bifenili

Il gruppo fenile e i benzeni polisostituiti sono intermedi chiave di grande utilità nella chimica di sintesi e in quella dei prodotti naturali, nella chimica medica e nelle scienze dei materiali. I derivati bifenilici idrossilati si ritrovano in un grande numero di composti naturali, quali ad esempio vancomicina, bifenomicina ed ellagitannini.¹ Tuttavia, la preparazione di composti aromatici polisostituiti in generale e in particolare dei bifenili è stata un'area affascinante in sintesio organica.² I classici approcci sono basati sulla sostituzione aromatica, che introduce un sostituente sull'anello benzenico. Metodologie sintetiche basate su questa via sono state sviluppate: includono sostituzioni elettrofile³ o nucleofile⁴, reazioni di coupling⁵ catalizzate da metalli di transizione, e reazioni di metallazione-funzionalizzazione.⁶ Comunque, questi approcci hanno alcuni svantaggi dal punto di vista dell'atom economy⁷ o per quanto riguarda l'ambiente. I metodi che costruiscono il framento aromatico da precursori aciclici hanno ricevuto un crescente interesse a causa dei loro pochi step sintetici e della natura selettiva.⁸ Questi aspetti generali sono comuni nelle maggiori reazioni di benzannulazione che coinvolgono ciclizzazioni inter- ed intramolecolari, cicloaddizioni e reazioni di benzannulazione,^9-16 sintesi di acetofenoni e metil benzoati tramite reazioni di 1,3-dinitroalcani con derivati 2-ene-1,4-dionici o 2-ene-4-osso esteri,¹⁷ e tramite una strategia di annulazione [4+2] dalla reazione di Baylis-Hillman.¹⁸ Riferimenti: (1) (a) Nicolaou, K. C.; Boddy, C. N. C.; Brase, S.; Winssinger, N. Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 2096–2152. (b) Hubbard, B. K.; Walsh, C. T. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 730–765. (c) Schimana, J.; Gebhardt, K.; Holtzel, A.; Schmid, D. G.; Sussmuth, R.; Muller, J.; Pukall, R.; Fiedler, H. P. J. Antibiot. 2002, 55, 565–570. (d) Ezaki, M.; Iwami, M.;Yamashita, M.; Komori, T.; Umehara, K.; Imanaka, H. Appl. Environ. Microb. 1992, 58, 3879–3882. (e) Quideau, S.; Feldman, K. S. Chem. Rev. 1996, 96, 475–503; (f) Feldman, K. S. Phytochemistry 2005, 66, 1984–2000. (2) Astrue, D. Modern Arene Chemistry; Ed. Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2002. (3) (a) Olah, G. Friedel-Crafts and Related Reactions; Wiley Interscience: New York, 1963; Vols. I-IV. (b) Pearson, D. E.; Buehler, C. A. Synthesis 1972, 533-542. (4) (a) Smith, M. B.; March, J. Advanced Organic Chemistry, 5th ed.; Wiley-Interscience: New York, 2001; Ch. 13, p 850. (b) Buncel, E.; Dust, J. M.; Terrier, F. Chem. Rev. 1995, 95, 2261-2280. (5) Hassan, J.; Se´vignon, M.; Gozzi, C.; Schulz, E.; Lemaire, M. Chem. Rev. 2002, 102, 1359-1469. (6) Snieckus, V. Chem. Rev. 1990, 90, 879-933. (7) (a) Trost, B. M. Science 1991, 254, 1471-1477. (b) Trost, B. M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 259-281. (8) Saito, S.; Yamamoto, Y. Chem. Rev. 2000, 100, 2901-2915 and references cited therein. (9) (a) Dotz, K. H.; Tomuschat, P. Chem. Soc. Rev. 1999, 28, 187-198. (b) Wang, H.; Huang, J.; Wulff, W. D.; Rheingold, A. L. JACS 2003, 125, 8980-9891. (c) Vorogushin, A. V.; Wulff, W. D.; Hansen, H. J. JACS 2002, 124, 6512-6513. (10) (a) Danheiser, R. L.; Brisbois, R. G.; Kowalczyk, J. J.; Miller, R. F. JACS 1990, 112, 3093-3100. (b) Danheiser, R. L.; Gee, S. K. JOC 1984, 49, 1672-1674. (11) (a) Xi, Z.; Sato, K.; Gao, Y.; Lu, J.; Takahashi, T. JACS 2003, 125, 9568-9569. (b) Takahashi, T.; Ishikawa, M.; Huo, S. JACS 2002, 124, 388-389. (12) Bonaga, L. V. R.; Zhang, H. C.; Moretto, A. F.; Ye, H.; Gauthier, D. A.; Li, J.; Leo, G. C.; Maryanoff, B. E. JACS 2005, 127, 3473-3485. (13) (a) Asao, N.; Nogami, T.; Lee, S.; Yamamoto, Y. JACS 2003, 125, 10921-10925. (b) Asao, N.; Takahashi, K.; Lee, S.; Kasahara, T.; Yamamoto, Y. JACS 2002, 124, 12650-12651. (c) Asao, N.; Aikawa, H.; Yamamoto, Y. JACS 2004, 126,7458-7459. (14) (a) Langer, P.; Bose, G. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4033-4036. (b) Katritzky, A. R.; Li, J.; Xie, L. Tetrahedron 1999, 55, 8263-8293. (15) (a) Serra, S.; Fuganti, C.; Moro, A. JOC 2001, 66, 7883-7888. (b) Turnbull, P.; Moore, H. W. JOC 1995, 60, 644-679. (16) (a) Bi, X.; Dong, D.; Liu, Q.; Pan, W.; Zhao, L.; Li, B. JACS 2005, 127, 4578-4579. (b) Barun, O.; Nandi, S.; Panda, K.; Ila, H.; Junjappa, H. JOC 2002, 67, 5398-5401. (17) Ballini, R.; Barboni, L.; Fiorini, D.; Giarlo, G.; Palmieri, A. Chem. Commun. 2005, 2633-2634. (18) Lee, M. J.; Lee, K. Y.; Gowrisankar, S.; Kim, J. N. Tetrahedron Letters 2006, 47, 1355-1358.

