Fenile

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Gruppo fenile

In chimica organica, il fenile è un gruppo funzionale ciclico avente formula C6H5 e viene spesso rappresentato dalla sigla Ph (dall'inglese phenyl) o dal simbolo φ. La sigla Ph non deve essere confusa con pH, sigla che indica la scala di misura dell'acidità. Il gruppo fenile è strettamente correlato alla molecola del benzene e può essere considerato come un benzene a cui manca un atomo di idrogeno, che può essere sostituito da qualche altro elemento o composto. Il gruppo fenile possiede sei atomi di carbonio legati tra loro in un anello esagonale planare, cinque di questi atomi di C sono legati a un singolo atomo di idrogeno, con il restante carbonio legato al sostituente. Vista la frequente presenza nei composti naturali e di sintesi, il gruppo fenile è estremamente comune in chimica organica.[1] Nonostante sia spesso rappresentato con legami singoli e doppi alternati all'interno dell'anello, il grupo fenile è aromatico e presenta lunghezze di legame identiche tra i sei atomi di carbonio dell'anello.[1][2]

Nomenclatura

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Solitamente con "gruppo fenile" si indica la specie chimica C6H5- rappresentata dai simboli Ph, φ o, in modo arcaico, Φ. Il benzene è talvolta indicato come PhH. I gruppi fenile sono generalmente legati ad altri atomi o gruppi; in casi speciali (e rari), sono stati rilevati gruppi fenile isolati: l'anione fenile (C6H5-), il catione fenile (C6H5 ) e il radicale fenile (C6H5•). Molti, se non la maggior parte, dei composti contenenti gruppi fenile non sono descritti nella nomenclatura IUPAC con il termine "fenile" all'interno del loro nome. Per esempio, il derivato clorurato C6H5Cl è normalmente chiamato clorobenzene, sebbene potrebbe essere chiamato cloruro di fenile. Il trifenilmetano (Ph3CH) composto con tre gruppi fenile attaccati allo stesso atomo di carbonio, presenta invece una nomenclatura IUPAC con il termine fenile al proprio interno.

Sebbene Ph e fenile denotino in modo univoco C6H5-, anche i derivati sostituiti possono essere descritti utilizzando la terminologia fenilica, soprattutto nella nomenclatura tradizionale dei composti chimici organici come ad esempio il nitrofenile C6H4NO2- e il pentafluorofenile C6F5-. I gruppi fenile monosostituiti (ovvero molecole di benzene disostituite) sono associati a reazioni di sostituzione elettrofila aromatica e i prodotti seguono il pattern di sostituzione degli areni. Pertanto, un dato derivato fenilico sostituito può avere tre isomeri, chiamati diversamente in base alla posizione reciproca dei sostituenti sull'anello: orto (1,2-disostituzione), meta (1,3-disostituzione) e para (1,4-disostituzione). Un composto fenilico disostituito (benzene trisostituito) può essere, ad esempio, 1,3,5-trisostituito o 1,2,3-trisostituito. Esistono gradi superiori di sostituzione, di cui il gruppo pentafluorofenile è un esempio, e sono nominati secondo la nomenclatura IUPAC.

Etimologia

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Il termine fenile deriva dal vocabolo francese phényle che, a sua volta, deriva dal termine greco φαίνω (phaínō, brillare), dato che i primi composti scoperti a cui fu data questa nomenclatura erano sottoprodotti dell'industria di raffineria, responsabile della sintesi di vari gas usati per l'illuminazione.[3][4] Secondo McMurry infatti, "La parola deriva dal greco phaínō, portatore di luce, in memoria della scoperta del benzene nel 1825 da parte di Michael Faraday dal residuo oleoso lasciato dal gas illuminante utilizzato nelle lampade stradali di Londra."[5]

