZOICO
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Riconoscimento dei gruppi funzionali
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Gruppi funzionali: composti carbonilici 1
aldeide
chetone
Caratteristiche
Stato fisico
Aldeidi e chetoni sono composti polari che hanno punti di ebollizione più alti dei
composti apolari di PM analogo. Non potendo formare legami H intermolecolari
hanno p.e. più bassi dei corrispondenti acidi carbossilici e alcooli. Le aldeidi e i chetoni
alifatici sono liquidi per i primi termini e poi solidi; i chetoni aromatici sono tutti solidi.
Solubilità
Le aldeidi e i chetoni, tenuto conto dei vari fattori influenti, grazie alla formazione di
legami H tra le molecole di soluto e di solvente sono solubili in acqua i primi termini:
la insolubilità in acqua comincia da C5. Gli aromatici sono insolubili in H2O in assenza
di altre funzioni idrofile. Sono solubili in Et2O.
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Gruppi funzionali: composti carbonilici 16
Gruppi funzionali: composti carbonilici 1
aldeide
chetone
Differenze di reattività di aldeidi e chetoni:
1. Le aldeidi si ossidano facilmente ad acidi, mentre i chetoni si ossidano più
difficilmente e con rottura dei legami C‐C
2. Le aldeidi sono generalmente più reattive dei chetoni verso l’addizione nucleofila
perché la presenza nei chetoni del secondo gruppo alchilico o arilico diminuisce
notevolmente , per effetto elettronico e sterico, la reattività del gruppo carbonilico
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Gruppi funzionali: composti carbonilici 1
aldeide
chetone
Il gruppo carbonilico è polare:
La reazione caratteristica dei composti carbonilici è l’addizione nucleofila al C:
L’addizione nucleofila è catalizzata dagli acidi e meno frequentemente dalle basi.
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Gruppi funzionali: composti carbonilici Saggi di riconoscimento
Saggio con la 2,4‐dinitrofenilidrazina (2,4‐DNF): La 2,4‐DNF reagisce con il gruppo
carbonilico di quasi tutte le aldeidi e i chetoni per cui può essere considerato il reattivo
specifico della funzione carbonilica: si ha formazione di 2,4‐dinitrofenilidrazone
(intensamente colorato in giallo arancio) che è anche un derivato cristallino
Meccanismo
-H+
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Gruppi funzionali: composti carbonilici Esecuzione pratica del saggio: 30‐40 mg di sostanza in 0.5 mL di H2O si aggiungono a 3‐5 mL di
reattivo*, se non si forma il precipitato si può scaldare per 30’’. Il saggio è positivo se si ottiene un
precipitato giallo arancio.
*Per sostanze solubili in H2O si utilizza 2,4‐DNF allo 0.2% in HCl 2N altrimenti una soluzione
alcoolica di 2,4‐DNF acidificata con H2SO4.
La coniugazione della struttura può portare alla formazione di un derivato cristallino rosso.
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Gruppi funzionali: composti carbonilici Saggi specifici per le aldeidi
Saggio di Fehling: saggio di riconoscimento per le aldeidi alifatiche, per gli ‐
ossichetoni, per gli zuccheri riducenti.
Il reattivo di Fehling è costituito da due soluzioni: A (70 gr CuSO4/L H2O), B (364 gr
tartrato sodico potassico o sale di seignette, 100 gr NaOH /L H2O). Mescolando al
momento dell’uso le due soluzioni A e B in parti uguali e aggiungendo a questa la
sostanza in esame.
Il saggio è positivo se si forma un precipitato rosso scuro di Cu2O.
RCHO + 2CuSO4 + 5NaOH → RCOONa + 2Na2SO4 + 3H2O + Cu2O 
L’ambiente basico favorisce la reazione poiché sottrae l’acido,
che si forma, salificandolo, ma produce Cu(OH)2 che precipita. Il
tartrato complessa e mantiene in soluzione il Cu++.
Esecuzione pratica del saggio: 0.5 ml di Fehling A e 0,5 ml di Fehling B vengono mescolati
immediatamente prima dell'uso. Si aggiungono 30‐40 mg di sostanza e si riscalda a bagnomaria; un
precipitato rosso bruno di ossido di rame indica la presenza di un'aldeide alifatica
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Gruppi funzionali: composti carbonilici Saggi specifici per le aldeidi
Saggio di Tollens: basato sulla reazione di ossidoriduzione dell’aldeide ad acido e lo ione
argento, presente nel reattivo, che si riduce ad argento metallico.
La reazione è positiva per aldeidi, zuccheri riducenti, ‐ossichetoni, dagli amminofenoli
e dei poliidrossifenoli.
Il reattivo di Tollens è costituito da una soluzione acquosa di nitrato di argento
ammoniacale.
RCHO + 2[Ag(NH3)2]+OH‐ → RCOONH4 + 2Ag↓ + 3NH3 + H2O Esecuzione pratica del saggio: 30‐40 mg di composto in esame vengono aggiunti di 1 mL di reattivo.
Si agita, quindi si lascia a riposo per 10’. Se non si ha reazione si può scaldare a 40‐50 °C per 5’
agitando di tanto in tanto. Il saggio è positico se si ottiene lo specchio di Ag sulle pareti.
ATT: eliminare la miscela di reazione e lavare abbondantemente per evitare la formazione di un
derivato esplosivo a secco (C=NOAg fulminato di Ag).
