Aminas

AMINAS PROPIEDADES FÍSICAS Las aminas son compuestos altamente polares. Las aminas primarias y secundarias pueden formar puentes de hidrógeno intramoleculares en el estado líquido y por tanto tienen puntos de ebullición mayores que los alcanos de peso molecular equivalente. Una característica de las aminas de bajo peso molecular es su olor a pescado, que en cierta medida es distintivo.

METILAMINA, FORMANDO PUENTES DE HIDRÓGENO EN EL ESTADO LÍQUIDO

BASICIDAD DE LAS AMINAS: La basicidad y la nucleofilicidad de las aminas está dominada por el par de electrones no compartido del nitrógeno, debido a este par, las aminas son compuestos que se comportan como bases y nucleófilos, reaccionan con ácido para formar sales ácido/base, y reaccionan con electrófilos en muchas de las reacciones polares que se han estudiado anteriormente (Ej. Sustituciones Nucleófilicas).

Amina

Un ácido

Una sal (ion amonio)

BASICIDAD DE ALGUNAS ALQUILAMINAS NOMBRE - AMONIACO AMINAS PRIMARIAS - METILAMINA - ETILAMINA AMINAS SECUNDARIAS - DIMETILAMINA - DIETILAMINA - PIRROLIDINA

ESTRUCTURA :NH3

pK DEL ION AMONIO 10.64

CH3-NH2 CH3CH2-NH2

16.64 10.75

(CH3)2NH (CH3CH2)2NH

10.73 10.94 11.27

AMINAS TERCIARIAS - TRIMETILAMINAS - TRIETILAMINA

(CH3)3N: (CH3CH2)3N:

9.79 10.75

Sales de aminas: (sales de amonio) La basicidad de las aminas permite su protonación o alquilación, lo que da lugar a las sales de amonio. Dependiendo del número de sustituyentes que tenga el nitrógeno, las sales pueden ser primarias, secundarias o cuaternarias.

La diferencia en el comportamiento de las aminas y sus sales, en cuanto a solubilidad, puede utilizarse tanto para detectar aminas, como para separarlas de sustancias no básicas. Un compuesto orgánico insoluble en agua que se disuelve en ácido clorhídrico acuoso, diluido, debe ser apreciablemente básico, lo que significa que, de seguro, se trata de una amina. Esta puede separarse de compuestos no básicos por su solubilidad en ácidos; una vez separada, puede regenerarse alcalinizando la solución acuosa.

Esteroquímica del Nitrógeno: El nitrógeno utiliza orbitales sp3, que se dirigen hacia los vértices de un tetraedro.

En consecuencia, las aminas son piramidales como el amoniaco y tienen casi los mismos ángulos de valencia (180º en la trimetilamina, por ejemplo).

La distribución tetraédrica alrededor del nitrógeno de una amina sugiere que debería ser quiral si los tres sustituyentes fueran diferentes, puesto que el par solitario actuaría como el cuarto. Un comportamiento así y su imagen especular, por analogía con los centros quirales basados en el carbono no son superponibles. Esto se puede ilustrar con la Nmetiletilamina, que es una alcanoamina quiral.

Imágenes especulares de la N-metiletilamina

Sin embargo, dichos enantiómeros no han podido aislarse. Estudios espectroscópicos demostraron que la barrera energética entre los dos arreglos piramidales en torno al nitrógeno, por lo común es tan baja que ambos se interconvierten rápidamente.

La molécula se puede visualizar como un equilibrio entre las dos formas.

PREPARACIÓN DE LAS AMINAS (SÍNTESIS): Los diferentes métodos utilizados en el laboratorio para la preparación de aminas se ilustraran en la siguiente tabla, siguiendo los estilos anteriores (reacción - ejemplo).

SÍNTESIS DE AMINAS

EJEMPLO

1.- Alquilación SN2 con halogenuros de alquilo (a) Amoniaco Por desgracia, estas reacciones no se obtienen limpiamente después de que ha ocurrido una sola alquilación. Puesto que las aminas primarias, secundarias y aun las terciarias tienen reactividad similar, los productos monoalquilados que se forman inicialmente experimentan una reacción posterior para formar una mezcla de productos, como se ilustra para el 1bromooctano con un exceso al doble de amoniaco, se puede tener mayor rendimiento del primero empleando un gran exceso de amina inicial, por lo que este método no es del todo bueno sintéticamente hablando.

