Classificazione Ammine e composti azotati prof.ssa Silvia Recchia • Le ammine sono derivati dell’ammoniaca in cui uno o più idrogeni è stato sostituito da un alchile o un arile. • Sono le basi più forti presenti negli organismi viventi in ammino acidi, peptidi, proteine, basi eterocicliche degli acidi nucleici, alcaloidi, etc. e sono catalizzatori di importanti reazioni biologiche. R' NH3 ammoniaca Classificazione benzildimetilammina ammina 3° • ammine aromatiche: ammine nelle quali l’azoto è legato ad uno o più gruppi arilici N-metilanilina ammina 2° aromatica CH3 NH • ammine eterocicliche: ammine nelle quali l’azoto è inserito in un anello aromatico o alifatico N N H piridina pirrolo 1o R NH R' 2o R N R '' 3o Inversione dell’azoto • Le ammine vengono suddivise in: • ammine alifatiche: ammine nelle quali l’azoto è legato solo H3C a gruppi alchilici N CH3 CH2 RNH2 N H piperidina N H pirrolidina R' R N R'' R''' ione tetraalchilammonio quaternario Inversione dell’azoto Alcaloidi ALCALOIDI Alcaloidi La barriera dell’inversione è molto bassa: le ammine non sono separabili. orbitale sp2 R OH ~6 kcal/mole OH efedrina (adrenalina) orbitale sp3 R R R N R R R O O CH3O NH2 OCH3 O N NH2 HO NHCH3 O N H O HO O N H Coniina H3C O N Muscarina N H3C O Ph HO N S Cl N H3C OH N Chinino OH O Atropina NH2 N OH H3C N N CH3 Nicotina H OCH3 H N N CH3 Caffeina Serotonina CH3 N Cl CH3 H3C CH3 N N tiamina Vit B1 N O HO Morfina CH3 O N NHCH3 NOMENCLATURA H3C mescalina O O NH Composti Azotati NH2 CH3O OCH3 2 metilenediossimetanfetamina metilenediossimetanfetamina novocaina (MDMA, “ecstasy”) (MDMA, “ecstasy”) I sali di ammonio quaternario sono separabili. OH dopamina (trasmissione nervosa) mescalina efedrina (adrenalina) O orbitale sp3 N CH3O CH3O NHCH3 NHCH3 NH2 HO OH dopamina anfetamina (trasmissione nervosa) anfetamina N R R NH2 HO NH2 NH2 NH2 novocaina NOMENCLATURA NOMENCLATURA Nomenclatura NOMENCLATURA Proprietà fisiche Ammine eterocicliche R NH2 N N H anilina indolo N N H N piridina piperidina pirimidina • Le amine sono composti moderatamente polari • legami idrogeno N–H----N sono più deboli di O–H----O (differenza in elettronegatività tra N e H (3.0 – 2.1 = 0.9) è < di quella tra O e H (3.5 – 2.1 = 1.4)) N H H sp3 trigonale piramidale PM p.eb., °C CH3CH3 CH3NH2 CH3OH 30.1 31.1 32.0 –88.6 < –6.3 NH2 N N H N H N H p.eb., °C pirrolo pirrolidina imidazolo Sono solubili in acqua. 48 < 65.0 NH < 34 N < 3 Solubilità e odore LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; L'ALCHILAZIONE DELL'AMMONIACA E DELLE AMMINE • Ammine corte (<6 C) sono solubili in acqua. • Tutte le ammine sono accettori di legame idrogeno da acqua e alcoli. • La ramificazione aumenta la solubilità. • La maggior parte delle ammine puzzano di pesce in putrefazione. H2N H2N NH2 NH2 putrescina 1,4-butandiammina cadaverina 1,5-pentandiammina nella carne in putrefazione 11 LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; L'ALCHILAZIONE DELL'AMMONIACA E DELLE AMMINE Sintesi di Ammine 1. Alchilazione diretta – ammine 1° • Le ammine reagiscono con gli alogenuri 1° con meccanismo SN2. • Problema: polialchilazione: si formano miscele di prodotti mono-, di-, and tri-alchilati e infine sali di tetralchilammonio. NH3 Nu B Nu B RX RX RNH2 NH3 + RX R2NH RX R 3N RNH3+ + X– NH3 + RNH3+X– RNH2 + RX NH3 + R2NH2+ X– RNH2 + NH4+X– R2NH2+ + X– RX R4N+X– La reazione dovrebbe fermarsi qui R2NH + NH4+X– etc. etc. • L’alchilazione non può essere controllata! • Per fare un’ammina 1° si usa un largo eccesso (10:1) di ammoniaca con un alogenuro 1° o un tosilato 1° (SN2). 13 LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; L'ALCHILAZIONE DELL'AMMONIACA E DELLE AMMINE LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE DI COMPOSTI AZOTATI Il metodo migliore di preparazione delle ammine aromatiche primarie è la riduzione dei corrispondenti nitrocomposti Le ammidi possono essere ridotte ad ammine con LiAlH4 LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE DI Sintesi di Ammine COMPOSTI AZOTATI 3b. Riduzione di nitrili • Il cianuro –C≡N è un buon nucleofilo per SN2. • La riduzione del nitrile con H2/cat o LiAlH4 fornisce il gruppo –CH2NH2 (1 C in più rispetto alla catena originaria) R X Br NaCN DMSO NaCN R C N CN H2 cat. 1) LiAlH4 2) H 2O RCH2NH2 CH2NH 2 Sintesi di AMMINE; Ammine