Reattivo di Tollens: mescolare due volumi uguali di AgNO3 al 5% in H2O ed NaOH 2 N. Aggiungere
quindi NH4OH 2 N fino a ridisciogliere il precipitato che si è formato.
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Gruppi funzionali: composti carbonilici Saggi specifici per le aldeidi
Formazione di composti bisolfitici (reazione di Bertagnini): saggio positivo per aldeidi e metilchetoni.
La presenza del gruppo carbonilico viene nesso in evidenza dall’aggiunta della salda
d’amido resa colorata con I2: in assenza dell’aldeide si ha reazione con bisolfito per cui
lo iodio viene decolorato.
HSO3‐ + I2 + H2O → HSO4‐ + 2I‐ + 2H+
RCHO
> NaHSO3
> I2
Esecuzione pratica del saggio: 1 goccia di soluzione alcolica o acquosa del composto in esame + 1
goccia di NaHSO3 0.001 N; dopo 5’ aggiungere una goccia di salda d’amido all’1% resa leggermente
colorata con iodio: se la colorazione non scompare sono presenti aldeidi o metilchetoni.
23
24
Gruppi funzionali: composti carbonilici Saggi specifici per le aldeidi: saggio con dimedone
+
Esecuzione pratica del saggio: 50 mg di aldeide solubilizzati in etanolo vengono aggiunti a 5 gocce di
una soluzione al 5% di dimedone in etanolo. Il saggio è positivo se entro cinque minuti compare una
25
sospensione o un precipitato.
Gruppi funzionali: composti carbonilici Saggi specifici per i chetoni
Saggio di Lieben (per i metilchetoni): La reazione è generale per i metilchetoni e per gli
alcooli del tipo RCH(OH)CH3 che per ossidazione danno i corrispondenti metilchetoni;
l'acetaldeide, l'etanolo ed il cloralio (CCl3CHO).
Il saggio consiste nella reazione del metilchetoni con ipoiodito di sodio (NaIO) e si
forma iodoformio (CHI3) che può essere separato e caratterizzato mediante il punto di
fusione (120°C.)
Iodoformio (solido giallo): p.f. 119‐121°C
Esecuzione pratica del saggio: 100 mg di sostanza vengono sciolti in 0.5 mL di acqua o, se insolubili, in
0.5 mL di diossano. Si aggiungono poi 1.5 mL di NaOH 2N e agitando goccia a goccia una soluzione di
iodio fino a colorazione persistente per 2 minuti a 60°C. Si aggiunge qualche goccia di NaOH 2N per
eliminare l'eccesso di iodio e si lascia a riposo per 10‐15’. Lo iodoformio precipita come solido cristallino
giallo di odore dolciastro caratteristico.
Preparazione della soluzione di iodio: 20 g di KI + 10 g di I2 + 100 mL di H2O.
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I‐ + I2  [I3]‐
Gruppi funzionali: composti carbonilici Esecuzione pratica del saggio: 100 mg di sostanza vengono sciolti in 0.5 mL di acqua o, se insolubili, in
0.5 mL di diossano. Si aggiungono poi 1.5 mL di NaOH 2N e agitando goccia a goccia una soluzione di
iodio fino a colorazione persistente per 2 minuti a 60°C. Si aggiunge qualche goccia di NaOH 2N per
eliminare l'eccesso di iodio e si lascia a riposo per 10‐15’. Lo iodoformio precipita come solido cristallino
giallo di odore dolciastro caratteristico.
Preparazione della soluzione di iodio: 20 g di KI + 10 g di I2 + 100 mL di H2O.
I‐ + I2  [I3]‐
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Gruppi funzionali: composti carbonilici Proprietà spettroscopiche
Es.: 2‐Pentanone. A. as, metile, 2964 cm‐1. B. as, metilene, 2935 cm‐1. C. s metile, 2870 cm‐1.
D. Lo stretching tipico del C=O, 1717 cm‐1. E. as metile, 1423 cm‐1. F. s metilene, 1410 cm‐1.
G. s metile dell'unità CH3CO, 1366 cm‐1. H. Stretching e bending del C‐CO‐C 1171 cm‐1.
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Gruppi funzionali: composti carbonilici Proprietà spettroscopiche
Es.: (±)‐2‐fenilpropionaldeide. A.* Aromatici, 3070, 3040 cm‐1. B.* Alifatici, 2978. 2940, 2875
cm‐1. C.* Stretching del C‐H aldeidico, 2825, 2720 cm‐1. Doppietto da risonanza di Fermi con
overtone della banda. D. Stretching tipico del C=0 aldeidico, 1724 cm‐1. Lo stretching del C=0
coniugato sarebbe a circa 1700 cm‐1, ad esempio nel caso di C6H5CHO. E. Stretching del C=C
dell'anello, 1602, 1493, 1455 cm‐1. F. Bending del C‐H aldeidico, 1390 cm‐1. G. Bending fuori
del piano del C‐H, 760 cm‐1. H. Bending fuori del piano del C=C dell'anello, 700 cm‐1.
29
*Le bande A‐C sono assorbimenti dovuti a stretching dei C‐H.
