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
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
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-2propilamina
N,N-dimetil-2propilamina
2-aminoetanol
Ácido 2-(N-metilamino)
propanoico
Pirrolidina
Piperidina
Piperazina
Morfolina
3.- ESPECTROSCOPÍA
•IR
-NH una banda -NH2 dos bandas
butilamina
Absorbancia(cm-1)
Interpretation
3500 - 3100
NH tensión
1350 - 1000
C-N tensión
•1H NMR - N es menos
electronegativo que O por
tanto 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 impar
Como 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 el
nitrógeno posee hibridación sp3
Se produce inversión espontánea de la configuración
de las aminas. Consecuencia: racemización
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
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
pKa
NH3
11.0
10.7
10.7
Las alquilaminas son más
básicas que el amoniaco
9.3
5.2
4.6
1.0
Las aminas aromáticas son
menos básicas que el
amoniaco
0.0
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
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
pKa
C6H5SO2NH2
33
27
19
15
10
9.6
Para convertir estas sustancias en sus bases conjugadas es necesario
hacerlos reaccionar con bases fuertes.
C6H5SO2NH2 + KOH
(CH3)3COH + NaH
(C2H5)2NH + C4H9Li
C6H5SO2NH(–) K(+) + H2O
(CH3)3CO(–) Na(+) + H2
(C2H5)2N(–) Li(+) + C4H10
Las sales de amonio son más ácidas que las aminas
6.- PREPARACIÓN DE AMINAS
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
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.
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
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 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.
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.
Tipo compuesto
Estado
oxidación
R3N
R4N(+)
C=N–R
C≡N
(aminas)
(amonio)
(iminas)
(nitrilos)
-3
R2N–NR2
C=N–NR2
(hidrazinas)
(hydrazonas)
-2
RN=NR
R2NOH
R3NO
(azocompuestos.)
(hydroxilamina)
(amina oxido)
-1
N2
R–N2(+)
(nitrógeno)
(diazonio)
0
R–N=O
(nitroso)
+1
R-NO2
RO–N=O
(nitro)
(nitrito ester)
+3
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
Las azidas o los nitrilos pueden ser obtenidos a partir de haluros de
alquilo mediante sustitución nucleofílica usando como reactivos N3- o
CN-
Los nitrocompuestos son reducidos con Fe o Sn en medio ácido. Es el
método más usado para obtener anilinas.
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)
La naturaleza de la amina obtenida depende de los sustituyentes de la amida
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
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
La etapa de hidrogenación se puede realizar con cianoborohidruro de sodio
6.5.- TRANSPOSICIÓN DE HOFMANN
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-X or
R2CH-X
SN2
RCH2-NHSO2C6H5 or
R2CH-NHSO2C6H5
Na in NH3 (liq)
Hydrogenolysis
RCH2-NH2 or
R2CH-NH2
3.
CN(–)
RCH2-X or
R2CH-X
SN2
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
Reduction
RCH2-NH2 or
R2CH-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 (EJEMPLOS)
PREPARACIÓN DE AMINA SECUNDARIAS Y TERCIARIAS (EJEMPLOS)
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
Las aminas pueden
reaccionar como
bases o nucleófilos
El grupo –NH es mal grupo
saliente. Previamente necesita
reconvertirse
El N de la amina es una base Lewis
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
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
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 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.
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.
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.
7.3.- PREPARACIÓN DE AMIDAS
Sustitución nucleofílica acílica
7.4.- ELIMINACIÓN DE HOFMANN
Las aminas se convierten en
ioduro de amonio cuaternario
cuando son tratadas con
exceso de ioduro de metilo
El calentamiento del hidróxido promueve
una 1-2 eliminación dando lugar a un
alqueno y una amina
Las sales de amonio cuaternario sufren
eliminación E2 cuando son calentadas
con Ag2O disuelto en agua
La regioselectividad es Hofmann. El
alqueno mayoritario es el menos
sustituido
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
7.5.- SUSTITUCIÓN AROMÁTICA ELECTROFÍLICA
Para evitar la polisustitución se protege
el 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 de
producto
El ácido nitroso se descompone
en medio ácido, dando lugar al
catión nitrosilo, fuertemente
electrófilo.
Dependiendo de si la amina es primaria, secundaria o terciaria, la sal
de 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, son
más estables y pueden reaccionar de forma controlada con una
gran cantidad de nucleófilos.
Se consigue así la sustitución formal del grupo NH2 por una gran
variedad de grupos funcionales:
Nu-
Nu-
H2O
HBF4
KI
H3PO2
CuX (Cl, Br
ó CN)
(X=Cl, Br ó
CN)
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)
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)
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