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Sinonimi: 1,1'-bifenile, difenile (sebbene possa intendersi anche altro), bibenzene, carolide AL, lemonene, fenador-x, fenilbenzene, PhPh, tetrosina LY, xenene Usi: intermedio di sintesi, fluido scambiatore di calore, fungicida Formula molecolare: C₆H₅-C₆H₅ CAS No: 92-52-4 EC No: 202-163-5 Annex I Index No: 601-042-00-8 Aspetto: cristalli bianchi m.p.: 70 °C b.p.: 255 °C Densità di vapore: 5.3 (air = 1) Pressione di vapore: 0.005 mmHg a 20 °C Densità (gcm^-3): 1.04 Flash point: 110 °C (closed cup) Limiti infiammabilità: 0.6 - 5.8% Temperatura di autoignizione: 540 °C Solubilità in acqua: insolubile Stabile. Combustibile. Incompatibile con forti agenti ossidanti. Irritante per pelle, occhi e tratto respiratorio.

Più in là magari discuteremo sulla sintesi dei bifenili, ma ora vorrei spendere qualche parola su una classe di derivati dei bifenili.

Classe di cui il dottore saprà dire molto di più e sicuramente meglio: i PoliCloroBifenili o PCBs.

I bifenili policlorurati comunemente noti come PCBs sono composti di sintesi artificiali che non sono mai esistiti in natura prima del 1900 quando iniziarono ad esser rilasciati nell'ambiente dalle compagnie produttive e dai consumatori.

In principio prodotti dalla Monsanto (l'unica compagnia americana a produrre i PCBs) nel 1929, i PCBs furono rapidamente assorti a svolta industriale. Questi oli clorurati hanno un basso grado di reattività. Essi NON sono infiammabili, hanno un'elevata resistenza elettrica, buone proprietà isolanti e sono molto stabili anche quando esposti a calore e pressione. Insomma, essi sembravano essere il perfetto olio da usare in fluidi dielettrici, e come isolanti per trasformatori e capacitori.

I PCBs non furono solo acclamati per il loro ruolo nel prevenire incendi ed esplosioni, essi furono in realtà richiesti in seguito ai continui allarmi di incendi.

Gli usi dei PCBs rapidamente si espansero ad includere fluidi idraulici, colate di cera, carta carbone senza carbone, compressori, sistemi di trasferimenti di calore, plastificanti, pigmenti, adesivi, motori elettrici a raffreddamento liquido, resistenze per luci fluorescenti, e la lista continua.

I PCBs costituiscono un gruppo di 209 congeneri. Essi erano tipicamente prodotti come misceld di 60-90 differenti congeneri.

Nella forma concentrata, i PCBs sono sia liquidi oleosi sia solidi con un sapore o odore preciso. All'aumentare del numero di atomi di cloro in una miscela di PCBs il flash point aumenta e la sostanza diventa meno combustibile. Inoltre, i PCBs con un grande numero di atomi di cloro sono più stabili e quindi resistenti alla biodegradazione. I più maggiormente favoriti PCBs tendono ad essere quelli con un elevato numero di atomi di cloro. Questi congeneri è stato anche provato essere quelli che presentano in assoluto i maggiori rischi per l'ambiente e la salute.

I PCBs furono usati per molti e diversi fini industriali, come detto sopra.

La lista sembra essere infinita. È un miracolo che questo gruppo di composti chimici fosse così prontamente accettato.

