Organic Chemistry Fifth Edition -...
100
AMINAS
Transcript of Organic Chemistry Fifth Edition -...
AMINAS
Ejemplos de aminas con actividad
biológica
H2NCH2CH2CH2CH2NH2 putrescine H2NCH2CH2CH2CH2CH2NH2 cadaverine
H2NCH2CH2CH2CH2NCH2CH2CH2CH2NH2
spermidineH
H2N(CH2)N(CH2)4N(CH2)3NH2
spermineH H
NHCH3
OHH
HO
HO
epinephrine
(adrenaline)
NH2
OHH
HO
HO
norepinephrine
(noradrenaline)
NH2HO
HO
dopamine
putresicina cadaverina
Epinefrina
(adrenalina)
Dopamina Norepinefrina
(noradrenalina)
espermidina espermina
NH2
CH3H
amphetamine
(benzadrine)
N
CH2CH2NH2
HO
H
NHCH3
CH3H
methamphetamine
(speed)
serotonin
mescaline
NH2CH3O
CH3O
OCH3
N
CO2H
nicotinic acid
(niacin)
NN
CH2CH2NH2
H
histamine
Ejemplos de aminas con actividad
biológica
Serotonina
(neuroquímico)
Histamina
Mescalina
Ácido nicotínico
(Niacina)
Amfetamina
(estimulante SNC)
Metamfetamina
(psicoestimulante)
H2N C OCH2CH3
O
benzocaine
(a topical anesthetic)
Cl
N
N
H
O
O
diazepam (Valium)
N
N
O
N
N
CH3
CH2CH2CH3
H
SO
ON
NCH3
CH3CH2O
Sildenafil (Viagra)
Ejemplos de aminas con actividad
biológica
Diazepam (Valium)
Benzocaína
(un anestésico local)
Sildenafil (Viagra)
R'O
O
RO
NCH3
codeine (R = CH3, R' = H)
morphine (R and R' = H)
heroin (R and R' = COCH3)
mepiridine
(Demerol)
N
N
N
N
O
O
CH3
H3C
CH3
caffeine
N
N
CH3
H
nicotine
NH3C
C
O
HO
C
O
H
OCH3
cocaine
NCH3C
O
CH3CH2O
Methadone
C6H5 NCH3C
O
CH3CH2
CH3
CH3
Ejemplos de aminas con actividad
biológica
Narcóticos
Codeína (R=CH3, R’=H)
Morfina (R=R’=H)
Heroína (R=R’=CO2H)
Cafeína
(Alcaloide estimulante)
Cocaína
Nicotina Mepiridina
(Demerol) Metadona
N
HO
HN
H
H
quinine
N
O
N
O
H
H
strychnine
N
N
H
C
O
(CH3CH2)2NCH3
lysergic acid diethylamide (LSD)
N
H
CH2CH2CH3
H
coniin (the poison from
hemlock used to kill Socrates)
Ejemplos de aminas con actvidad
biológica
Dietilamida del ácido lisérgico
(LSD)
Quinina
Estricnina
Coniina
(cicuta, veneno usado para asesinar a Sócrates)
Clasificación
de las Aminas
Clasificación de las Aminas
Alquilamina
N unido a un grupo alquilo
Arilamina
N unido a un grupo arilo
Primaria, secundaria, o terciaria
Esta determinada por el número de átomos
de carbono directamente unidos al nitrógeno
Amoniaco
Sustitución
Sustitución
Sustitución
3 átomos H
2 átomos H
1 átomo H Amina primaria (1ª.)
Amina secundaria
(2ª.)
Amina terciaria (3ª.)
Amina secundaria
(2ª.)
