Unidad IV. Aminas

Dr. Edgar García-HernándezDivisión de Estudios de Posgrado e Investigación/Departamento

de Ingeniería Química y Bioquímicae-mail: edgar.gh@itzacatepec.edu.mx

2016 ITZ

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICOInstituto Tecnológico de Zacatepec

   

Competencia específicaIdentifica, compara y analiza, las características estructurales, y las propiedades de aminas y derivados, esto permite aplicar los mecanismos de reacción y los métodos de síntesis de estos compuestos de importancia en la industria y el ambiente.

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Contenido4.1. Características estructurales y nomenclatura.4.2. Basicidad de las aminas.4.3. Obtención de aminas.

4.3.1. Reducción de nitrilos, amidas y compuestos nitro.4.3.2. Sustitución nucleofílica.4.3.3. Aminación reductiva de aldehídos y cetonas.

4.4. Reacciones de las aminas.4.4.1. Con Halogenuros de Alquilo.4.4.2. Con Aldehídos, formación de bases de Schiff (iminas).4.4.3. Importancia biológica de las bases de Schiff.

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Introducción• Derivados orgánicos del amoniaco.• Muchos son activos biológicamente.

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Actividad Biologica• Neurotransmisores: dopamina• Bioreguladores: epinefrina (adrenalina)• Vitaminas: niacina, B6• Alcaloides: nicotina, morfina, cocaína• Aminoácidos

Rana venenosa colombiana

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Rana venenosa colombiana

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Clases de Aminas• Primarias (1): un enlace C-N, 2 enlaces N-H.• Secundarias (2): dos enlaces C-N, 1 enlace N-H.• Terciarias (3): tres enlaces C-N, ningún enlace N-

H.• Cuaternarias (4): cuatro enlaces C-N, el nitrógeno

tiene carga formal positiva.

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Clasifíquelas:

N

H

CH3 C

CH3

CH3

NH2

NCH3

CH3

CH3CH2 N

CH3

CH2CH3+ Br

_

4.1. Características estructurales y nomenclatura.

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Nombres comúnesNombre alfabéticamente, sin espacios, los grupos

alquil o aril unidos al nitrógeno y adicione el sufijo –amina.

(CH3CH2)2NCH3

NHCH3

NH

Dietilmetilamina

ciclopentilmetilamina

Difenilamina

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Nombres IUPAC• El nombre se basa en la cadena más larga de

carbonos.• Se reemplaza -o del alcano con -amina.• Los sustituyentes en el nitrógeno tienen el prefijo

N-.NH2CH2CH2CHCH2CH3

Br

CH3CH2CHCH2CH2CH3

N(CH3)2

3-bromo-1-pentanamina

3-bromopentan-1-amina

N,N-dimetil-3-hexanamina

N,N-dimetilhexan-3-amina

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Aminas cuaternarias(Sales cuaternarias de amonio)

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Aminas AromaticasEl grupo amino está unido a un anillo de benceno. El

compuesto padre se llama anilina.

NH2

anilina

NCH3

CH3

N,N-dimetilanilina

NH2

H3C

4-metilanilinao p-toluidina

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Aminas HeterocíclicasAl nitrógeno se le asigna el número 1.

N

H

N

H

N

HN N CH3

aziridina

Pirrol Pirrolidina

Piridina

2-metilpiridina

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Aminas como sustituyentesEn una molécula con un grupo funcional de mayor prioridad, la amina se nombra como sustituyente.

NH2CH2CH2CH2COOHNHCH3

OH

Ácido -aminobutírico oÁcido 4-aminobutanoico

2-(metilamino)fenol

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Estructura de AminasEl Nitrógeno tiene hibridación sp3 con un par de

electrones desapareado en un orbital sp3.

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Quiralidad de Aminas• El Nitrógeno puede tener 3 grupos diferentes y un

par de electrones solos, pero los enantiómeros no pueden aislarse por la interconversión del N.

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Quiralidad de Aminas• La barrera energética de la interconversión es ~

25 kJ/mol (6 kcal/mol).• La energía de rotación C-C es aproximadamente la

mitad.

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Aminas Quirales• Aminas con Carbono quiral: 2-butanamina.• Sales de amonio cuaternarias con 4 grupos

diferentes unidos al nitrógeno.• Aminas donde el nitrógeno tiene rotación

restringida y no se interconvierte.

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Puntos de Ebullición• El N-H es menos polar que el O-H.• Sus puentes de hidrógeno son más débiles• Las aminas terciarias no pueden formar puentes

de hidrógeno.

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Solubilidad• Aminas pequeñas (<6 C) son solubles en agua.• Todas las aminas aceptan formar puentes de

hidrógeno con agua y alcoholes.• Las ramificaciones incrementa la solubilidad.• La mayoría de las aminas huele a pescado

descompuesto.NH2CH2CH2CH2CH2CH2NH21,5-pentanodiamina o cadaverina

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Olor• La mayoría de las aminas huele a pescado

descompuesto.

4.2. Basicidad de las aminas.

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• Son las bases orgánicas más comunes.

• Las bases fuertes tienen valores pequeños de pKb.

• Se utilizan los valores de pKa del correspondiente ion amonio.

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Diagrama de energía• Los grupos alquilo son grupos electrodonantes y

estabilizan el cation.

Estabilización por los grupos R

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Efectos de la Resonancia• Cualquier deslocalización del par electrónico

debilita la base.

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Efectos de la Hibridación• Los electrones son atraídos más fuerte en

orbitales con mayor carácter s, por lo que esos compuestos son bases más débiles.

