Upload
shottenbauman
View
348
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 1/58
TEMA 13
AMINAS
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 2/58
1.- INTRODUCCIÓN
El átomo de nitrógeno está presente en muchas sustancias de interés biológico e
industrial: aminas, aminoácidos, amidas, proteínas, vitaminas, etc.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 3/58
Las aminas pueden entenderse como derivados del amoniaco
amoniaco amina primaria amina secundaria amina terciaria amonio cuaternario
Se clasifican según el número de radicales alquilo o arilo unidos al átomos de nitrógeno
Origen Familia 1º 2º 3º 4º H2O Alcoholes CH3CH2OH (CH3)2CHOH (CH3)3COH No existe
NH3 Aminas CH3CH2NH2 (CH3)2NH (CH3)3NSal de amonio
¡Ojo! No confundir con los alcoholes
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 4/58
2.- NOMENCLATURA
IUPAC: el sustituyente más largo da nombre al compuesto
Chemical Abstract: el sufijo amina se une a la cadena principal
Nombre común: los sustituyentes se nombran en orden alfabético
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 5/58
Propilamina Ciclohexilamina Dietilamina
1,3-propano
diamina
N -metil-2-
propilamina
N,N -dimetil-2-
propilamina
2-aminoetanolÁcido 2-(N -metilamino)
propanoico Pirrolidina
Piperidina Piperazina Morfolina
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 6/58
3.- ESPECTROSCOPÍA
•IR -NH una banda -NH2 dos bandas Absorbancia(cm-1) Interpretation
3500 - 3100 NH tensión
1350 - 1000 C-N tensiónbutilamina
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 7/58
•1H NMR - N es menoselectronegativo que O portanto desplaza menos la
señal.
Resonancia (ppm) Interpretación
0.5 - 5.0 -NH proton
1.5 - 3.0 CH2-NR2
•13C NMR
C-N típicamente 35 - 50 ppm
•Espectrometría de masas Un átomo de nitrógeno produce una masa molecular imparComo el N es un buen estabilizador de carga positiva, es habitual la rotura en b.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 8/58
4.- PROPIEDADES FÍSICAS
La naturaleza polar del enlace N-H provoca la formación de puentes de
hidrógeno entre las moléculas de las aminas
Implicaciones:- Altos puntos de fusión y ebullición comparados con los alcanos
- Alta solubilidad en medio acuoso
Compuesto P.eb. P.f. Compuesto P.eb. P.f.
CH3CH2CH3 -42º -188º (CH3)3N 3º -117º
CH3CH2CH2NH2 48º -83º (CH3CH2CH2)2NH 110º -40º
CH3CH2CH2OH 97º -126º (CH3CH2CH2)3N 155º -94º
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 9/58
Las aminas son piramidales y elnitrógeno posee hibridación sp 3
Se produce inversión espontánea de la configuraciónde las aminas. Consecuencia: racemización
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 10/58
En las aminas impedidas y en las sales de amonio cuaternario el átomo decarbono puede mantener su configuración y, en consecuencia, constituirseen centro estereogénico
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 11/58
5.- PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LAS AMINAS
Las aminas muestras un comportamiento moderadamente básico
Para comparar la basicidad se usael pKa del ácido conjugadocorrespondiente. No olvidar quepKa+pKb=pKw
R-NH3+ pKa~ 10, R-OH2+ pKa~ -3
Las aminas son másbásicas que losalcoholes
Compuesto NH3
pKa 11.0 10.7 10.7 9.3 5.2 4.6 1.0 0.0
Las alquilaminas son másbásicas que el amoniaco
Las aminas aromáticas sonmenos básicas que elamoniaco
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 12/58
En las aminas aromáticas se produce la deslocalización del par deelectrones del nitrógeno por resonancia con los electrones π del anillo
La presencia de grupos desactivantes en el anillo (-C≡N ; -NO2) disminuye elcarácter básico de la amina aromática porque favorecen la deslocalización delos electrones del N
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 13/58
Las aminas se comportan como ácidos muy débiles, en todo caso sonmás fuertes que sus correspondientes alcanos (pKa = 50)
El ión amiduro formado esmás estable que elcarbocatión que formarían losalcanos
Compuesto C6H5SO2NH2
pKa 33 27 19 15 10 9.6
Los mismos factores que disminuyen la basicidad de las aminas aumentan su acidez
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 14/58
Para convertir estas sustancias en sus bases conjugadas es necesariohacerlos reaccionar con bases fuertes.