Struttura, legami e caratterizzazione

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Riguardo alle sue proprietà elettroniche, il gruppo fenile è correlabile a un gruppo vinile, essendo generalmente considerato un gruppo elettronattrattore per effetto induttivo, a causa della maggiore elettronegatività degli atomi di carbonio sp2 e un gruppo donatore per effetto di risonanza, grazie alla capacità del suo sistema π di donare densità elettronica quando la coniugazione è possibile.[6] Il gruppo fenile è idrofobico. I gruppi fenile tendono a resistere all'ossidazione e alla riduzione e, come tutti i composti aromatici, hanno una stabilità maggiore rispetto ai legami equivalenti nei gruppi alifatici (non aromatici). Questa maggiore stabilità è dovuta alle proprietà uniche degli orbitali molecolari aromatici.[2]

Le lunghezze dei legami tra gli atomi di carbonio in un gruppo fenile sono approssimativamente di 1.4 Å.[7]

Nella spettroscopia di risonanza magnetica nucleare 1H-NMR, i protoni del gruppo fenile possiedono tipicamente un chemical shift attorno ai 7.27 ppm. Questi chemical shifts sono influenzati dalla corrente d'annello aromatico e possono variare in base ai sostituenti presenti.

Proprietà ed occorrenza

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I gruppi fenile sono solitamente introdotti utilizzando reagenti che si comportano come fonti dell'anione fenile o del catione fenile. Il fenillitio (C6H5Li) e il bromuro di fenilmagnesio (C6H5MgBr) sono esempi di reagenti utilizzati per introdurre l'anione fenile. Gli elettrofili sono attaccati dal benzene per dare derivati fenilici:

con E che rappresenta la specie "elettrofila" come ad esempio Cl , NO2 , SO3. Queste reazioni sono chiamate sostituzioni elettrofile aromatiche.

I gruppi fenile si trovano in molti composti organici, sia naturali che sintetici (vedi figura). Uno dei più comuni prodotti naturali contenenti un gruppo fenile è l'amminoacido fenilalanina. Il polimero polistirene è derivato da un monomero contenente fenile e deve le sue proprietà alla rigidità e idrofobicità dei gruppi fenile in esso presenti. Molti farmaci e numerose sostanze inquinanti contengono gruppi fenile.

Uno dei composti più semplici contenenti fenile è il fenolo, (C6H5OH). Si è dimostrato che la stabilità data dalla risonanza del gruppo fenile nel fenolo lo renda un acido più forte rispetto agli alcoli alifatici come l'etanolo (pKa = 10 contro pKa = 16–18), in aggiunta al contributo significativo dato dalla maggiore elettronegatività del carbonio α sp2 nel fenolo rispetto al carbonio α sp3 negli alcoli alifatici.[8]

Note

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  1. ^ a b Jerry March, Advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure, 4ª ed., New York, Wiley, 1992, ISBN 978-0-471-60180-7.
  2. ^ a b Aromaticity. Benzene and Other Aromatic Compounds, in Virtual Textbook of Organic Chemistry, Michigan State University.
  3. ^ Fenile, su treccani.it.
  4. ^ phenyl, in English by Lexico Dictionaries. URL consultato il 24 luglio 2019 (archiviato dall'url originale il 16 febbraio 2013).
  5. ^ (EN) John E. McMurry, Organic Chemistry, Enhanced Edition, Cengage Learning, 2009, p. 518, ISBN 9781111790042.
  6. ^ Corwin. Hansch, A. Leo e R. W. Taft, A survey of Hammett substituent constants and resonance and field parameters, in Chemical Reviews, vol. 91, n. 2, 1º marzo 1991, pp. 165–195, DOI:10.1021/cr00002a004, ISSN 0009-2665 (WC · ACNP).
  7. ^ Hendrik F. Hameka, Computation of the structures of the phenyl and benzyl radicals with the UHF method, in The Journal of Organic Chemistry, vol. 52, n. 22, 1987, pp. 5025–5026, DOI:10.1021/jo00231a035, ISSN 0022-3263 (WC · ACNP).
  8. ^ Pedro Jorge Silva, Inductive and Resonance Effects on the Acidities of Phenol, Enols, and Carbonyl α-Hydrogens, in The Journal of Organic Chemistry, vol. 74, n. 2, 2009, pp. 914–916, DOI:10.1021/jo8018736, ISSN 0022-3263 (WC · ACNP), PMID 19053615.

Voci correlate

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Altri progetti

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