Amoniaco Amima primaria Amima secundaria Amima terciaria
Nomenclatura de Aminas
Nomenclatura de las Alquilaminas Primarias (RNH2)
Tres tipos: Común, IUPAC y CA
1) Se nombran los grupos alquilo
y se unen a la palabra –amina como
un sufij
2) Se considera el grupo amino como
un sustituyente
3) Se reemplaza la terminación –o del
alcano padre por la terminación -amina
Ejemplos: algunas alquilaminas primarias
CH3CHCH2CH2CH3
NH2
(RNH2: un carbono unido directamente al N)
CH3CH2NH2
NH2
etilamina o
etanamina
aminoetano
ciclohexilamina o
ciclohexanamina
1-aminociclohexano
Sec-pentilamina o
2-pentanamina
2-aminopentano
Nombre IUPAC
Nombre CA
Nombre común
Una amina 1ª. Una amina 1ª.
1-aminobutano 2-amino-2-metilpropano
Butanamina 2-metil-2-propanamina
n-butilamina ter-butilamina
Amina 2ª. Amina 3ª.
1-(metilamino)propano 1-(Dimetilamino)etano
N-metilpropanamina N,N-dimetiletanamina
Metilpropilamina Etildimetilamina
Se nombran como derivados de la anilina
p-fluoroanilina 5-bromo-2-etilanilina
NH2 F
NH2
Br CH2CH3
Nomenclatura de las Arilaminas
Primarias (ArNH2)
Los grupos Amino como sustituyentes
Los grupos amino se subordinan y por lo tanto encuentran por debajo de los grupos OH y los estados de oxidación más altos del carbono
En tales casos se nombra el grupo amino como sustituyente
p-aminobenzaldehído
NH2 HC
O
HOCH2CH2NH2
2-aminoetanol
3-Aminobutanoic acid4-Amino-4-chloro-2-pentanone
Ácido 3-aminobutanoíco 4-Amino-4-cloro-2-pentanona
Aminas Secundarias y Terciarias
Se nombran como derivados N-sustituídos de una amina
primaria que se toma como compuesto padre.
(N es un localizador o posicionador no es alfabetizado
y se trata de la misma manera que un localizador numérico)
La amina padre es aquella que tenga la cadena más larga
de átomos de carbono
Ejemplos
CH3NHCH2CH3 N-metiletilamina
NHCH2CH3
NO2
Cl
4-cloro-N-etil-3-nitroanilina
CH3
N
CH3
N,N-dimetilcicloheptilamina
Sales de amonio
Un nitrógeno con cuatro sustituyentes tendrá una
carga positiva y se nombra como un derivado de
un ion amonio (NH4+)
CH3NH3
+ Cl
–
Cloruro de
metilamonio
N
CH3
H
CH2CH3
+ CF3CO2
–
Trifluoroacetato de
N-etil-N-metilciclopentilamonio
Cuando los cuatro átomos unidos al N son carbonos,
el ion se llama un ion amonio cuaternario y las sales
que lo contienen se llaman sales de amonio cuaternarias
+
CH2 N
CH3
CH3
CH3 I –
Yoduro de benciltrimetilamonio
Sales de amonio
Estructura y enlace
147 pm
106° 112°
Alquilaminas
Mapa de potencial electrostático
de la trimetilamina
Trimetilamina Amoniaco
La característica más importante es el alto
potencial electrostático en el nitrógeno. La
reactividad del par de electrones libre es lo que
determina las propiedades de las aminas
Alquilaminas
Geometría en el N de la metilamina y la
formamida.
sp3 sp2
Geometría plana en el N con hibridación sp2 en la
formamida.
C
O NH2
H
C NH2
H
H
H
Geometría piramidal en el N con hibridación sp3 en la metilamina.
Geometría en el N
sp3 sp2
Geometría en el N de la metilamina y la
formamida.
Geometría en el N
Geometría plana en el N con hibridación sp2 en la formamida.
Geometría piramidal en el N con hibridación sp3 en la metilamina.
El ángulo del enlace C—N se bisecta con el
ángulo H—N—H, lo cual permite medir la geometría
en el N.
sp3 sp2
Nota: este no es el mismo que el ángulo de enlace H—N—H
~125° 180°
Geometría en el N
El ángulo del enlace C—N que se bisecta con el
ángulo H—N—H es una medida de la geometría en el N.
sp3 sp2
~125° 180°
142.5°
Geometría en el N
La geometría en el N en la anilina es piramidal;
más cercano a la metilamina que a la formamida.