Gruppi funzionali: composti carbonilici Proprietà spettroscopiche
Stretching del C=O tipico per aldeidi e chetoni saturi a 1740‐1710 cm‐1
RCHO ArCHO
‐C=C‐CHO
1725 cm‐1
1700 cm‐1
1685 cm‐1
R2CO Ar2CHO
‐C=C‐C=O
1715 cm‐1
1665 cm‐1
1675 cm‐1
Stretching del C‐H per le aldeidi a 2820‐2695 cm‐1 (tipico a 2720 cm‐1)
Stretching C‐C insieme a bending del C=O per i chetoni a 1300‐1100 cm‐1
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Gruppi funzionali: composti carbonilici Composti carbonilici in Farmacopea
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Gruppi funzionali: alcoli
Caratteristiche: composti neutri, polari e fortemente associati
Stato fisico
Punti di ebollizione degli alcoli sono molto più alti di quelli degli idrocarburi
corrispondenti, eteri o alogenuri alchilici.
Solubilità
Primi termini hanno alta solubilità in H2O dovuta ai legami H che si instaurano tra
le molecole di alcol e di H2O.
MeOH, EtOH, PrOH solubili in H2O in tutte le proporzioni; BuOH solubile 8%.
Per gli isomeri vale: solubilità alcoli I° < alcoli II° < alcoli III°.
Gli alcoli sono tutti solubili in Et2O.
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Gruppi funzionali: alcoli
Saggi di riconoscimento
Saggio con il sodio: reazione positiva per alcoli, tutte le sostanze contenenti atomi di “H”
acidi come l’H2O, gli acidi carbossilici, i fenoli, gli enoli, gli esteri malonici, gli idrocarburi
acetilenici monosostituiti, alcuni chetoni.
2ROH + 2Nasolido → 2RONasoluzione + H2↑
Il saggio è positivo quando si ha sviluppo di gas.
Il composto in esame deve essere reso anidro essiccandolo prima del saggio su solfato
di sodio o di magnesio anidro.
Esecuzione pratica del saggio: a 0.1 mL di sostanza anidra posti in provetta asciutta si aggiunge un
pezzetto di Na tagliato fresco; il saggio è positivo se il sodio si scioglie con svolgimento di bollicine di
H2. Se il composto in esame è solido o un liquido ad alta viscosità il saggio si esegue in benzene o
ligroina anidra.
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Gruppi funzionali: alcoli
Saggi di riconoscimento
Saggio di Lucas: Saggio che permette di distinguere tra alcoli primari, secondari e
terziari. Si basa sulla diversa velocità di formazione dei cloruri alchilici per trattamento
degli alcoli con una soluzione satura di ZnCl2 in HCl concentrato (reattivo di Lucas).
R‐OH + ZnCl2  R‐O‐‐ZnCl2
H
‐(HOZnCl2)‐
R+
Cl‐
R‐Cl↓
Il saggio è positivo quando si ha intorbidamento della soluzione o formazione di un olio.
Il saggio è applicabile ad alcoli solubili nell’ambiente di reazione e con una catena
carboniosa con meno di 6 C.
Alcoli terziari, l’alcol allilico e benzilico reagiscono immediatamente, i secondari in pochi
minuti, i primari non reagiscono.
Nel caso di dubbio si può fare il saggio senza ZnCl2 (cat) solo con HCl conc: solo gli alcooli
terziari danno il saggio positivo.
Esecuzione pratica del saggio: 0.2 mL di alcool sono aggiunti in una provetta a 2 mL di reattivo di
Lucas (320 mg di ZnCl2 anidro in 200 mL di HCl conc) e la miscela viene agitata vigorosamente: un
intorbidamento immediato indica che l’alcool è terziario. Per alcoli secondari sono necessari 3‐5 minuti
34
di reazione.
Gruppi funzionali: alcoli
Proprietà spettroscopiche
Es.: 2,4,4‐Trimetil‐1‐pentanolo. A. Stretching dell’O‐H, con legame idrogeno
intermolecolare, 3335 cm‐1. B. Stretching del C‐H, 3000‐2800 cm‐1. C. Bending del C‐H. Nota
la coppia di bande per il gruppo dimetilico geminal a 1395 e 1365 cm‐1. D. Stretching del C‐
O a 1040 cm‐1.
ROH I°
1085‐1050 cm‐1 ROH II° 1120‐1105 cm‐1
ROH III° 1170‐1120 cm‐1
3550‐3200 cm‐1
3650‐3590 cm‐1
35
Gruppi funzionali: alcoli
Alcoli in Farmacopea
36
Gruppi funzionali: fenoli
Caratteristiche: polari e fortemente associati; carattere acido rispetto agli alcoli
(formano sali con NaOH, fenati)
Stato fisico
Punti di ebollizione elevati dovuti all’alto grado di associazione intermolecolare
(legame H).
Solubilità
Solubili in etere e poco solubili in H2O.
Carattere acido
Ka ~ 10‐10 quindi solubili in soluzione acquosa di NaOH 2N ma non in soluzione
satura di NaHCO3.