C6H5SO2NH2 + KOH C6H5SO2NH( –) K(+) + H2O
(CH3)3COH + NaH (CH3)3CO( –) Na(+) + H2
(C2H5)2NH + C4H9Li (C2H5)2N( –) Li(+) + C4H10
Las sales de amonio son más ácidas que las aminas
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 15/58
6.- PREPARACIÓN DE AMINAS
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 17/58
6.1.- ALQUILACIÓN DE AMONIACO O AMINASCON HALUROS DE ALQUILO
La reacción es una sustitución nucleofílica que produce mezclas porquela amina producida es, a su vez, un nucleófilo que participa en el proceso
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 18/58
Etapa 1:
El N nucleofílico del amoniaco ataca alC del haluro de alquilo desplazando albromo y creando un nuevo enlace C-N
Etapa 2: Reacción ácido/base. La base(amoniaco en exceso) desprotona elnitrógeno positivo (amonio) creando unproducto alquilado, amina primaria.
Mecanismo alquilación amoniaco
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 19/58
Mecanismo alquilación amina
Etapa 1:
El N nucleofílico de la amina ataca alcarbono C del haluro de alquilodesplazando el bromo y creando unnuevo enlace C-N
Etapa 2: Reacción ácido-base. La base (amina enexceso) desprotona el N positivo (amonio)
creando un producto alquilado, una aminasecundaria
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 20/58
La reacción puede tener lugar intramolecularmente
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 21/58
6.2.- ALQUILACIÓN DE FTALIMIDA. SÍNTESIS DE GABRIEL
Obtención de la ftalimida
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 22/58
Mecanismo de la síntesis de Gabriel
Etapa 1: Reacción ácido-base. Desprotonation del grupo N-H porla base hidróxido. Este protón es el más ácido que el deuna simple amina debido a la estabilización porresonancia debida a los grupos C=O adyacentes. Estogenera un nucleófilo fuerte
Etapa 2: El N nucleofílico ataca el C del haluro de alquilodesplazando el bromo y creando un nuevo enlace C-N.Este producto puede ser comparado con una N-alquilamida.
Etapa 3:
La imida puede ser rota por un mecanismo análogo alde las amidas. La hidrólisis crea el ácido dicarboxílico yla amina.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 23/58
6.3.- REDUCCIÓN DE AZIDAS, NITRILOS, NITROCOMPUESTOS Y AMIDAS
El nitrógeno de las aminasestá en un estado de
oxidación muy bajo. Portanto, las aminas pueden
obtenerse por reducción deotras funciones nitrogenadas
más oxidadas.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 24/58
Tipo compuesto Estadooxidación
R3N (aminas)R4N
(+) (amonio)C=N –R (iminas)C≡N (nitrilos)
-3
R2N –NR2 (hidrazinas)C=N –NR2 (hydrazonas)
-2
RN=NR (azocompuestos.)R2NOH (hydroxilamina)R3NO (amina oxido)
-1
N2 (nitrógeno)R –N2
(+) (diazonio)0
R –N=O (nitroso) +1
R-NO2 (nitro)RO –N=O (nitrito ester)
+3
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 25/58
Los grupos azida y cianuro son precursores del grupo amino. Lareducción de ambos grupos con hidruro de aluminio y litio o conhidrógeno/Pd lo genera
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 26/58
Las azidas o los nitrilos pueden ser obtenidos a partir de haluros dealquilo mediante sustitución nucleofílica usando como reactivos N3- oCN-
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 27/58
Los nitrocompuestos son reducidos con Fe o Sn en medio ácido. Es elmétodo más usado para obtener anilinas.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 28/58
Reducción de amidas
El grupo C=O es convertido en -CH2- por LiAlH4 pero no elmenos reactivo NaBH4
Esta reacción es diferente a la que se produce en otroscompuestos con C=O en los que el grupo es reducido hasta
alcohol (por ejemplo los ésteres)
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 29/58
La naturaleza de la amina obtenida depende de los sustituyentes de la amida