142.5°
Geometría en el N
La hibridación del N en la anilina se encuentra entre sp3 y sp2.
El par de electrones libre del N puede ser deslocalizado en el
anillo de mejor manera si el N es sp2 y que el par de electrones
se encuentre en un orbital p.
El par de electrones libre está unido con mayor fuerza por el
nitrógeno N si este par se encuentra en un orbital sp3 más que
en un orbital p.
La hibridación real es un compromiso que maximiza el enlace
del par de electrones
142.5°
Geometría en el N
Mapas de potencial electrostático de la Anilina
Geometría no plana en el N.
La región de potencial más
negativo está en el N.
Geometría plana en el N.
La región de potencial más
negativo está compartida
por el N y el anillo.
Propiedades físicas
Propiedades físicas
CH3CH2CH3 CH3CH2NH2 CH3CH2OH
Momento
dipolo ():
Punto de
ebullición:
0 D 1.2 D 1.7 D
-42°C 17°C 78°C
ALCANOS:
las aminas son más polares y tienen puntos de ebullición más altos
ALCOHOLES:
Las aminas son menos polares y tienen puntos de ebulllición más bajos
CH3CH2NHCH3 CH3CH2CH2NH2 (CH3)3N
50°C 34°C 3°C Punto de
ebullición:
Propiedades físicas
Puente de
Hidrogeno
En aminas 3as. no hay puentes de
Hidrogeno:
Compuesto CH3CH3 CH3OH CH3NH2 CH3CH2CH3 CH3CH2OH CH3CH2NH2
Peso
molecular 30 32 31 44 46 45
Punto de
ebullición ºC
-88.6º 65º -6.0º -42º 78.5º 16.6º
alcano alcohol amina alcano alcohol amina
Compuesto CH3(CH2)2CH3 CH3(CH2)2OH CH3(CH2)2NH2 CH3CH2NHCH3 (CH3)3CH (CH3)2CHOH (CH3)2CHNH2 (CH3)3N
Peso
molecular 58 60 59 59 58 60 59 59
Punto de
ebullición
ºC
-0.5º 97º 48º 37º -12º 82º 34º 3 º
alcano alcohol amina 1a amina 2a Compuestos ramificados
alcano alcohol
2o
amina
1a
amina
3a
Basicidad de las aminas
Efecto de la estructura en la Basicidad
Las alquilaminas son ligeramente más
fuertes que el amoniaco
Amina Ácido Conj. pKa
NH3 NH4+ 9.3
CH3CH2NH2 CH3CH2NH3+ 10.8
CH3CH2NH3+ es un ácido más débil que el
NH4+; en consecuencia, CH3CH2NH2 es una
base más fuerte que NH3.
Basicidad de las aminas en solución acuosa
Amina Ácido Conj. pKa
NH3 NH4+ 9.3
CH3CH2NH2 CH3CH2NH3+ 10.8
(CH3CH2)2NH (CH3CH2)2NH2+ 11.1
(CH3CH2)3N (CH3CH2)3NH+ 10.8
Observe que la diferencia que separa a una amina primaria
de una secundaria de una terciaria es únicamente de 0.3
unidades de pKa
Basicidad de las aminas en solución acuosa
Las alquilaminas son bases ligeramente más
fuertes que el amoniaco.
Las alquilaminas difieren muy poco en su
basicidad.