37
Gruppi funzionali: fenoli
Ka 10‐10
Ka 10‐10
fenolo
1.1
p‐bromofenolo
o‐metossifenolo
1.2
o‐iodofenolo
34
m‐metossifenolo
2.1
m‐iodofenolo
13
p‐metossifenolo
0.63
p‐iodofenolo
6.3
o‐cresolo (metilfenolo)
0.63
o‐amminofenolo
2.0
m‐cresolo
0.98
m‐amminofenolo
p‐cresolo
0.67
p‐amminofenolo
o‐fluorofenolo
15
o‐nitrofenolo
5.6
69
4.0
680
m‐fluorofenolo
5.2
m‐nitrofenolo
50
p‐fluorofenolo
1.1
p‐nitrofenolo
690
o‐clorofenolo
77
2,4‐dinitrofenolo
106
m‐clorofenolo
16
2,4,6‐trinitrofenolo
molto alta
p‐clorofenolo
6.3
pirocatechina (1,2‐benzendiolo)
1.4
o‐bromofenolo
41
resorcina (1,3‐benzendiolo)
1.5
m‐bromofenolo
14
idrochinone
0.46
38
Gruppi funzionali: fenoli
Saggi di riconoscimento
Riconoscimento carattere acido: diversa solubilità dei fenoli in soluzioni alcaline a
forza diversa viene utilizzato per il loro riconoscimento.
Fenoli insolubili in soluzione acquosa di NaHCO3 sat, ma solubili in NaOH 2N; fenoli
particolarmente acidi risultano solubili in Na2CO3 2N (vedi solubilità!).
39
Gruppi funzionali: fenoli
Saggi di riconoscimento
Reazione con FeCl3: Trattando con cloruro ferrico la soluzione di un fenolo si ha
formazione di intense colorazioni dovute alla formazione di ioni complessi del tipo
[Fe(OAr)6]‐3.
Il saggio non è specifico per i fenoli essendo dato da molti altri composti. Inoltre per la
maggior parte dei nitrofenoli e per il guaiacolo* il saggio è negativo; per l'idrochinone si
ha una colorazione fuggevole dovuta al fatto che esso viene ossidato rapidamente a
chinone dal cloruro ferrico:
FeCl3 + Ar‐OH → [Fe(OAr)6]3‐ colorato
*
guaiacolo
Esecuzione pratica del saggio: a 20 mg di sostanza sciolta in acqua o NaOH 2N (se la sostanza è
solubile in acqua è meglio non aggiungere NaOH) si aggiungono alcune gocce di cloruro ferrico in
soluzione alcolica, si otterranno un’intensa colorazione (blu, rossa, porpora, verde, violetto, ecc.) 40
Gruppi funzionali: fenoli
Saggi di riconoscimento
Saggio di Liebermann (formazione di indofenoli): positivo per fenoli che hanno la posizione
para libera e la resorcina*. Si forma p‐nitrosofenolo che, nella forma tautomera, reagisce
con il fenolo in eccesso formando indofenolo che presenta colorazioni diverse a pH acido o
basico (indicatore).
O
N
OH
rosso
blu‐verde
*
Esecuzione del saggio: A 50 mg della sostanza in esame si aggiungono 20 mg di sodio nitrito ed 1 mL di
H2SO4 conc. Si agita vigorosamente e si scalda leggermente: una colorazione verde, rossa, violetta
costituisce saggio positivo. Per diluizione con acqua (attenzione!!!!) la colorazione di solito vira al rosso
41
od al violetto, mentre per aggiunta di alcali passa all’azzurro o al violetto.
Gruppi funzionali: fenoli
Saggi di riconoscimento
Reazione di Millon: questo saggio è positivo con i fenoli monoossidrilati aventi una
posizione orto libera. Si formano intense colorazioni rosse. Interferiscono nel saggio altri
tipi di sostanze non fenoliche quali ad esempio gli acidi barbiturici.
O
R
N
H
O
O
R
N
H
O
Esecuzione del saggio: In una provetta vengono posti 1 ml di reattivo e 50 mg del composto in esame e
la soluzione risultante viene riscaldata su b.m. bollente per qualche secondo. In presenza di un fenolo
provvisto di una posizione orto libera si ottiene una colorazione rossa o un precipitato giallo che si
scioglie in HNO3 concentrato dando una soluzione rossa.
Reattivo di Millon: 100 g di mercurio vengono disciolti in 75 ml di HNO3 conc. e la soluzione risultante
viene diluita con 135 ml di H2O.
3Hg + 2NO3‐ + 8H+ → 3Hg++ + 2NO + 4H2O
42
N2O3 + H2O → 2 HNO2
NO + ½O2 → NO2;
NO + NO2 → N2O3;
Gruppi funzionali: fenoli
Saggi di riconoscimento
Saggio di identificazione della struttura aromatica.
Esecuzione pratica del saggio: 0.2 g di sostanza + 1 mL H2SO4‐HNO3 1:1 (oppure 1 mL di CH3COOH ‐ HNO3
1:1); raffreddare in bagno a ghiaccio. Versare la miscela di reazione su ghiaccio triturato; se si ha
formazione di precipitato si filtra; se si ottiene un olio lo si estrae con etere.
Solido filtrato (oppure residuo della soluzione eterea portato a secco) + 1 mL HCl ‐H2O (1:1) + 2 pezzetti
di Sn granulare; 10' su bagno maria bollente; filtrare per eliminare lo stagno metallico residuo.
