TEMA 13 AMINAS.

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1 TEMA 13 AMINAS

2 1.- INTRODUCCIÓN El átomo de nitrógeno está presente en muchas sustancias de interés biológico e industrial: aminas, aminoácidos, amidas, proteínas, vitaminas, etc.

3 Las aminas pueden entenderse como derivados del amoniaco
Se clasifican según el número de radicales alquilo o arilo unidos al átomos de nitrógeno amoniaco amina primaria amina secundaria amina terciaria amonio cuaternario ¡Ojo! No confundir con los alcoholes Origen Familia 1º 2º 3º 4º H2O Alcoholes CH3CH2OH (CH3)2CHOH (CH3)3COH No existe NH3 Aminas CH3CH2NH2 (CH3)2NH (CH3)3N                          Sal de amonio

4 IUPAC: el sustituyente más largo da nombre al compuesto
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 N-metil-2- propilamina
                                          Propilamina                                Ciclohexilamina                                     Dietilamina                                                     1,3-propano diamina                                       N-metil-2- propilamina                                         N,N-dimetil-2- propilamina 2-aminoetanol                                    Ácido 2-(N-metilamino) propanoico                   Pirrolidina Piperidina                Piperazina Morfolina

6 IR -NH una banda -NH2 dos bandas
3.- ESPECTROSCOPÍA IR -NH una banda -NH2 dos bandas Absorbancia(cm-1) Interpretation NH tensión C-N tensión butilamina

7 13C NMR C-N típicamente 35 - 50 ppm
1H NMR - N es menos electronegativo que O por tanto desplaza menos la señal. Resonancia (ppm) Interpretación   -NH proton   CH2-NR2 13C NMR C-N típicamente ppm Espectrometría de masas Un átomo de nitrógeno produce una masa molecular impar Como el N es un buen estabilizador de carga positiva, es habitual la rotura en b.                                                                             

8 - Altos puntos de fusión y ebullición comparados con los alcanos
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. CH3CH2CH3 -42º -188º (CH3)3N 3º -117º CH3CH2CH2NH2 48º -83º (CH3CH2CH2)2NH 110º -40º CH3CH2CH2OH 97º -126º (CH3CH2CH2)3N 155º -94º

9 Las aminas son piramidales y el nitrógeno posee hibridación sp3
Se produce inversión espontánea de la configuración de las aminas. Consecuencia: racemización

10 En las aminas impedidas y en las sales de amonio cuaternario el átomo de carbono puede mantener su configuración y, en consecuencia, constituirse en centro estereogénico

11 5.- PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LAS AMINAS
Las aminas muestras un comportamiento moderadamente básico Las aminas son más básicas que los alcoholes Para comparar la basicidad se usa el pKa del ácido conjugado correspondiente. No olvidar que pKa+pKb=pKw R-NH3+  pKa~ 10, R-OH2+  pKa~ -3 Compuesto                     NH3                           pKa 11.0 10.7 9.3 5.2 4.6 1.0 0.0 Las aminas aromáticas son menos básicas que el amoniaco Las alquilaminas son más básicas que el amoniaco

12 En las aminas aromáticas se produce la deslocalización del par de electrones del nitrógeno por resonancia con los electrones π del anillo La presencia de grupos desactivantes en el anillo (-C≡N ; -NO2) disminuye el carácter básico de la amina aromática porque favorecen la deslocalización de los electrones del N

13 Las aminas se comportan como ácidos muy débiles, en todo caso son más fuertes que sus correspondientes alcanos (pKa = 50) El ión amiduro formado es más estable que el carbocatión que formarían los alcanos Los mismos factores que disminuyen la basicidad de las aminas aumentan su acidez Compuesto                                                C6H5SO2NH2 pKa 33 27 19 15 10 9.6

14 Para convertir estas sustancias en sus bases conjugadas es necesario hacerlos 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

15 6.- PREPARACIÓN DE AMINAS

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17 6.1.- ALQUILACIÓN DE AMONIACO O AMINAS CON HALUROS DE ALQUILO
La reacción es una sustitución nucleofílica que produce mezclas porque la amina producida es, a su vez, un nucleófilo que participa en el proceso

18 Mecanismo alquilación amoniaco
Etapa 1: El N nucleofílico del amoniaco ataca al C del haluro de alquilo desplazando al bromo y creando un nuevo enlace C-N Etapa 2: Reacción ácido/base. La base (amoniaco en exceso) desprotona el nitrógeno positivo (amonio) creando un producto alquilado, amina primaria.

