Ammine

NHH

• •

H NHH

• •

R3D

ammoniaca NH3

Sono composti derivati dall’ammoniaca per sostituzione di 1, 2 o 3 idrogeni con gruppi organici

SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / CHIMICA IIIGIANMARIO GERARDI – Y04585

ammina primaria

È davvero notevole la collezione di molecole organiche di interesse biologico che riguardano il gruppo funzionale amminico e i suoi derivati.Tutte molecole davvero famose:

Adenina, timina, citosina e guanina (DNA)AminoacidiAdrenalinaDopaminaSerotoninaCaffeinaNicotinaProzacValiumCocainaEroinaAnfetaminaDerivati anfetaminiciLSD

Inoltre, come l’ammoniaca, le ammine rivestono spesso un importante ruolo “basico” fra le biomolecole.

Le ammine ci riguardano

Ibridazione sp3

L'atomo di azoto delle ammine porta un doppietto elettronico non condiviso; per questo motivo gli orbitali dell’azoto possono ibridare sp3, con geometria quasi tetraedrica.

Quando i gruppi legati all’azoto sono diversi, i due enantiomeri teorici si interconvertono molto rapidamente a causa dell'inversione piramidale simile a quello di un ombrello che si rovescia per il vento.

NHCH3

CH2CH3

• •

NCH3CH2

CH3

H

• •

NH

CH3

CH2CH3

• •

NCH3CH2

CH3

H

• •

nell'inversione piramidale gli enantiomeri si interconvertono e, quindi i racemi non sono risolvibili, è impossibile separarli.

Ammine chirali

Ammine

vengono classificate in base alla sostituzione degli H legati all’N come:Ammine primarie: 1 H sostituito da 1 gruppo alchilico o arilicoAmmine secondarie: 2 H sostituiti da 2 gruppi alchilici o ariliciAmmine terziarie: tutti gli H sono sostituiti

3D

Nomenclatura • Ammine alifatiche• Ammine legate ad un anello aromatico

Ammine alifatiche: gruppo alchilico + ammina

3D

In questo sistema, il nome delle ammine secondarie e terziarie è composto da un prefisso che comprende tutte le catene carboniose, ad eccezione di quella più lunga:

primarie

secondarie

terziarie

C H

C

H

NH2

H

C

H

H

H

H

C H

C

H

H

NH2

C

H

H

H

H

1-propanammina1-amminopropano

1-propilammina

2-propanammina2-amminopropano

2-propilammina

3D3D

Nomenclatura

N CH3

C CH3H3C

CH3

N-metil-N-tert-butil-amminobenzenemetil-tert-butil-fenilamminaN-metil-N-isopropil-anilina

NomenclaturaSe sono presenti altri gruppi funzionali, l'amminogruppo viene sempre considerato un sostituente:

Le ammine aromatiche sono considerate dei derivati dell'anilina.

Ammine legate ad un anello aromatico:derivati dell'anilina o del sistema aromatico.

3D

N

Piridina

N

H

Pirrolo

N

N

H

Imidazolo

N

N

Pirimidina

N

N N

N

HPurina

N

Chinolina

N

HIndolo

Ammine eterocicliche

Il doppietto elettronico dell’azoto è un centro nucleofilo. I gruppi alchilici legati all’azoto fanno aumentare la densità di carica nell’orbitale atomico, per effetto induttivo.

Le ammine hanno carattere nucleofilo

NHH

• •

H NHCH2CH3

CH2CH3

• •

NH2NH2NH2 NH2

Le ammine aromatiche hanno carattere meno nucleofilo delle ammine alifatiche: l’anello consente al doppietto di “disperdersi” sulla molecola

N

C2H5

H

H

N

C2H5

H5C2

H

N

C2H5

C2H5

H5C2

Carattere nucleofilo delle ammineCarattere nucleofilo delle ammine

NH2

Il carattere nucleofilo quindi varia

L’elettronegatività dell’azoto e il doppietto elettronico consentono alle ammine anche di stabilire ponti idrogeno

Interazioni intermolecolari I legami idrogeno N-H...N sono piu' deboli di quelli O-H...OLe ammine I, II e III possono formare legami H con l'acqua, e le ammine fino a 5-6 atomi di C sono molto solubili in acqua.

ammoniaca NH3acqua H2O

Ammina primaria + acqua

H

HO

H

H

N

H

doppietto

Proprieta' fisiche • Per questo le ammine sono generalmente liquide eccetto la metil- e

dimetil-ammina, che sono gassose.• I punti di ebollizione sono molto superiori a quelli dei corrispondenti alcani,

ma inferiori a quelli degli alcoli.

Basicità delle ammineIl carattere nucleofilo conferisce a tutte le ammine caratteristiche di basicità.Il doppietto è in grado di accettare abbastanza stabilmente un protone H+

Per le stesse ragioni dette prima:Le ammine aromatiche sono molto meno basiche delle ammine alifatiche e dell'ammoniaca. L'anilina, ad esempio, è circa un milione di volte meno basica della cicloesilammina.