Las arilaminas son bases mucho más débiles
que el amoniaco
Efecto de la estructura en la Basicidad
Basicidad de las aminas en solución acuosa
Amina Ácido Conj. pKa
NH3 NH4+ 9.3
CH3CH2NH2 CH3CH2NH3+ 10.8
(CH3CH2)2NH (CH3CH2)2NH2+ 11.1
(CH3CH2)3N (CH3CH2)3NH+ 10.8
C6H5NH2 C6H5NH3+ 4.6
H2N ••
Menor basicidad en las arilaminas
+ H
N
H
H
+
NH2 +
•• + H3N
pKa = 4.6
pKa =10.6
Ácido
más fuerte
Ácido
más débil
Base
más fuerte
Base
más débil
H2N ••
+ H
N
H
H
+
NH2 +
•• + H3N
Ácido
más fuerte
Ácido
más débil
Cuando el ion anilinio pierde
un protón, el par de
electrones que se forma está
deslocalizado en el anillo
Menor basicidad en las arilaminas
H2N ••
+ H
N
H
H
+
NH2 +
•• + H3N
La anilina es una base más
débil debido a que retiene con
mayor fuerza a su par de
electrones libre
Base
más fuerte
Base
más débil
Menor basicidad en las arilaminas
Un incremento en la deslocalización hace que la
difenilamina sea una base más débil que la anilina, y la
trifenilamina será una base más débil que la difenilamina
C6H5NH2 (C6H5)2NH (C6H5)3N
pKa del ácido conjugado:
4.6 0.8 ~-5
Menor basicidad en las arilaminas
Efecto de los sustituyentes sobre
la basicidad de las Arilaminas
Los grupos alquilo en el anillo incrementan la basicidad
(es ligero el incremento, en menos de 1 unidad de pK).
X NH2
X pKa del ácido conjugado
H 4.6
CH3 5.3
Los grupos electroatractores, en especial cuando están
en posiciones orto y/o para al grupo amino, se ve disminuída
su basicidad y el efecto puede ser grande
X NH2
X pKa del ácido conjugado
H 4.6
CF3 3.5
O2N 1.0
Efecto de los sustituyentes sobre
la basicidad de las Arilaminas
p-Nitroanilina
El par de electrones libre del nitrógeno de la amina está
conjugado con el grupo nitro en posición para
– de hecho más deslocalizado que en la propia anilina.
La deslocalización se pierde al protonarse la amina
NH2
O
N
O
– •• • •
• •
••
+
• •
••
O
N
O
– •• • •
• •
•• • •
• •
–
NH2
+
+
SE REDUCE LA BASICIDAD DE LA para-NITROANILINA DEBIDO A LA
DESLOCALIZACIÓN DEL PAR DE ELECTRONES
El efecto es acumulativo
La anilina es 3800 veces más básica que la
p-nitroanilina.
La anilina es ~1,000,000,000 de veces más
básica que la 2,4-dinitroanilina.
Aminas Heterocíclicas
N
H
••
N ••
es más básica que
piperidina piridina
pKa del ácido conjugado:
11.2
pKa del ácido conjugado:
5.2
(una alquilamina) (se asemeja a una
arilamina en
basicidad)
N ••
es más básica que
imidazol piridina
pKa del ácido conjugado:
7.0
pKa del ácido conjugado:
5.2
N H N • •
• •
Aminas Heterocíclicas
Imidazol
¿Cual es el nitrógeno que se protona en el imidazol?
N H N • •
• •
H+ H+
N H N • • H
+
N H N •
•
H
+
Imidazol
La protonación en la dirección que se indica da lugar a un ion estabilizado
N H N • •
• •
H+
N H N H
+ • •
N H N H • •
+
PIRIDINA N,N-DIMETILANILINA DMAP
ÁCIDO CONJUGADO
ESTABILIZADO
POR RESONANCIA
Nombre de la
Base Piridina
Trietil
amina Base de Hünig DBU
Formula (C2H5)3N
pKa 5.3 10.7 11.4 12
Base de
Barton
t-butóxido de
potasio HMDS de sodio LDA
14 19 26 35.7
Nombre de la
Base
Formula
pKa
BASES IMPORTANTES QUE SE USAN COMO REACTIVOS
Basicidad de las Aminas
Dependiendo de la basicidad de una amina, es possible determiner en
cual forma existe una amina en los fluidos del cuerpo, e.g. sangre
En una persona normal, saludable, el pH de la sangre es 7.40
(ligeramente básico)
Una amina alifática disuelta en sangre, ¿en que forma se encontrará?
