Tema aminas

5/11/2018 Tema aminas - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tema-aminas 1/58

TEMA 13

AMINAS



1.- INTRODUCCIÓN

El átomo de nitrógeno está presente en muchas sustancias de interés biológico e

industrial: aminas, aminoácidos, amidas, proteínas, vitaminas, etc.



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



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



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



3.- ESPECTROSCOPÍA

•IR -NH una banda -NH2 dos bandas Absorbancia(cm-1) Interpretation

3500 - 3100 NH tensión

1350 - 1000 C-N tensiónbutilamina



•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.



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



Las aminas son piramidales y elnitrógeno posee hibridación sp 3

Se produce inversión espontánea de la configuraciónde las aminas. Consecuencia: racemización



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.- 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



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



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



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



6.- PREPARACIÓN DE AMINAS





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



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



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



La reacción puede tener lugar intramolecularmente



6.2.- ALQUILACIÓN DE FTALIMIDA. SÍNTESIS DE GABRIEL

Obtención de la ftalimida



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.



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.



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



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



Las azidas o los nitrilos pueden ser obtenidos a partir de haluros dealquilo mediante sustitución nucleofílica usando como reactivos N3- oCN-



Los nitrocompuestos son reducidos con Fe o Sn en medio ácido. Es elmétodo más usado para obtener anilinas.



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)



La naturaleza de la amina obtenida depende de los sustituyentes de la amida



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



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



La etapa de hidrogenación se puede realizar con cianoborohidruro de sodio



6.5.- TRANSPOSICIÓN DE HOFMANN



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)



PREPARACIÓN DE AMINAS PRIMARIAS (EJEMPLOS)



PREPARACIÓN DE AMINA SECUNDARIAS Y TERCIARIAS (EJEMPLOS)



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



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







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



7.2.- REACCIÓN DE AMINAS PRIMARIAS CON ALDEHIDOS Y CETONAS



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.



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.



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.



7.3.- PREPARACIÓN DE AMIDAS

Sustitución nucleofílica acílica



7.4.- ELIMINACIÓN DE HOFMANN



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



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



7.5.- SUSTITUCIÓN AROMÁTICA ELECTROFÍLICA

Para evitar la polisustitución se protegeel grupo amino convirtiéndolo en amido



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.



Dependiendo de si la amina es primaria, secundaria o terciaria, la salde N -nitrosoamonio evoluciona de manera diferente.



Aminas primarias y aminas aromáticas

1°-Aminas + HONO (solución ácida fría) Nitrogeno Gas Evolucion desde una solución clara



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



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)





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)



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)

Documents

Tema aminas