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Terpeni

Che cosa i terpeni?

Durante il diciannovesimo secolo, le ricerche sui costituenti chimici degli oli essenziali portarono alla scoperta di numerosi idrocarburi isomeri dalla formula C10H16 che vennero chiamati terpeni; erano invece detti terpenoidi i loro derivati e canfore i derivati ossigenati.

Ulteriori ricerche hanno messo in evidenza numerosi terpeni ossigenati, prevalentemente alcoli o chetoni, così come altri componenti vegetali meno volatili, a scheletro contenente 15, 20 o 30 atomi di carbonio.

Nel 1887, via via che venivano determinate le strutture di un numero crescente di terpeni, O. Wallach riconobbe per primo che, praticamente, tutti questi composti potevano essere sezionati teoricamente in unità costituite dallo stesso mattone a cinque atomi di carbonio, avente lo scheletro corrispondente a quello dell'idrocarburo isoprene C5H8.

I terpeni sono ampiamente diffusi in natura, soprattutto quali componenti di resine e di oli essenziali estratti da un gran numero di piante; il loro nome deriva dal tedesco terpentinöl, essenza di trementina, il più comune prodotto contenente terpeni, ricavato dalla resina di varie conifere.

Terpeni sono presenti anche nelle cellule animali, dove si presentano come sostanze oleose (lipidi non saponificabili) che si accostano per vari aspetti agli steroidi.

Derivati terpenici simili a quelli delle piante sono stati riscontrati nel secreto di vari insetti, specialmente formiche, dai quali vengono emessi a scopo di riconoscimento o di allarme.

Proprietà dei terpeni

I terpeni sono caratterizzati da una serie di proprietà comuni: sono liquidi o solidi, ma sempre facilmente volatili e distillabili in corrente di vapore. Alla loro volatilità è legato l'odore che presentano, sempre gradevole.

Di regola sono insolubili in acqua, e quelli solidi sono untuosi al tatto.

Regola isoprenica

La regola isoprenica stabilisce che tutti i terpeni debbano essere formalmente divisibili in unità isopreniche.

Vengono di seguito riportai alcuni esempi di terpeni aciclici che obbediscono a questa regola.

terpeni

Esempi di terpeni. Le linee tratteggiate separano le unità isopreniche.

Si pensa che le poche eccezioni alla regola isoprenica derivino da terpeni "normali" sia per perdita di uno o più atomi di carbonio, o attraverso qualche tipo di trasposizione del catione.

Oggi sappiamo che i terpeni in realtà non derivano in natura dall'isoprene, che non è stato mai isolato in natura dalla piante. Il reale precursore universale di tutti i terpeni è l'acido mevalonico, un composto isolato da prodotti naturali solo nel 1956.

L'acido mevalonico, deriva dall'acetil-CoA (acetile attivato) secondo le schema di seguito riportato:

sintesi acido mevalonico

Classificazione dei terpeni

Se si tiene conto del numero di unità isopreniche, i terpeni sono rappresentati dalla formula generale (C5H8)n dove n = 2, 3, 4, 6, 8, ecc.

In base alla "regola isoprenica" e al contenuto di atomi di carbonio i terpeni vengono classificati in:

  • monoterpeni: se contengono 2 unità isopreniche, (C10);
  • sesquiterpeni: se contengono 3 unità isopreniche, (C15);
  • diterpeni: se contengono 4 unità isopreniche, (C20);
  • triterpeni: se contengono 6 unità isopreniche, (C30);
  • politerpeni: se contengono un numero di unità isopreniche superiore a 6.

Biosintesi

Nella biosintesi dei poliisopreni l'acido mevalonico viene attivato per fosforilazione; segue una eliminazione decarbossilativa per dare il 3-isopentenilpirofosfato (o pirofosfato di 3-isopentenile, 3-IPP).

L'isomerizzazione di quest'ultimo a 2-isopentenilpirofosfato (o pirofosfato di 2-isopentenile) porta a una molecola che può facilmente ionizzare e addizionarsi a una molecola di pirofosfato di 3-isopentenile (3-IPP).

Il prodotto iniziale di reazione, il pirofosfato di geranile può facilmente idrolizzarsi a geraniolo.

Il pirofosfato di geranile può anche dare un carbocatione che può addizionarsi ad un'altra molecola di pirofosfato di 3-isopentenile per dare il pirofosfato di farnesile.

La ripetizione continuata di questo processo porta al polimero isoprenico tutto in forma trans noto come balata, o guttaperca che si trova nel lattice di certe piante tropicali.

Il polimero più comune caucciù naturale si forma in maniera analoga nel lattice di un albero che contiene degli enzimi che portano a un polimero isoprenico tutto cis.

biosintesi dei poliisopreni

Vi sono comunque anche diversi terpeni ciclici che vengono biosintetizzati da precursori a catena aperta con reazioni di ciclizzazione via carbocationi.

Esempi di terpeni ciclici sono il mentolo, il carvone, la canfora e l'1-8-cineolo (o eucaliptolo).

terpeni ciclici

Usi dei terpeni

I terpeni sono largamente usati nell'industria, prevalentemente quella cosmetica e dei profumi, ma anche in quella farmaceutica, delle materie plastiche, delle vernici, nelle sintesi organiche e soprattutto come solventi in diversi settori dell'industria chimica.

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