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 30/58
Etapa 1:
El H nucleofílico del hidruro se adiciona al carbono electrofílicodel grupo carbonilo. Los electrones del grupo C=O sedesplazan hacia el O electronegativo creando un complejometal alcóxido
Mecanismo de la reducción de amidas
Etapa 2:
El intermedio tetraédrico colapsa y desplaza el oxígeno comoparte de un grupo metal alcóxido saliente. Esto produce un iónimonio altamente reactivo
Etapa 3:El H nucleofílico del hidruro se adiciona (reducción rápida) alC electrofílico del sistema iminio. Los electrones π electrons
de C=N se desplazan al N catiónico neutralizando la carga ycreando la amina
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 31/58
6.4.- AMINACIÓN REDUCTIVA DE ALDEHIDOS Y CETONAS (VIA IMINAS)
El amoníaco y las aminas son nucleófilos que pueden atacar a aldehídos ycetonas. Si en el medio de reacción se introduce un reductor, la imina intermedia puede reducirse, obteniéndose una nueva amina
Etapa 1.- bufferácido
Etapa 2.-hidrogenacióncatalítica
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 32/58
La etapa de hidrogenación se puede realizar con cianoborohidruro de sodio
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 33/58
6.5.- TRANSPOSICIÓN DE HOFMANN
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 34/58
Ex NitrogenReactant
CarbonReactant
1st ReactionType
Initial Product 2nd ReactionConditions
2nd ReactionType
Final Product
1. N3( –)
RCH2-X orR2CH-X
SN2RCH2-N3 or
R2CH-N3 LiAlH4 or4 H2 & Pd
HydrogenolysisRCH2-NH2 or
R2CH-NH2
2. C6H5SO2NH( –) RCH2-X or
R2CH-XSN2
RCH2-NHSO2C6H5 orR2CH-NHSO2C6H5
Na in NH3 (liq) HydrogenolysisRCH2-NH2 or
R2CH-NH2
3. CN( –) RCH2-X or
R2CH-XSN2
RCH2-CN orR2CH-CN
LiAlH4 ReductionRCH2-CH2NH2 or
R2CH-CH2NH2
4. NH3 RCH=O or
R2C=OAddition /
EliminationRCH=NH or
R2C=NH H2 & Ni
or NaBH3CNReduction
RCH2-NH2 orR2CH-NH2
5. NH3 RCOX Addition / Elimination RCO-NH2 LiAlH4 Reduction RCH2-NH2
6. NH2CONH2
(urea)R3C
(+) SN1 R3C-NHCONH2 NaOH soln. Hydrolysis R3C-NH2
PREPARACIÓN DE AMINAS PRIMARIAS (RESUMEN)
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 35/58
PREPARACIÓN DE AMINAS PRIMARIAS (EJEMPLOS)
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 36/58
PREPARACIÓN DE AMINA SECUNDARIAS Y TERCIARIAS (EJEMPLOS)
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 37/58
7.- REACCIONES DE LAS AMINASDENSIDADESELECTRÓNICAS EN LAMETILAMINA
El N de la amina es una zonade alta densidad electrónicadebido a su par de electronesno compartidos
El N de la amina es una base Lewis
Las aminas puedenreaccionar como
bases o nucleófilos
Los H del grupo aminotienen baja densidadelectrónica El grupo –NH es mal grupo
saliente. Previamente necesitareconvertirse
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 38/58
Las reacciones más importantes de las aminas (nucleófilos) se producencon electrófilos:
-Sustitución nucleofílica con los haluros de alquilo- Adición nucleofílica con aldehidos y cetonas
- Sustitución nucleofílica acílica con derivados de ácidos carboxílicos
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 41/58
7.1.- ALQUILACIÓN DE AMINAS
Etapa 1: El N nucleofílico de la amina ataca al carbonoC del haluro de alquilo desplazando el bromo y
creando un nuevo enlace C-N
Etapa 2: Reacción ácido-base. La base (amina en exceso)desprotona el N positivo (amonio) creando unproducto alquilado, una amina secundaria
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 42/58
7.2.- REACCIÓN DE AMINAS PRIMARIAS CON ALDEHIDOS Y CETONAS
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 43/58
La catálisis ácida produce la protonación de algunas moléculas de cetona,
aumentando la electrofilia del carbono carbonílico.Se produce entonces la adición nucleófila del nitrógeno amínico sobre elcarbono carbonílico, que cambia de hibridación sp2 a sp3.