HO
HO
NH2
Dopamine
HO
HO
NH3+
Conjugate acid of dopamine(the major form present
in blood plasma)
Dopamina Ácido conjugado de la dopamina
Clorhidrato de la efedrina
Efedrina.HCl
Sudafed
Clorhidrato de la difenhidramina
Difenhidramina.HCl
Benadril
Sales de Tetraalquilamonio
(sales cuaternarias de amonio)
como catalizadores de
Transferencia de fase
Catalisis por Transferencia de Fase
Los agentes de transferencia de fase:
1) Tranferencia de masa entre dos fases no miscibles
2) Incrementan la rapidez de las reacciones que
involucren aniones (bases de Lewis, Nucleófilos)
3) El anion esta relativamente no solvatado y es muy
reactivo
Las sales de amonio cuaternarias son catalizadores
de transferencia de fase. Ellas son solubles en
disolventes no polares
N H3C
CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
+ Cl–
Cloruro de metiltrioctilamonio
Catalisis por Transferencia de Fase
Las sales de amonio cuaternarias se utilizan como
catalizadores de transferencia de fase. Ellas son
solubles en disolventes no polares.
Cloruro de benciltrietilamonio
Catalisis por Transferencia de Fase
Cl– CH2CH3
N
CH2CH3
CH2CH3
+ CH2
Ejemplo
La reacción SN2 del cianuro de sodio con bromuro
de butilo se lleva a cabo con una rapidez más alta
cuando está presente el cloruro de benciltrietil-
amonio, que cuando no está presente
CH3CH2CH2CH2Br + NaCN
CH3CH2CH2CH2CN + NaBr
Cloruro de benciltrietilamonio
(acuoso)
CN– +
(acuoso)
(acuoso)
(acuoso)
Cl– CH2CH3
N
CH2CH3
CH2CH3
+ CH2
N
CH2CH3
CH2CH3
+ CH2
CN- CH2CH3 + Cl–
Mecanismo
N
CH2CH3
CH2CH3
+ CH2
CN- CH2CH3
(CH2Cl2)
(acuoso)
N
CH2CH3
CH2CH3
+ CH2
CN- CH2CH3
Mecanismo
+
(CH2Cl2)
CH3CH2CH2CH2Br
N
CH2CH3
CH2CH3
+ CH2
CN- CH2CH3
(CH2Cl2)
N
CH2CH3
CH2CH3
+ CH2
Br- CH2CH3 + CH3CH2CH2CH2CN
Mecanismo
SÍNTESIS DE AMINAS
Síntesis de Aminas
Hay dos preguntas que se tienen que responder:
1) ¿Como se puede formar el enlace C—N?.
2) ¿Como se obtiene el estado de oxidación
correcto en el nitrógeno (y en el carbono)?
Métodos para formar el enlace C—N
Sustitución nucleofílica por el ion azida (N3–) sobre
halogenuros de alquilo
Nitración de arenos o de alcanos
A partir de epóxidos. Reacción de apertura Nucleofílica
por amoniaco
Adición Nucleofílica de amoniaco o de aminas a
aldehídos y/o cetonas
Sustitución nucleofílica por el amoniaco sobre
-haloácidos
Sustitución Nucleofílica sobre el grupo acilo (SNAc)
Preparación de aminas por alquilación de amoniaco
Alquilación de amoniaco
La reacción que se desea hacer es:
2 NH3 + R—X R—NH2 + NH4X
A través de:
H3N • • ••
• • R X
•• H3N R
+ •• • • X
•• • •
– + +
Y al último:
H3N • • +
H N
H
H
R +
H3N H +
+ N
H
H
R • •
Pero en la práctica el método no funciona bien.
Es usual obtener mezclas de aminas primarias,
secundarias y terciarias, además de la sal
de amonio cuaternaria
NH3
RX RNH2
RX R2NH
RX
R3N RX
R4N +
X –
Alquilación de amoniaco
Conforme la octilamina se forma, ésta compite con el amoniaco por el 1-bromooctano que no ha reaccionado. La reacción de la octilamina con el 1-bromooctano da la N,N-dioctilamina.