Sol. A: 2 mL della soluzione acida dell'ammina
Sol. B: 1 mL di acqua contenente 100 mg di NaNO2
Sol. C: 2 mL di NaOH 2N contenente 100 mg di β‐naftolo Si aggiunge prima la soluzione B goccia a goccia nella soluzione A controllando che resti
acida
La soluzione che si ottiene mescolando A e B si versa goccia a goccia nella soluzione C
Colorazione o precipitato colorato  presenza di strutture aromatiche
43
Gruppi funzionali: fenoli
44
45
46
Gruppi funzionali: fenoli
Proprietà spettroscopiche
Es.: fenolo. A. Ampia banda di stretching dell'O‐H con legami idrogeno intermolecolari, 3373
cm‐1. B. Stretching del C‐H aromatico, 3045 cm‐1. C. Overtone o bande di combinazione,
2000‐1667 cm‐1. D. Lo stretching del C=C delI'anello, 1595, 1499, 1470 cm‐1. E. Il bending O‐
H nel piano, 1360 cm‐1. F. Lo stretching del C‐O, 1224 cm‐1. G. II bending del C‐H fuori dal
piano, 810, 752 cm‐1. H. II bending del C=C dell'anello fuori dal piano, 690 cm‐1. I. (Largo)
bending fuori dal piano del 0‐H interessato da legame idrogeno, circa 650 cm‐'.
~
~
OH libero 3650‐3580 banda intensa e sottile
OH associato 3550‐3200 banda intensa e larga
47
Gruppi funzionali: fenoli
Fenoli in Farmacopea
48
Gruppi funzionali: acidi carbossilici Caratteristiche
Stato fisico
Gli acidi monocarbossilici alifatici fino al termine con 10 atomi di C sono liquidi;
quelli con numero di atomi di C maggiore sono solidi.
Gli acidi aromatici sono tutti solidi.
Gli acidi carbossilici hanno p.f. e p.e elevati per l’esistenza di forti associazioni tra
le molecole.
Solubilità
I primi 4 termini degli acidi alifatici sono solubili in H2O.
L’acido valerianico (C5) è parzialmente solubile. Gli acidi con numero di atomi di C
maggiore sono insolubili. Gli acidi aromatici monocarbossilici sono insolubili.
49
Gruppi funzionali: acidi carbossilici Carattere acido
Acido alchilico
HCOOH (a. formico)
CH3COOH (ac. Acetico)
Ka x 10‐5
17.7
Ph‐COOH
Ka x 10‐5
6.3
o‐CH3‐Ph‐COOH
12.4
136
m‐CH3‐Ph‐COOH
5.4
Cl2CHCOOH (ac. dicloroacetico)
5530
p‐CH3‐Ph‐COOH
4.2
CCl3COOH (ac. tricloroacetico)
23200
o‐Cl‐Ph‐COOH
125
m‐Cl‐Ph‐COOH
15.1
33
p‐Cl‐Ph‐COOH
10.3
ClCH2COOH (ac. monocloroacetico)
BrCH2COOH (ac. monobromoacetico)
CH3OCH2COOH
1.8
Acido aromatico
120
CH3CH2COOH
1.3
o‐NO2‐Ph‐COOH
CH3(CH2)2COOH
1.5
m‐NO2‐Ph‐COOH
32.5
p‐NO2‐Ph‐COOH
36
105
CH3CH2CHClCOOH
139
670
CH3CHClCH2COOH
8.9
o‐OH‐Ph‐COOH
ClCH2CH2CH2COOH
3.0
m‐OH‐Ph‐COOH
8.3
CH3(CH2)3COOH
1.4
p‐OH‐Ph‐COOH
2.6
cC6H11‐COOH
1.3
o‐CH3O‐Ph‐COOH
8.1
m‐CH3O‐Ph‐COOH
8.2
p‐CH3O‐Ph‐COOH
3.4
50
Gruppi funzionali: acidi carbossilici Saggi di riconoscimento
Ricerca del carattere acido
Si sfrutta il carattere acido del gruppo carbossilico per un riconoscimento
preliminare di tali sostanze:
1. Arrossamento di una cartina al tornasole trattata con una goccia della
sostanza in esame (per acidi solubili in H2O).
2. Ad una piccola soluzione di fenolftaleina resa alcalina per aggiunta di NaOH, si
aggiunge una goccia o un cristallino di sostanza in esame: si ha il viraggio
dell’indicatore (viola a incolore).
3. L’acido carbossilico è solubile in basi forti (NaOH) e in basi deboli (NaHCO3).
51
Gruppi funzionali: acidi carbossilici Saggi di riconoscimento
Reazione di Angeli e Rimini: Si tratta la sostanza in esame con un eccesso di SOCl2 (solvente)
e si riscalda su bagno‐maria per 4‐5’ (formazione del cloruro acilico molto reattivo); si
aggiunge EtOH e si riscalda per 1’ (esterificazione); si raffredda e si aggiunge NH2OH•HCl in 1
mL di H2O distillata e si alcalinizza con NaOH per spostare l’idrossilammina dal cloridrato; si
riscalda brevemente e poi si fa raffreddare (formazione dell’acido idrossammico). Si acidifica
con HCl 2N (per impedire la precipitazione di Fe(OH)3 e si aggiungono 2‐3 gtt di FeCl3 all’1%
ottenendo un precipitato rosso di idrossammato ferrico).