19 Mecanismo alquilación amina
Etapa 1: El N nucleofílico de la amina ataca al carbono C 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 un producto alquilado, una amina secundaria

20 La reacción puede tener lugar intramolecularmente
                                                                                                                                                      

21 6.2.- ALQUILACIÓN DE FTALIMIDA. SÍNTESIS DE GABRIEL
Obtención de la ftalimida

22 Mecanismo de la síntesis de Gabriel
Etapa 1: Reacción ácido-base. Desprotonation del grupo N-H por la base hidróxido. Este protón es el más ácido que el de una simple amina debido a la estabilización por resonancia debida a los grupos C=O adyacentes. Esto genera un nucleófilo fuerte Etapa 2: El N nucleofílico ataca el C del haluro de alquilo desplazando el bromo y creando un nuevo enlace C-N. Este producto puede ser comparado con una N-alquil amida. Etapa 3: La imida puede ser rota por un mecanismo análogo al de las amidas. La hidrólisis crea el ácido dicarboxílico y la amina.

23 6.3.- REDUCCIÓN DE AZIDAS, NITRILOS, NITROCOMPUESTOS Y AMIDAS
                                                                       El nitrógeno de las aminas está en un estado de oxidación muy bajo. Por tanto, las aminas pueden obtenerse por reducción de otras funciones nitrogenadas más oxidadas.

24 Tipo compuesto Estado oxidación -3 -2 -1 +1 +3 sed later.
R3N (aminas) R4N(+) (amonio) C=N–R (iminas) C≡N (nitrilos) -3 R2N–NR (hidrazinas) C=N–NR (hydrazonas) -2 RN=NR (azocompuestos.) R2NOH (hydroxilamina) R3NO (amina oxido) -1 N (nitrógeno) R–N2(+) (diazonio) R–N=O (nitroso) +1 R-NO (nitro) RO–N=O (nitrito ester) +3 sed later.

25 Los grupos azida y cianuro son precursores del grupo amino
Los grupos azida y cianuro son precursores del grupo amino. La reducción de ambos grupos con hidruro de aluminio y litio o con hidrógeno/Pd lo genera

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

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

28 Reducción de amidas                                                                            El grupo C=O es convertido en -CH2- por LiAlH4 pero no el menos reactivo NaBH4 Esta reacción es diferente a la que se produce en otros compuestos con C=O en los que el grupo es reducido hasta alcohol (por ejemplo los ésteres)

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

30 Mecanismo de la reducción de amidas
Etapa 1: El H nucleofílico del hidruro se adiciona al carbono electrofílico del grupo carbonilo. Los electrones del grupo C=O se desplazan hacia el O electronegativo creando un complejo metal alcóxido Etapa 2: El intermedio tetraédrico colapsa y desplaza el oxígeno como parte de un grupo metal alcóxido saliente. Esto produce un ión imonio altamente reactivo Etapa 3:  El H nucleofílico del hidruro se adiciona (reducción rápida) al C electrofílico del sistema iminio. Los electrones π electrons de C=N se desplazan al N catiónico neutralizando la carga y creando la amina

31 6.4.- AMINACIÓN REDUCTIVA DE ALDEHIDOS Y CETONAS (VIA IMINAS)
El amoníaco y las aminas son nucleófilos que pueden atacar a aldehídos y cetonas. Si en el medio de reacción se introduce un reductor, la imina intermedia puede reducirse, obteniéndose una nueva amina Etapa 1.- buffer ácido Etapa 2.- hidrogenación catalítica

32 La etapa de hidrogenación se puede realizar con cianoborohidruro de sodio

33 6.5.- TRANSPOSICIÓN DE HOFMANN

34 PREPARACIÓN DE AMINAS PRIMARIAS (RESUMEN)
Ex Nitrogen Reactant Carbon Reactant 1st Reaction Type Initial Product 2nd Reaction Conditions 2nd Reaction Type Final Product 1. N3(–) RCH2-X or R2CH-X SN2 RCH2-N3 or R2CH-N3 LiAlH4 or 4 H2 & Pd Hydrogenolysis RCH2-NH2 or R2CH-NH2 2. C6H5SO2NH(–) RCH2-NHSO2C6H5 or R2CH-NHSO2C6H5 Na in NH3 (liq) 3. CN(–) RCH2-CN or R2CH-CN LiAlH4 Reduction RCH2-CH2NH2 or R2CH-CH2NH2 4. NH3 RCH=O or R2C=O Addition / Elimination RCH=NH or R2C=NH H2 & Ni or NaBH3CN 5. RCOX RCO-NH2 RCH2-NH2 6. NH2CONH2 (urea) R3C(+) SN1 R3C-NHCONH2 NaOH soln. Hydrolysis R3C-NH2