El intermedio tetraédrico protonado cede un protón a la amina que aun no hareaccionado, produciendose un aminoalcohol geminal (ambas funciones sobre el
mismo carbono) de alta estabilidad.
Parte de las moléculas de aminoalcohol sufren protonación en el OH, que es otrocentro básico, dando lugar a un intermedio con un buen grupo saliente: el agua.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 44/58
El enlace C-O debilitado por la protonación se rompe heterolíticamente,produciéndose la eliminación de agua y dando lugar a una sal de
imonio intermedia. El carbono vuelve a recuperar la hibridación sp2.
La amina en exceso desprotona la sal de imonio, obteniendose así laimina final.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 45/58
El mecanismo de formación de la imina por ataque de una aminaa una cetona se denomina de adición nucleófila-eliminación.
La reacción no es termodinámicamente favorable en muchos casos, asíque hay que desplazar los equilibrios retirando el agua mediante algún
agente desecante (tamiz molecular) o de un aparato Dean-Stark.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 46/58
7.3.- PREPARACIÓN DE AMIDAS
Sustitución nucleofílica acílica
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 47/58
7.4.- ELIMINACIÓN DE HOFMANN
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 48/58
Las sales de amonio cuaternario sufreneliminación E2 cuando son calentadascon Ag2O disuelto en agua
Las aminas se convierten enioduro de amonio cuaternariocuando son tratadas conexceso de ioduro de metilo
El calentamiento del hidróxido promueveuna 1-2 eliminación dando lugar a un
alqueno y una amina
La regioselectividad es Hofmann. Elalqueno mayoritario es el menossustituido
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 49/58
Mecanismo de la eliminación de HOFMANN
La etapa inicial es unejemplo de la alquilación deuna amina con ioduro demetilo. La eliminación tienelugar cuando se calienta,entonces el hidróxido atacael protón más accesible, seforma el enlace π del
alqueno C=C y el gruposaliente, un grupo aminoneutro, se desprende
Ó Á Í
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 50/58
7.5.- SUSTITUCIÓN AROMÁTICA ELECTROFÍLICA
Para evitar la polisustitución se protegeel grupo amino convirtiéndolo en amido
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 51/58
7.6.- NITROSACIÓN DE AMINAS
Se denomina nitrosación a la reacción de las aminas con el ácido nitroso.Dependiendo del tipo de amina, la reacción da lugar a un tipo u otro deproducto
El ácido nitroso se descomponeen medio ácido, dando lugar al
catión nitrosilo, fuertementeelectrófilo.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 52/58
Dependiendo de si la amina es primaria, secundaria o terciaria, la salde N -nitrosoamonio evoluciona de manera diferente.
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 53/58
Aminas primarias y aminas aromáticas
1°-Aminas + HONO (solución ácida fría) Nitrogeno Gas Evolucion desde una solución clara
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 54/58
Las sales de diazonio aromáticas, derivadas de anilinas, sonmás estables y pueden reaccionar de forma controlada con una
gran cantidad de nucleófilos.
Se consigue así la sustitución formal del grupo NH por una gran
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 55/58
Se consigue así la sustitución formal del grupo NH2 por una granvariedad de grupos funcionales:
Nu-
Nu-
H2O HBF4
KI H3PO2
CuX (Cl, Bró CN)(X=Cl, Br ó
CN)
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 57/58
Aminas secundarias
La presencia de un sólo hidrógeno sobre la amina hace que la reacciónse detenga en la N-nitrosoamina.
2°-Aminas + HONO (solución ácida fía) Aceite insoluble (N-Nitrosoamina)
5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 58/58
Aminas terciarias
Las aminas terciarias no tienen ningún hidrógeno sobre el nitrógeno y la
sal de N -nitrosoamonio no puede evolucionar. Sin embargo, sedescomponen con facilidad. La reacción no tiene utilidad sintética.
3°-Aminas + HONO (solución ácida fría) Solución clara (formación sal amonio)