RCOOH + SOCl2  RCOCl + HCl + SO2
RCOCl + C2H5 OH  RCOOC2H5 + HCl
RCOOC2H5 + NH2OH.HCl + NaOH  RCONHONa + C2H5OH + NaCl + H2O
RCONHONa + HCl + FeCl3  RCONHOFe1/3
Esecuzione pratica del saggio: 2 gocce del composto in esame + 4 gocce di SOCl2 si riscaldano su bagno
maria bollente per 4‐5 minuti; + 1 mL di etanolo e riscaldare ancora per 1 minuto; raffreddare, + 1 mL di
acqua (per eliminare l'eccesso di SOCl2) + 25 mg di NH2OH•HCl in 1 mL di acqua + NaOH al 30% sino ad
alcalinità al tornasole; riscaldare brevemente e far raffreddare; + HCl 2N sino ad acidità al rosso congo +
2‐3 gocce di soluzione di FeCl3; sostanza a carattere acido → colorazione da bruno rosso a violetto 52
Altro meccanismo possibile
53
-
54
SALI FERRICI DI ACIDI IDROSSAMICI
55
56
Interferenze saggio di Angeli e Rimini
acidi carbossilici + SOCl2+ EtOH + NH2OH + FeCl3
cloruri degli acidi
esteri
anidridi
ammidi non sostituite
nitrili
fenoli
acidi sulfonici (RSO2H)
acidi idrossamici
ossiacidi
ossime
enoli
+ NH2OH + FeCl3
3
X
+ FeCl3
X = O, N
57
Gruppi funzionali: acidi carbossilici Proprietà spettroscopiche
Es.: acido eptanoico. A. Larga banda della stretching del 0‐H, 3300‐2500 cm‐1. B. Stretching
dei C‐ H 2950, 2932, 2855 cm‐1. Sovrapposta allo stretching dell'O‐H. C. Stretching tipico del
C = 0 dei dimeri degli acidi carbossilici 1711 cm‐1. D. Bending nel piano del C‐O‐H, 1413 cm‐
1. E. Stretching del C‐O, dimero, 1285 cm‐1. F. Bending fuori del piano dell'O‐H. 939 cm‐1.
58
Gruppi funzionali: acidi carbossilici Acidi carbossilici in Farmacopea
59
Gruppi funzionali: esteri
Caratteristiche: composti neutri. Per idrolisi forniscono l’acido carbossilico e un
composto ossidrilato.
Stato fisico
Termini inferiori liquidi, dotati spesso di odore sgradevole; termini superiori liquidi
densi e infine solidi, spesso con consistenza cerosa.
Solubilità
Insolubili in acqua, eccetto formiato di metile e di etile e l’acetato di metile; solubili in
etere.
60
Gruppi funzionali: esteri
Saggi di riconoscimento
Saggio dell’idrossammato: vedi saggio di Angeli e Rimini acidi carbossilici
61
Gruppi funzionali: esteri
Proprietà spettroscopiche
Es.: Acetato di fenile. A. Stretching dei C‐H aromatici, 3070, 3040 cm‐1. B. Stretching del C=O,
1765 cm‐1 : si trova ad una frequenza maggiore rispetto a quella di un estere normale (1740
cm‐1 ) a causa della coniugazione del fenile con I'ossigeno alcolico; la coniugazione di un
gruppo arilico o di un'altra insaturazione con il gruppo carbonilico fa si che lo stretching del
C=O cada a frequenze inferiori rispetto a quella normale (ad. es. i benzoati assorbono a circa
1724 cm‐1). C. Stretching dei C=C dell'anello, 1594 cm‐1. D. asCH3, 1493 cm‐1. E. sCH3 1371
cm‐1. F. Stretching dell'acetato C(=0)‐0, 1215 cm‐1. G. Stretching asimmetrico del O‐C‐C,
62
1193 cm‐1.
Gruppi funzionali: esteri
Esteri in Farmacopea
63
Gruppi funzionali: anidridi
Caratteristiche: composti neutri particolarmente reattivi
Stato fisico
Anidride acetica, primo termine della serie, è un liquido che bolle a 140°C; i termini
successivi sono liquidi e poi solidi con l’aumentare del PM.
Solubilità
Solubili in etere etilico; i primi termini sono poco solubili in H2O e si trasformano nei
corrispondenti acidi idrosolubili per idrolisi.
Anidridi aromatiche meno reattive e l’idrolisi è ottenuta per riscaldamento in ambiente
alcalino.
64
Gruppi funzionali: anidridi
Saggi di riconoscimento
Saggio dell’idrossammato: vedi saggio di Angeli e Rimini acidi carbossilici
65
Gruppi funzionali: anidridi
Proprietà spettroscopiche
Es. Anidride propionica. A. Stretching dei C‐H 2990, 2950, 2880 cm‐1; B. Stretching
asimmetrico e simmetrico accoppiati del C=O, respectively: 1825, 1758 cm‐1; C. Scissoring
del CH2 1465 cm‐1; D. Stretching del C‐CO‐O‐CO‐C, 1040 cm‐1.
66
Gruppi funzionali: nitrili
Caratteristiche: composti neutri. Per idrolisi forniscono l’acido carbossilico e
ammoniaca.
Stato fisico
Termini inferiori liquidi (acetonitrile p. eb. 82°C), dotati spesso di odore gradevole;
termini superiori liquidi altobollenti infine solidi, spesso con consistenza cerosa.