35 PREPARACIÓN DE AMINAS PRIMARIAS (EJEMPLOS)

36 PREPARACIÓN DE AMINA SECUNDARIAS Y TERCIARIAS (EJEMPLOS)

37 7.- REACCIONES DE LAS AMINAS
DENSIDADES ELECTRÓNICAS EN LA METILAMINA El N de la amina es una zona de alta densidad electrónica debido a su par de electrones no compartidos Los H del grupo amino tienen baja densidad electrónica El grupo –NH es mal grupo saliente. Previamente necesita reconvertirse Las aminas pueden reaccionar como bases o nucleófilos El N de la amina es una base Lewis

38 Las reacciones más importantes de las aminas (nucleófilos) se producen con electrófilos:
-Sustitución nucleofílica con los haluros de alquilo - Adición nucleofílica con aldehidos y cetonas - Sustitución nucleofílica acílica con derivados de ácidos carboxílicos

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41 7.1.- ALQUILACIÓN DE AMINAS
Etapa 1: El N nucleofílico de la amina ataca al carbono C 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 un producto alquilado, una amina secundaria

42 7.2.- REACCIÓN DE AMINAS PRIMARIAS CON ALDEHIDOS Y CETONAS

43                                                                                                    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 el carbono carbonílico, que cambia de hibridación sp2 a sp3.                                                                                                                         El intermedio tetraédrico protonado cede un protón a la amina que aun no ha reaccionado, 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 otro centro básico, dando lugar a un intermedio con un buen grupo saliente: el agua.

44                                                                               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 la imina final.

45 El mecanismo de formación de la imina por ataque de una amina a una cetona se denomina de adición nucleófila-eliminación.                                                                                    La reacción no es termodinámicamente favorable en muchos casos, así que hay que desplazar los equilibrios retirando el agua mediante algún agente desecante (tamiz molecular) o de un aparato Dean-Stark.

46 7.3.- PREPARACIÓN DE AMIDAS
Sustitución nucleofílica acílica

47 7.4.- ELIMINACIÓN DE HOFMANN

48 Las sales de amonio cuaternario sufren eliminación E2 cuando son calentadas con Ag2O disuelto en agua Las aminas se convierten en ioduro de amonio cuaternario cuando son tratadas con exceso de ioduro de metilo La regioselectividad es Hofmann. El alqueno mayoritario es el menos sustituido El calentamiento del hidróxido promueve una 1-2 eliminación dando lugar a un alqueno y una amina

49 Mecanismo de la eliminación de HOFMANN
La etapa inicial es un ejemplo de la alquilación de una amina con ioduro de metilo. La eliminación tiene lugar cuando se calienta, entonces el hidróxido ataca el protón más accesible, se forma el enlace π del alqueno C=C y el grupo saliente, un grupo amino neutro, se desprende                          

50 7.5.- SUSTITUCIÓN AROMÁTICA ELECTROFÍLICA
Para evitar la polisustitución se protege el grupo amino convirtiéndolo en amido

51 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 de producto                                                       El ácido nitroso se descompone en medio ácido, dando lugar al catión nitrosilo, fuertemente electrófilo.

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

53 Aminas primarias y aminas aromáticas
1°-Aminas + HONO (solución ácida fría)          Nitrogeno Gas Evolucion desde una solución clara

54 Las sales de diazonio aromáticas, derivadas de anilinas, son más estables y pueden reaccionar de forma controlada con una gran cantidad de nucleófilos.                                               

55 Se consigue así la sustitución formal del grupo NH2 por una gran variedad de grupos funcionales:
Nu-                               H2O                                HBF4                            KI                           H3PO2 CuX (Cl, Br ó CN)                            (X=Cl, Br ó CN)                                           

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57 Aminas secundarias La presencia de un sólo hidrógeno sobre la amina hace que la reacción se detenga en la N-nitrosoamina. 2°-Aminas + HONO (solución ácida fía)          Aceite insoluble (N-Nitrosoamina)

58 Aminas terciarias Las aminas terciarias no tienen ningún hidrógeno sobre el nitrógeno y la sal de N-nitrosoamonio no puede evolucionar. Sin embargo, se descomponen con facilidad. La reacción no tiene utilidad sintética. 3°-Aminas + HONO (solución ácida fría)          Solución clara (formación sal amonio)