Basicità delle ammine

Basicità delle ammine

Acidità delle ammine

Le ammidi sono derivati degli acidi carbossilici e delle ammine che rivedremo tra poco. Le ammidi sono acidi molto più forti delle ammine. I loro valori di pKa (circa 15) sono vicini a quelli degli alcoli:

Ammine primarie e secondarie si possono, in certe condizioni, comportare come acidi (cedendo un protone).

Le ammine primarie sono acidi estremamente deboli, molto più deboli degli alcoli

N

R2

R3 HR X N

R2

R3 R + HX

N

R2

R3 HRCOX N

R2

R3 C

O

R + HX

un' ammide

Reazioni principali delle ammine

Alchilazione: un gruppo alchilico viene sostituito a un idrogeno amminico

Riguarda tutte le ammine: dall’ammoniaca alle ammine terziarie

Riguarda le ammine dall’ammoniaca alle ammine secondarie, ma non le terziarie

Acilazione: l’ammina effettua un attacco nucleofilo al carbonio carbossilico

Le Reazioni delle AmmineFormazione dei sali di arendiazonio:

NH2

Anilina

+ HNO2 + H2SO4

Acido nitroso

N N+

HSO4 - + 2H2O

Bisolfato di benzendiazonio

Le Reazioni dei Sali di Arendiazonio

Sostituzione

N N+

+ Nu

_ Nu

+ N2

Sali delle ammine

Molti sali di ammine, di origine naturale o sintetica, rivestono notevole importanza biologica. Due esempi sono la squalammina, uno steroide con attività antimicrobica recentemente isolato dallo squalo bianco, e il cloridrato di (+)-metanfetammina, uno stimolante che è molto tossico e che produce assuefazione.

Sali delle ammine e ammine di importanza biologica

nicotina serotonina

anfetamina

adrenalina

eroinadopamina

prozac

valium

cocaina

OH

HO

CHOH

CH2

NH2

OH

HO

CHOH

CH2

NH

CH3

CH2

CH2

NH2

CH2

C HH2N

CH3

C

NH2

HH

C HH

OH C

C

HH

C HH

NH2

HH

C HH

C HH

NH2

C

C

HH

C HH

NH2

HH

C HH

NH2 N

H

H

HH

HH H

HH

2-feniletanammina1-fenil-2-propanammina

(anfetammina) nor-adrenalina adrenalina

2-amminoetanolo(etanolammina)

1,4-butandiammina(putrescina) 1,5-pentandiammina

(cadaverina)

pirrolidina

3D

AmmidiLe ammidi, fra i derivati degli acidi carbossilici, sono quelle meno reattive e sono largamente diffuse in natura. Le ammidi più importanti sono le proteine.

Possono provenire anche da Sali d’ammonio.

3D

3D

Le ammidi hanno geometria piana e, sebbene il legame carbonio-azoto venga comunemente scritto come legame semplice, la rotazione risulta parzialmente impedita.

La risonanza fa si che il legame carbonio-azoto si comporti come legame doppio. Quindi l'azoto, il carbonio carbonilico e gli atomi ad essi legati giacciono sullo stesso piano. Nelle ammidi il legame C-N misura solo 1,32A ed è molto più corto del comune legame semplice carbonio-azoto (che è di circa 1,47A).

Ammidi: impedimento rotazionale

Come si può dedurre dalla forma di risonanza dipolare, le ammidi sono composti altamente polari e danno interazioni di tipo ponte H.

La geometria delle ammidi e la possibilità di instaurare ponti H sono alla base delle strutture secondarie e terziarie di tutte le proteine e

quindi delle loro funzioni specifiche.

Ammidi: ponti idrogeno

Il legame peptidico delle proteine

Le proteine sono catene di aminoacidi uniti tra loro. Il gruppo carbossilico COOH di un AA ed il gruppo aminico NH2 di un altro AA reagiscono

formando l’ammide, con un legame denominato peptidico).

Formazione dell’ammide (legame peptidico)

AA1 AA2

Si libera una molecola d’H2O

Biochimica del legame Hè una delle interazioni fondamentali dell’organizzazione molecolare dei sistemi viventi. può interessare gruppi OH ma anche gruppi N-H che interagisconocon gruppi C=O o con gruppi C-N.

Ponti H nella struttura proteica ad elica

i ponti H si stabiliscono lungo la catena di aminoacidi tra il gruppo C=O interessato al legame peptidico con l’aminoacido successivo ed il gruppo N-H di un legame peptidico che si trova 4 aminoacidi più avanti.

i ponti H si stabiliscono tra porzioni di catene di aminoacidi parallele, appartenenti alla stessa catena ripiegata o a catene diverse tra gruppi C=O di una catena e gruppi N-H della catena parallela.

Ponti H nella struttura proteica foglietto

Le 4 basi del DNA