Solubilità
Solubili in etere e generalmente insolubili in acqua, eccetto i primi due termini
67
Gruppi funzionali: nitrili
Idrolisi basica (sviluppo di ammoniaca)
RCN + NaOH +H20  RCOONa + NH3
Saggio con idrossilammina e cloruro ferrico
-
68
Gruppi funzionali: nitrili
Proprietà spettroscopiche
Es.: o‐Toluonitrile. A. Stretching dei C‐H aromatici, 3070, 3030 cm‐1. B. Stretching dei C‐H
alifatici, 2960, 2930 cm‐1. C. Stretching del C≡N, 2226 cm‐1 (reso intenso dalla coniugazione
arilica; i nitrili alifatici assorbono a frequenze superiori). D. Bending fuori del piano dei C‐H
(anello aromatico) D. 761 cm‐1.
69
Gruppi funzionali: ammine
Caratteristiche: sostanze polari capaci di formare legami idrogeno intermolecolari
Stato fisico
Primi termini gassosi, poi con l’aumentare di PM liquidi e quindi solidi.
Punti di ebollizione inferiori a quelli degli alcoli con simile struttura, ma più alti di
quelli di composti apolari di uguale PM.
Solubilità
Tutte le ammine possono formare legami H con H2O ma solo ammine fino a 5‐6
atomi di C (R scarsamente idrofobo) sono solubili in H2O.
Ammine alifatiche solubili in etere.
Ammine aromatiche sono solubili in etere e insolubili in H2O.
70
Gruppi funzionali: ammine
Carattere basico
Kb x 10‐5
Base alchilica
Ammina aromatica
Kb x 10‐10
NH3 (Ammoniaca)
1.8 Ph‐NH (anilina)
2 CH3NH2 (metilammina)
44 (Ph) ‐NH (difenilammina)
2
2 0.0007
CH3CH2NH2 (etilammina)
47 (Ph) ‐NH (trifenilammina)
3
2 =
(CH3)2NH (dimetilammina)
51 o‐CH ‐Ph‐NH (o‐toluidina)
3
2
2.5
(CH3CH2)2NH (dietilammina)
95 m‐CH ‐Ph‐NH (m‐toluidina
3
2
(CH3)3N (trimetilammina)
5.5 p‐CH ‐Ph‐NH (p‐toluidina
3
2
(CH3CH2)3N (trietilammina)
56 o‐Cl‐Ph‐NH (o‐cloroanilina)
2
m‐Cl‐Ph‐NH2 (m‐cloroanilina)
p‐Cl‐Ph‐NH2 (m‐cloroanilina)
o‐NO2‐Ph‐NH2 (o‐nitroanilina)
4.2
4.9
12
0.05
0.3
1.5
0.0004
m‐NO2‐Ph‐NH2 (m‐nitroanilina)
0.3
p‐NO2‐Ph‐NH2 (p‐nitroanilina)
0.0001
o‐CH3O‐Ph‐NH2 (o‐metossianilina)
3.1
m‐CH3O‐Ph‐NH2 (m‐metossianilina)
1.6
p‐CH3O‐Ph‐NH2 (p‐metossianilina)
15
71
Gruppi funzionali: ammine
Saggi di riconoscimento
Ricerca del carattere basico
Il carattere basico di una sostanza può essere messo in evidenza con una cartina al rosso
congo o con una soluzione di metilarancio:
1 goccia od un cristallino della sostanza in esame su una cartina al rosso congo azzurrata
con HCl 0.01N  colorazione rossa.
2 gocce di HCl 0.01N + 2 gocce di soluzione alcolica di metilarancio + 1 goccia od un
cristallino della sostanza in esame  viraggio al giallo..
72
Gruppi funzionali: ammine
Reazione con acido nitroso
Ammine alifatiche primarie: si ha a freddo svolgimento di azoto e formazione dell'alcol corrispondente. Ammine aromatiche primarie: a freddo non si svolge azoto; si ha invece formazione del
corrispondente sale di diazonio
quest'ultimo può essere messo in evidenza mediante la formazione di un colorante azoico,
come descritto nel saggio per la ricerca delle strutture aromatiche.
Ammine secondarie alifatiche ed aromatiche: si ottiene una soluzione torbida dovuta alla
formazione di N‐nitrosoammine sostanze poco solubili in acqua aventi carattere neutro:
73
Gruppi funzionali: ammine
Reazione con acido nitroso
Ammine terziarie aromatiche: quando hanno la posizione para al gruppo amminico libera ,
danno p‐nitroso‐derivati, sostanze colorate in verde che possono essere messe in evidenza
con la reazione di Liebermann (per trattamento con H2SO4 dai derivati C‐nitroso ed N‐
nitroso si ottiene lo ione nitrosonio).
Ammine terziarie alifatiche: NON reagiscono con acido nitroso. Reazione con acido nitroso. Esecuzione pratica: 100 mg dell'ammina in esame + 2‐3 mL di HCl 2N, raffreddare a 0°C.; 1 mL di
74
NaNO2 10%.
Gruppi funzionali: ammine
Saggio di Hinsberg
La metodica di questo saggio può essere utilizzata sia ai fini qualitativi, per stabilire se
l'ammina in esame è I°, II° o III°, sia per il frazionamento di miscele di ammine a diverso
grado di sostituzione sull'azoto amminico. Dalle solfonammidi per trattamento con acidi si
possono riottenere le ammine di partenza (metodo non distruttivo)
Esecuzione del pratica: A 0,1 g di ammina posti in una provetta, si aggiungono 0,2 g di tosilcloruro e 5
ml di NaOH al 10%. Si tappa accuratamente la provetta e si agita energicamente il suo contenuto per
circa 5 minuti. Si rimuove il tappo, si scalda su b.m. per qualche secondo e quindi si agita la provetta,
nuovamente tappata, fino a completa scomparsa del reagente, verificando che l'ambiente sia rimasto
alcalino.