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Sales de Amina• Sólidos iónicos con altos puntos de fusion.• Solubles en agua. • No huelen a pescado.

Investigar la importancia biológica de las aminas como:

• Vitaminas y antihistaminas.• etilfenilaminas.• Tranquilizantes.• Neurotransmisores.

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4.3. Obtención de aminas.

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Síntesis de aminas1. Reacción de haluros de alquilo con NH3, RNH2, o R2NH.2. Reacción de haluros de alquilo con iones azida, y

posteriormente una reducción del azida de alquilo.3. Reducción de una imina, un nitrilo, o una amida.4. Aminación reductiva de un aldehído o cetona.5. Síntesis de Gabriel de aminas primarias: reacción de un

haluro de alquilo primario con ftalimida de potasio.6. Reducción de un compuesto nitro.7. Condensación de una amina secundaria y folmaldehído

con ácido carbónico.40

Las que abordaremos4.3.1. Reducción de nitrilos, amidas y compuestos nitro.4.3.2. Sustitución nucleofílica.4.3.3. Aminación reductiva de aldehídos y cetonas.

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4.3.1. Reducción de nitrilos, amidas y compuestos nitro.

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Nitrilos• El Nitrilo, -CN, tiene un carbón electrofílico.

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Reacciones de los nitrilos

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Reducción de los nitrilos• La reducción con H2 o LiAlH4 forma aminas primarias,

R-CH2NH2.• La reacción ocurre mediante una adición nucleofílica del

ión hidruro en el enlace C≡N. (formando un ion imida)• En la segunda adición nucleofílica se forma un dianión.

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Reducción de amidas• A diferencia de los otros derivados de ácidos

carboxílicos, las amidas al ser reducidas con LiAlH4 producen una amina.

• C=O CH2

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Reducción de amidas• Adición nucleofílica del ion hidruro al C=O, seguida

por la expulsión del átomo de oxígeno como un aluminato.

• Ion imino como intermediario se reduce con LiAlH4.

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Reducción de amidas• N-sustituídas

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Reducción de Compuestos nitro

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Reducción de Compuestos Nitro• -NO2 se reduce a -NH2 por hidrogenación catalítica,

o metales activados con ácido.• Comúnmente utilizadas para sintetizar anilinas.

CH3

NO2

Zn, HClCH3CH2OH

CH3

NH2

Reducción de Compuestos Nitro

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4.3.2. Sustitución nucleofílica.

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SN2 SN1Haluros de metilo y primarios Haluros terciariosNucleófilos fuertes Nucleófilos Débiles (pueden ser

solventes)Solvente polar aprótico Solvente polar prótico, sales de

platavelocidad = k[haluro][Nuc] velocidad = k[haluro]Inversión total de la configuración

Racemización de compuestos activos ópticamente

Reacción concertada (un solo paso)

Reacción en dos pasos

Estado de transición IntermediariosNo se presentan rearreglos Rearreglos por migración de :H-

ó :CH3-

SN2

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Reacciones SN2 de haluros de alquilo

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Alquilación de amoniaco• Limitaciones: Ocurren alquilaciones múltiples.

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• Ejemplo de alquilaciones múltiples.

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• Se controlan con un exceso de NH3

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Alquilación del ion azida y reducción

• Mucho mejor para preparar aminas primarias a partir de un haluro de alquilo.

• El ion Azida es un nucleófilo excelente que desplaza los grupos salientes de haluros de alquilo y tosilatos no impedidos. Los productos son azidas de alquilo.

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Alquilación del ion azida y reducción

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• La mayoría de las bolsas de aire de los autos contienen azida de sódio (NaN3) como propulsor.

• Cuando el acelerómetro detecta un choque el control electrónico quema la carga de NaN3.

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Síntesis de Gabriel• Otra alternativa para obtener aminas a partir de

haluros de alquilo.• Se obtienen aminas primarias.• Se utiliza ftalimida, su ion evita la alquilación

múltiple, pues actúa como un grupo protector.

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Síntesis de Gabriel

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Otro mecanismo

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4.3.3. Aminación reductiva de aldehídos y cetonas.

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Aminación reductiva de aldehídos y cetonas

• Síntesis más general para obtener aminas.

• Se forma primero una imina o una oxima.

• Finalmente se reducen y se obtiene la amina.

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Mec

anis

mo

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Aminas primarias

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Aminas secundarias

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Aminas terciarias

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4.4. Reacciones de las aminas.

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Reaccionan como bases o como nucleófilos

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Aminas aromáticas

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4.4.1. Con Halogenuros de Alquilo.

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4.4.2. Con Aldehídos, formación de bases de Schiff (iminas).

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• Las aminas primarias, RNH2, se adicionan a aldehídos y cetonas para formar iminas (R2C=NR). Las aminas secundarias, R2NH, forman enaminas (R2N-CR=CR2)

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Mecanismo

Otro mecanismo

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Otro

Mec

anism

o m

ás

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83

• Las iminas son intermediarios muy comunes en procesos biológicos, donde se nombran frecuentemente como bases de Schiff.

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4.4.3. Importancia biológica de las bases de Schiff.

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Investigar• La importancia biológica de las bases de Schiff.

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Nota

• Las imágenes fueron tomadas de:

87

Nota

• Las imágenes fueron tomadas de:

88

Nota

• Las imágenes fueron tomadas de:

89

Nota

• Las imágenes fueron tomadas de:

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Fin de la Unidad

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