LA PREPARAZIONE DELLE LA RIDUZIONE AMINATIVA DI ALDEIDI E CHETONI 4. Aminazione riduttiva di aldeidi o chetoni • È una interessante reazione che ha il suo equivalente biologico nella biosintesi degli ammino acidi. • Si fa reagire un’aldeide o un chetone in presenza di un agente riducente (H2/Ni, sodio cianoboroidruro Na(CN)3BH3, litio cianoboroidruro Li(CN)3BH3, sodio acetatoboroidruro Na(Ac)3BH) con: 1. ammoniaca: si ottiene un’ammina primaria 2. un’ammina primaria: si ottiene un’ammina secondaria 3. un’ammina secondaria: si ottiene un’ammina terziaria 21 LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE di Ammine AMINATIVASintesi DI ALDEIDI E CHETONI BASICITA’ 4. Aminazione riduttiva di aldeidi o chetoni 1) NH3 O 1) LiAlH4 NH 2) H3O+ H+ CH3NH 2 N CH3 1) LiAlH4 H 3C 3) (CH 3)2NH H H+ CH3 2) H3O immina O HN + H+ 2) NH2 ammina 1° immina O Il doppietto di elettroni non condivisi sull'atomo di azoto domina il comportamento chimico delle ammine. È grazie a tale doppietto che le ammine sono basi e nucleofili. ammina 2° N CH 3 H3C Na(CH3 COO)3BH H sale di imminio N CH 3 COOH 22 BASICITA’ I gruppi alchilici sono elettron-repulsori rispetto all'idrogeno e questo effetto stabilizza lo ione ammonio rendendo più basiche le ammine più sostituite; per contro, la sostituzione porta ad una meno efficace solvatazione dello ione ammonio coniugato. I due effetti tendono a compensarsi. CH 3 L’ammoniaca ha pKa = 9.26. Le alchil ammine sono di solito basi più forti dell’ammoniaca (pKa 9.8 – 11) La basicità dipende da: • Solvatazione: aumentando il numero di gruppi alchilici, la solvatazione dello ione diminuisce (e con essa la stabilizzazione dell’acido coniugato), per cui le ammine 2° e 3° hanno basicità simile alle 1°. • Ogni delocalizzazione del doppietta diminuisce la basicità. BASICITA’ delle AMMINE AROMATICHE BASICITA’ AMMINE vs AMMIDI ACIDITA’ AMMINE vs AMMIDI catione stabilizzato per risonanza LA REAZIONE DELLE AMMINE CON GLI ACIDI FORTI; I SALI DELLE AMMINE REAZIONI DELLE AMMINE ACILAZIONE DELLE AMMINE CON I DERIVATI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI Le ammine sono nucleofili all'azoto. Reagiscono con il carbonile dei derivati degli acidi (alogenuri acilici, anidridi ed esteri) in accordo col meccanismo della sostituzione nucleofila acilica. COMPOSTI DI AMMONIO QUATERNARI Stati di ossidazione dell’azoto • Mentre l’ossigeno ha 2 soli stati di ossidazione, 2 e 1, l’azoto ne ha molti, da 3 a +5. Stato OX Formule (nomi) _3 R3N (ammine) R4N(+) (ammonio) C=N–R (immine) C N (nitrili) _2 R2N–NR2 (idrazine) C=N–NR2 (idrazoni) _1 RN=NR (azo composti) R2NOH (idrossil ammina) R3NO (ammina ossido) 0 N2 (azoto) R–N2(+) (diazonio) +1 R–N=O (nitroso) +3 R-NO2 (nitro) RO–N=O (nitrito) 36 I SALI DI DIAZONIO AROMATICI Le ammine aromatiche primarie reagiscono con l'acido nitroso a 0 °C per dare ioni arildiazonio. La reazione prende il nome di DIAZOTAZIONE. Si possono dialogare solo le ammine primarie LA DIAZOCOPULAZIONE; I COLORANTI AZOICI Il diazogruppo può essere sostituito da vari nucleofili, in reazioni che sviluppano come sottoprodotto azoto gassoso. acido! carbossilico! aromatico • La conversione dei sali di diazonio in cloruri, bromuri o cianuri arilici si realizza con l'ausilio di sali rameosi e prende il nome di reazione di Sandmeyer. • • Gli ioni arildiazonio sono elettrofili deboli, perché la carica positiva è delocalizzata per risonanza; reagiscono con gli anelli aromatici fortemente attivati (in particolare con fenoli e ammine aromatiche) formando AZOCOMPOSTI. Questa reazione di sostituzione elettrofila aromatica si chiama DIAZOCOPULAZIONE. Reazione di diazocopulazione Tutti gli azo composti sono colorati e molti trovano impiego nell’industria come COLORANTI per tessuti e nella fotografia a colori. N N N N X Nu N N Nu azocomposto E>Z • A meno che l’azocomposto non sia stabilizzato, la reazione retroscinde. • La più importante applicazione è la SE aromatica di aromatici attivati da parte del sale di diazonio. Gli azocomposti che si formano sono colorati dal giallo al blu, dipendentemente dalla sostituzione e sono usati come coloranti. Z N N Z X N N + Y Il gruppo Z elettronattrattore aumenta la elettrofilicità dell’N Z N N Il gruppo Y elettrondonatore aumenta la nucleofilicità dell’anello: O-, NR2, NHR, OR Y 44