75
Gruppi funzionali: ammine
Formazione di carbilammine
Le ammine primarie, alifatiche ed aromatiche, per trattamento con cloroformio in
ambiente alcalino danno i corrispondenti isonitrili (carbilammine), riconoscibili per l’odore
disgustoso tra aglio e pesce marcio.
Esecuzione pratica: 50 mg della sostanza la esame + 2 mL di KOH alcolica O,5N + 3 gocce di CHCl3;
riscaldare leggermente  caratteristico odore sgradevole di carbilammine.
76
Gruppi funzionali: ammine
Proprietà spettroscopiche
Es.: ottilammina. A. Stretching deIl'N‐H, con legame idrogeno, doppietto accoppiato di una
ammina primaria: asimmetrico, 3372 cm‐1; simmetrico, 3290 cm‐1 (spalla a circa 3200 cm‐1,
banda di risonanza di Fermi con overtone della banda C). B. Stretching dei C‐H alifatici, 2925,
2850 cm‐1 : , CH2, 2817 cm‐1. C. Bending dell"N‐H (scissoring) 1617 cm‐1. D. sCH2
(scissoring), 1467 cm‐1. E. Stretching del C‐N, 1073 cm‐1. F. Wagging dell'N‐H (campione
puro), ~ 900‐700 cm‐1.
Le amine primarie sono riconoscibili per il caratteristici doppietto di bande deboli tra 3500 e
3300 cm‐1 (NH); le secondarie presentano una singola banda a 3350‐3300 cm‐1.
Amine aromatiche: forte assorbimento (C‐N) tra 1340‐1310 cm‐1;
77
amine alifatiche: debole assorbimento tra 1250‐1020 cm‐1.
Gruppi funzionali: ammine
Amine in farmacopea
78
Gruppi funzionali: nitrocomposti
Caratteristiche:
Nitrocomposti alifatici primari e secondari hanno un debole carattere acido (Ka
10‐11) per cui sono solubili in soluzione acquosa di NaOH 2N.
Stato fisico
Nitrocomposti alifatici sono liquidi stabili. Mononitrobenzene liquido, gli altri sono
solidi.
Solubilità
Nitrocomposti aromatici insolubili in acqua
79
Gruppi funzionali: nitrocomposti
Saggio idrossido ferroso
I nitrocomposti aromatici e alifatici hanno potere ossidante e ossidano l'idrossido
ferroso (blu) a idrossido ferrico (rosso), riducendosi ad ammine.
R‐NO2 + 6Fe(OH)2 + 4H2O  R‐NH2 + 6Fe(OH)3
Esecuzione del saggio: 20 mg di nitrocomposto, con 2 ml di una soluzione acquosa di solfato
ferroso ammoniacale al 5%, si trattano con 1 ml di KOH metanolica due gocce di soluzione di
H2SO4 conc. si tappa si agita e si lascia riposare per un minuto, il precipitato blu che si forma
deve diventare rosso bruno. Si esegue una prova in bianco, il colore verde non è saggio positivo.
80
Gruppi funzionali: nitrocomposti
Riduzione nitrocomposti aromatici
I nitrocomposti aromatici sono ridotti dallo stagno granulare ad ammine aromatiche
primarie.
Esecuzione del saggio: 500 mg. di nitroderivato + 10 mL HCl 6N + 1 g. di zinco metallico. Si fa
bollire a ricadere per 30 minuti; si raffredda e si estrae con etere; la soluzione acquosa acida
viene alcalinizzata viene nuovamente estratta con etere. La fase eterea essiccata sa Na2SO4 ed
evaporata lascia come residuo l'ammina.
81
Gruppi funzionali: nitrocomposti
Proprietà spettroscopiche
Es.: nitrobenzene. A. Stretching dei C‐H aromatici, 3100, 3080 cm‐1. B. Stretching asimmetrico
(ArNO2) (N=O)2, 1523 cm‐1. Stretching simmetrico (ArNO2) (N=O)2, 1347 cm‐1. C. Stretching
del C‐N di ArNO2, 852 cm‐1. D. Bande a frequenze inferiori sono di poca importanza nel
determinare il tipo di sostituzione dell’anello perché questi profili di assorbimento derivano
dall’interazione delle frequenze di bending fuori dal piano dell’NO2 e del C‐H. L’inadeguatezza
della regione “oop” a fornire informazioni strutturali è tipica dei composti aromatici recanti
sostituenti altamente polari.
82
Gruppi funzionali: nitrocomposti
Nitrocomposti in Farmaopea
83
Tabella: alcune tra le più importanti frequenze di stretching IR
Numero d’onda (cm‐1)
Intensità
C≡N
2260‐2220
media
C≡C
2260‐2100
da media a debole
C=N
1650‐1550
media
~1600 e 1500‐1430
da forte a debole
C=O
1780‐1650
forte
C‐O
1250‐1050
forte
C‐N
1230‐1020
media
O‐H (alcol)
3650‐3200
forte, larga
O‐H (ac. carbossilico)
3300‐2500
forte, molto larga
N‐H
3500‐3300
media, larga
C‐H
3300‐2700
media
Tipo di legame
84