CH3(CH2)6CH2Br NH3
CH3(CH2)6CH2NH2
(45%)
+
CH3(CH2)6CH2NHCH2(CH2)6CH3
(43%)
Ejemplo
1-bromooctano n-octilamina
(45%)
dioctilamina
(43%)
trazas trazas
Relación molar 1:40
85 - 87 %
62 – 67 %
La síntesis de Gabriel
de alquilaminas primarias
Siegmund Gabriel
(7 de noviembre de 1851 –
22 marzo de 1924) fue un
químico alemán
Síntesis de Gabriel
Se obtienen aminas primarias sin la formación
de aminas secundarias, etc. como subproductos
(no hay polialquilación)
Se lleva a cabo una reacción SN2 sobre un
halogenuro de alquilo para formar el enlace C—N
O
O
N • • •
•
– K
+
Síntesis de Gabriel
El átomo de Nitrógeno lo aporta el
N-ftalimiduro de potasio (Ftalimida de potasio)
N-Ftalimiduro de potasio
El pKa de la ftalimida es 8.3
La N-ftalimida de potasio se prepara con facilidad
por la reacción de la Ftalimida con KOH
O
O
N • • •
•
– K
+
O
O
NH • •
KOH
N-Ftalimiduro de potasio como nucleófilo
O
O
N • • •
•
– •• • • R X
•• +
O
O
N R • •
+ ••
• • X
•• • •
–
SN2
Ruptura de la ftalimida alquilada
la hidrólisis de la imida es una reacción SNAc
O
O
N R • • + H2O
H2N R +
CO2H
CO2H
ácido o base
La hidrazinolisis es un método alterno para liberar a la amina a partir del derivado de la ftalimida
O
O
N R • •
H2N R +
O
O
NH
NH
H2NNH2
Ruptura de la ftalimida alquilada
O
O
N • • •
•
– K
+ + C6H5CH2Cl
DMF
O
O
N CH2C6H5 • • (74%)
Ejemplo
+ C6H5CH2NH2
H2NNH2
(97%)
O
O
NH
NH
Ejemplo
ALQUILACIÓN
FORMACIÓN DEL NUCLEOFILO
RUPTURA
Hidrólisis ó hidrazinolisis
hidrólisis
Organic Reactions in Ionic liquids: N-Alkylation of Phthalimide and Several
Nitrogen Heterocycles
Z.-G. Le, Z.-C. Chen, Y. Hu, Q.-G. Zheng, Synthesis, 2004, 208-212.
Abstract
A convenient, efficient, and selective N-Alkylation of N-acidic heterocyclic compounds with alkyl
halides is accomplished in ionic liquids in the presence of potassium hydroxide as a base. In this
manner, phthalimide, indole, benzimidazole, and succinimide can be successfully alkylated.
A convenient Two-Step Procedure for the Synthesis of Substituted Allylic
Amines from Allylic Alcohols
S. E. Sen, S. L. Roach, Synthesis, 1995, 756-758.
Abstract
The synthesis of isomerically pure allylic amines, including farnesyl amine, is
achieved in excellent yields using a modified Gabriel synthesis.
Preparación de
aminas por reducción
Preparación de aminas por reducción
Azidas R-N3
Nitrilos R-CΞN
Derivados del benceno nitro-sustituídos
Ar-NO2
Amidas R-C(O)-NH2
Prácticamente cualquier compuesto que contenga
nitrógeno, puede ser reducido a una amina, los
cuales incluyen a:
Preparación de aminas por reducción
Azidas R-N3
Nitrilos R-CΞN
Derivados del benceno nitro-sustituídos
Ar-NO2
Amidas R-C(O)-NH2
Prácticamente cualquier compuesto que contenga
nitrógeno, puede ser reducido a una amina, y los
cuales incluyen a:
Sintesis de Aminas a través de Azidas
Se lleva a cabo una reacción SN2, seguida
de una reducción, para formar una amina primaria
CH2CH2Br
CH2CH2N3
NaN3
(74%)
CH2CH2NH2
(89%)
1. LiAlH4
2. H2O
Las azidas también pueden ser reducidas por medio de una hidrogenación catalítica
