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 inammino acidi, peptidi, proteine, basi eterocicliche degli acidi nucleici, alcaloidi, etc. e sono catalizzatori di importanti reazioni biologiche.

NH3 R N H R'R'

R N

R'''

R''

ammoniacaione

tetraalchilammonioquaternario

Classificazione

1o 2o

R N R'

R ''3o

RNH2

Classificazione• Le ammine vengono suddivise in:

• ammine alifatiche: ammine nelle quali l’azoto è legato soloa gruppi alchilici

• ammine aromatiche: ammine nelle quali l’azoto è legato ad uno o più gruppi arilici

• ammine eterocicliche: ammine nelle quali l’azoto è inseritoin un anello aromatico o alifatico

N-metilanilinaammina 2° aromatica

NHCH3

benzildimetilamminaammina 3°CH2

NH3C

CH3

piridina pirrolo pirrolidinapiperidina

NNH N

HNH

Inversione dell’azoto

Inversione dell’azoto

La barriera dell’inversione è molto bassa: le ammine non sono separabili.

~6 kcal/mole

orbitale sp3

orbitale sp3

orbitale sp2

I sali di ammonio quaternario sono separabili.

N

RR R N

RR R

NR

RR anfetamina

NH2

dopamina (trasmissione nervosa)

NH2

OHHO

mescalina

NH2

OCH3

CH3O

CH3O

efedrina (adrenalina)

NHCH3

OH

metilenediossimetanfetamina(MDMA, “ecstasy”)

NHCH3O

O

Alcaloidi

novocainaNH2

O ON

anfetamina

NH2

dopamina (trasmissione nervosa)

NH2

OHHO

mescalina

NH2

OCH3

CH3O

CH3O

efedrina (adrenalina)

NHCH3

OH

metilenediossimetanfetamina(MDMA, “ecstasy”)

NHCH3O

O

Alcaloidi

novocainaNH2

O ON

ALCALOIDI

Composti Azotati

Coniina

NH

Serotonina

NH

HO NH2

Caffeina

N

N N

NCH3

OCH3

H3CO

Muscarina

OH3C

HO H3CNCH3CH3

Cl

Nicotina

N

NCH3

Atropina

NH3C O

O Ph

OH

Chinino

N

OCH3

OH

N

H

H

tiaminaVit B1

N

N H3C

NS

H3C

NH2

OH

Cl

Morfina

O

HO

CH3N

HO

NOMENCLATURA

NOMENCLATURA NOMENCLATURA

Ammine eterocicliche

anilina

NH2

indolo

NH

piridina

N

piperidina

NH

pirimidina

N

N

pirrolo

NH

pirrolidina

NH

imidazolo

NH

N

NomenclaturaNOMENCLATURA

RN

HH

sp3

trigonale piramidale

NH2 NH N

• 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))

Proprietà fisiche

CH3CH3 CH3NH2 CH3OH

PM 30.1 31.1 32.0

p.eb., °C –88.6 –6.3 65.0< <

p.eb., °C 48 34 3< <

Sono solubili in acqua.

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Solubilità e odore• 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.

putrescina1,4-butandiammina

cadaverina1,5-pentandiammina

nella carne in putrefazione

H2NNH2

H2N NH2

LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; L'ALCHILAZIONE DELL'AMMONIACA E DELLE AMMINE

LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; L'ALCHILAZIONE DELL'AMMONIACA E DELLE AMMINE

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• 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 + RNH3+X– ' RNH2 + NH4

+X–La reazione dovrebbe fermarsi qui

NH3 + RX ĺ RNH3+ + X–

RNH2 + RX ĺ R2NH2+ + X–

NH3 + R2NH2+ X– ' R2NH + NH4

+X– etc. etc.

Sintesi di Ammine1. Alchilazione diretta – ammine 1°

NH3 RNH2 R2NH R3N R4N+X–RX RX RX RX

Nu

B

Nu

B• 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).

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

• 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)

Br NaCN CN LiAlH41)

H2O2)

CH2NH2

R CŁN RCH2NH2

H2cat.R X

NaCNDMSO

3b. Riduzione di nitrili

Sintesi di Ammine LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE DI COMPOSTI AZOTATI

LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE AMINATIVA DI ALDEIDI E CHETONI

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• 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 primaria2. un’ammina primaria: si ottiene un’ammina secondaria3. un’ammina secondaria: si ottiene un’ammina terziaria

Sintesi di Ammine4. Aminazione riduttiva di aldeidi o chetoni

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1) LiAlH4

2) H3O+

O NH3

H+NH2

ammina 1°

1) LiAlH4

2) H3O+

O HNCH3

ammina 2°

H

O NCH3H3C

CH3NH2

H+

(CH3)2NH

H+ CH3COOH

Na(CH3COO)3BH

1)

2)

3)

immina

NH

immina

NCH3

sale di imminio

H

NCH3H3C

Sintesi di Ammine4. Aminazione riduttiva di aldeidi o chetoni

LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE AMINATIVA DI ALDEIDI E CHETONI BASICITA’

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.

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’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.

BASICITA’ delle AMMINE AROMATICHE

BASICITA’ AMMINE vs AMMIDI

catione stabilizzato per risonanza

ACIDITA’ AMMINE vs AMMIDI

REAZIONI DELLE

AMMINE

LA REAZIONE DELLE AMMINE CON GLI ACIDI FORTI; I SALI 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.

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Stati di ossidazione dell’azoto• Mentre l’ossigeno ha 2 soli stati di ossidazione, í2 e í1, l’azoto ne ha

molti, da í3 a +5.

N2 (azoto)R–N2

(+) (diazonio)0

R-NO2 (nitro)RO–N=O (nitrito)

+3R–N=O (nitroso)+1

RN=NR (azo composti)R2NOH (idrossil ammina)R3NO (ammina ossido)

_1

R2N–NR2 (idrazine)C=N–NR2 (idrazoni)

_2

R3N (ammine)R4N(+) (ammonio)C=N–R (immine)CŁN (nitrili)

_3

Formule (nomi)Stato OX

COMPOSTI DI AMMONIO QUATERNARI

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

Il diazogruppo può essere sostituito da vari nucleofili, in reazioni che sviluppano come sottoprodotto azoto gassoso.

• 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.

acido!carbossilico!aromatico

LA DIAZOCOPULAZIONE; I COLORANTI AZOICI• 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.

Tutti gli azo composti sono colorati e molti trovano impiego nell’industria come COLORANTI per tessuti e nella fotografia a colori.

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Reazione di diazocopulazione

N N N NNuí

N N Nu

azocompostoE > 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.

X

Y

N NZ Y

XN NZ N NZ +

Il gruppo Z elettronattrattore aumentala elettrofilicità dell’N

Il gruppo Y elettrondonatore aumenta la nucleofilicità dell’anello: O-, NR2, NHR, OR