Acetali e Carboidrati I

Acetali e Carboidrati I

E’ opportuno analizzare con maggiori dettagli la struttura del gruppo funzionale che caratterizza le aldeidi e i chetoni: il gruppo carbonilico. 


Come sappiamo questa funzionalità presenta il carbonio carbonilico ibridato sp2, impegnato in un doppio legame con l’ossigeno. Il gruppo carbonilico è fortemente polarizzato, data la differenza di elettronegatività tra l’ossigeno ed il carbonio. La reattività di questo gruppo funzionale è governata da questa polarizzazione. 


Formalmente, è possibile scrivere una struttura limite di risonanza con completa separazione di carica, ma il suo contributo alla struttura reale non è rilevante, avendo una energia più alta della struttura senza separazione di carica.

Se ad una soluzione di un composto carbonilico in un alcool, viene aggiunta una piccola quantità di un acido forte, si può osservare la rapida formazione di nuove specie molecolari stabili, chiamate acetali, derivanti dall’addizione dell’ossigeno dell’alcool al carbonio carbonilico. 


L’acido agisce da catalizzatore, abbassando l’energia della struttura con la carica positiva sul carbonio. L’addizione di una sola molecola di alcool porta alla formazione di un emiacetale.

Il prodotto che si forma, l’emiacetale, può addizionare una seconda molecola di alcool, convertendosi definitivamente in un acetale. Dopo la protonazione reversibile dell’ossidrile, la fuoriuscita di una molecola di H2O porta alla formazione di un carbocatione stabilizzato per risonanza. 


Quest’ultimo subisce il facile attacco dalla seconda molecola di alcool.

Come si vede la formazione di acetali avviene attraverso la successione di una serie di processi reversibili. Il controllo di questi processi rende quindi possibile favorire la loro formazione, ma anche la loro l’idrolisi. Acetali da aldeidi e chetoni e viceversa. 


 Se in una molecola sono presenti una funzione carbonilica ed un gruppo ossidrilico, si possono formare emiacetali ciclici. Quelli più stabili sono cicli a 5 e a 6 termini, quindi con l’ossigeno che occupa una posizione nel ciclo.

Attraverso la fotosintesi clorofilliana vengono assorbiti CO2 e H2O dall’ambiente e vengono prodotte molecole poliidrossi-carboniliche, i carboidrati, rilasciando ossigeno molecolare. Ad esempio il glucosio si forma da 6 molecole di CO2:

6CO2 + 6H2O + hv = C6H12O6 + 6O2

Queste reazioni sono rese possibili dall’azione diretta della luce solare che attiva la clorofilla. Le molecole ottenute sono molto ricche di energia, perché presentano atomi di carbonio ridotti rispetto alla CO2. 


Gli organismi viventi sostengono il loro metabolismo consumando glucosio e ossigeno, producendo anidride carbonica e sfruttano proprio l’energia incorporata nei legami C-H presenti in queste molecole.

C6H12O6 + 6O2 = 6H2O + 6CO2 +ENERGIA




Abbiamo già incontrato una poliidrossialdeide, la D-gliceraldeide (2,3-didrossi propanale). Altre molecole di questo tipo, fondamentali per la nostra esistenza, sono il D-ribosio, il D-glucosio e il D-fruttosio.

Se al carbonio carbonilico della D-gliceraldeide (che è una diidrossialdeide) addizioniamo formalmente un’altro atomo di carbonio e una molecola di H2O, si crea un nuovo centro chirale, con formazione di 2 nuove triidrossialdeidi, chiamate D-aldotetrosi, il D-eritrosio ed il D-treosio. 


Ripetendo l’addizione su questi 2 D-aldotetrosi, otteniamo 4 D-aldopentosi (tetraidrossialdeidi). Da questi ultimi si formano infine 8 D-aldoesosi (pentaidrossialdeidi).

I D-aldopentosi e i D-aldoesosi si trovano in natura in forma di emiacetali o acetali ciclici.

La ciclizzazione reversibile può avvenire per addizione dell’ossidrile in posizione  4, portando a composti in forma furanosica, oppure per addizione dell'ossidrile in 5, a composti in forma piranosica. 


La formazione del nuovo stereo centro porta alla formazione in tutti i casi alla formazione di due molecole diasterisomeriche, definite anomeri alfa e beta.