Una delle qualità che rese i PCBs così desirabili è una delle caratteristiche che rese i PCBs così pericolosi per l'ambiente. L'elevata resistenza termica e chimica dei PCBs signfica che essi non si degradano prontamente quando esposti al calore o ad un trattamento chimico. Questo è una caratteristica davvero ricercata per i lubrificanti. Comunque, finché i PCBs non si degradano essi rimangono nell'ambiente e continuano ad aumentare man mano che vengono introdotti nell'ambiente. I vermi consumano materia organica contenente i PCBs, ed i piccoli pesci mangiano i vermi. I piccoli pesci vengono quindi mangiati da pesci più grandi, e forse un grande pesce viene mangiato da un'aquila. I vermi possono vivere solo per un piccolo periodo di tempo, ma le aquile vivono per molto tempo. Esse continuano a mangiare grosse quantità di pesci grandi che avevano mangiato grosse quantità di pesci piccoli che avevano mangiato grosse quantità di vermi contaminati. Durante una intera vita, la concentrazione di PCB nei tessuti grassi dell'aquila dovrebbe continuare ad aumentare finché essa continua ad ingerire pesce contaminato. Questa accumulazione di una sostanza chimica negli animali all'apice della catena alimentare è nota come bioaccumulazione. Se il composto chimico si scopre è tossico, le conseguenze diventano ovvie.

Chimicamente i PCBs sono dei bifenili (due anelli benzenici separati da un legame sigma carbonio-carbonio tra il C-1 di un anello e il C-1' dell'altro anello) con un numero di atomi di cloro variabile.

Gli atomi di cloro possono essere attaccati ad ognuno dei carboni liberi tramite rimozione degli atomi di idrogeno dal carbonio e sostituzione con un atomo di cloro.

La nomenclatura comune usata per identificare la posizione degli atomi di cloro sugli anelli bifenilici è come segue:

- atomi di cloro sui carboni C-2 o C-2' e/o C-6 o C-6' sono in posizione orto;

- atomi di cloro sui carboni C-3 o C-3' e/o C-5 o C-5' sono in posizione meta;

- atomi di cloro sui carboni C-4 o C-4' sono in posizione para.

Quando la posizione dell'atomo di cloro è espressa in termini della sua relazione con il legame carbonio-carbonio tra i due anelli aromatici, le designazioni orto, meta e para hanno senso.

Se ci sono solo due atomi di cloro, uno è in orto (C-2) e l'altro è nell'altra posizione orto (C-2'. Il fatto che ci siano solo due atomi di cloro, e che entrambi gli atomi di cloro siano in una posizione orto dovrebbe tendere a rendere questo congenero di PCB meno tossico del caso in cui il congenere contenga sei atomi di cloro, ma gli atomi di cloro sono mancanti in tutte le quattro posizioni orto (C-2, C-6, C-2' e C-6'. Il maggior numero di atomi di cloro accoppiato col fatto che non ci sono sostituenti in orto rendono questo congenere una specie particolarmente tossica e bioaccumulativa di PCB.

La tossicità di un PCB non dipende solo dal numero di atomi di cloro presenti sulle strutture bifeniliche, ma anche dalle posizioni degli atomi di cloro. Ad es. congeneri con atomi di cloro in entrambe le posizioni para (C-4 e C-4' ed almeno due atomi di cloro nelle posizioni meta (C-3, C-5, C-3', C-5' sono considerati essere "tipo diossina" e sono particolarmente tossici. Quando c'è solo una o nessuna sostituzione in posizione orto, gli atomi del congenero sono in grado di disporsi su un singolo piano (coplanari). La configurazione planare o "flat" è particolarmente tossica.

La biodegradabilità è relazionata alla quantità di clorurazioni di uno specifico PCB. Maggiore è il contenuto di cloro di un PCB, meno sarà biodegradabile. La mancanza di degradabilità dei PCBs causa la bioaccumulazione dei PCBs nell'ambiente.

Specifici congeneri dei PCBs sono talvolta denominati con nomi specifici. Arochlor fu il brand name per i PCBs della Monsanto, e Phenochlor e Pyralene furono i brand names per i PCBs prodotti dalla compagnia francese Prodelec. Più spesso, comunque, ad essi venivano dati numeri.

PCBs avevano ricevuto designazioni, codici a quattro cifre. Poiché i PCBs tipicamente hanno 12 carboni (6 in ogni fenile), i primi due numeri sono tipicamente 12, ad indicare il numero dei carboni nelle strutture. Gli altri due numeri nel codice indicano il peso medio percentuale di cloro. Codici per il PCB Arochlor ad es. includono 1242, 1254, 1260 and 1260.

C'è ancora molto da imparare riguardo la chimica dei PCBs industriali. La ricerca attuale si concentra sul trovare modi di rompere le molecole, di degradarle in composti non pericolosi. La biodegradazione dei PCBs utilizzando microorganismi al giorno d'oggi appare essere la nostra migliore sperenza per rimuovere i PCBs dall'ambiente.