(b) Primaria

(c) Secundaria

(d) Terciaria

2.- Aminas primarias a partir de nitrilos

3.- Aminas primarias a partir de azidas

4.Aminas primarias nitrocompuestos (a) Nitroalcanos:

a

partir

de

(b) Nitroarenos (Nitrobenceno)

5.- Síntesis de Gabriel[1], para aminas primarias

6.- Aminas por reducción de amidas (a) Primarias

(b) Secundarias

(c) Terciarias

7- Aminación reductiva de cetonas/aldehídos (a) Primarias

(b) Secundarias

(c) Terciarias

(d) Vía oxima

Oxima 8.- Transposición de Hofmann[2]

9.- Transposición de Curtius[3]

10.- Transposición de Schmidt[4]

A continuación se realizaran algunos comentarios relacionados con los mecanismos de las reacciones específicas de aminas como lo son la Síntesis de Gabriel y las Transposiciones de Hofmann, entre otras.

SÍNTESIS DE GABRIEL: En la síntesis de aminas de Gabriel, informada en 1887, se hace uso de la alquilación de imidas, lo que constituye un medio alternativo para producir aminas a partir de halogenuros de alquilo. En la síntesis de Gabriel se emplea el anión de la imida cíclica del ácido 1,2-bencenodicarboxílico (ftalimida) como nucleólfilo, analicemos el proceso completo para la síntesis de la bencilamina:

AMINACIÓN REDUCTIVA DE CETONAS/ALDEHÍDOS: La aminación reductiva ocurre vía la formación de una imina (Capítulo 17, página 303-304) como intermediario por una reacción de adición nucleófilica, y a continuación se reduce la imina. En la reacción de aminación reductiva es posible usar amoniaco, una amina primaria o una amina secundaria, para producir aminas primarias, secundarias o terciarias, respectivamente.

Cetona/aldehído

Imina

Amina

La reacción es posible a la selectividad de los reductores: hidrógeno activado catalíticamente o cianoborohidruro de sodio, NaBH3CN. Ambos reaccionan más

rápidamente que el doble enlace de imina que con el del grupo carbonilo. El procedimiento habitual consiste en dejar equilibrar el compuesto carbonílico y la amina con la imina y el agua en presencia del reductor.

Ciclopentanona Ciclopentanoamina

Imina

de

ciclopentanona

(NO SE AÍSLA)

TRANSPOSICIÓN DE HOFMANN, CURTIUS Y SCHMIDT: Los ácidos carboxílicos y los derivados de los ácidos carboxílicos pueden convertirse en aminas primarias con la pérdida de un átomo de carbono, tanto en la Transposición de Hofmann y en la Curtius, participa un derivado de ácido, amida y cloruro de ácido respectivamente, en la de Schmidt, participa un ácido carboxílico, pero en general proceden por mecanismos similares: Analicemos el de Hofmann

Mecanismo de la transposición de Curtius, vía una azida de acilo:

Cloruro de ácido

Azida de acilo

Isocianato

Amina

La transposición de Schmidt tiene lugar a través de la misma secuencia, pero se inicia con un ácido carboxílico y conduce directamente a la amina. La adición-eliminación inicial que produce la azida de alcanoilo está catalizada por ácido sulfúrico, que se neutraliza una vez terminada la reacción.

Reacciones de las Aminas (Reactividad):

Las reacciones de aminas están controladas por el potencial nucleofílico del átomo de nitrógeno, la tendencia del nitrógeno a compartir el par de electrones libre, hace que estás sean buenos nucleófilos, buenas bases y una reactividad excepcional de los anillos aromáticos con grupos o amino sustituidos (véase Arilaminas, Capítulo 25).

REACCIONES DE LAS AMINAS

EJEMPLO

1.- Alquilación de halogenuros de alquilo Véase la reacción Nº 1 de las Síntesis de aminas 2.- Eliminación de Hofmann

Propeno (70%)

Se favorese la producción del alqueno menos sustituido.

3.- Sustitución nucleofílica en cloruro de ácidos (Obtención de amidas) (a) Primarias

(b) Secundarias

(c) Terciarias

4.- Sulfoamidas (a) Formación de una Sulfoamida N-sustituida

(b) Formación de una Sulfoamida N,N-disustituida

5.- Reacción de Mannich

6.- Síntesis de óxidos de aminas

7.- Eliminación de Cope

ELIMINACIÓN DE HOFMANN: La eliminación de Hofmann consiste en la completa metilación de una amina con un exceso de yodometano para producir un yoduro de amonio cuaternario, el cual por calentamiento con óxido de plata sufre una reacción de eliminación para formar un alqueno.

En esta reacción se favorece la formación del alqueno menos sustituido, las razones de esta selectividad no se comprenden del todo, pero es probable que sean de origen estérico.

Debido al gran tamaño de la trialquilamina como grupo saliente, el ion hidróxido debe sustraer un hidrógeno de la posición menos impedida, o sea la posición estéricamente más accesible.

Ejemplo:

Posibles intermedios de reacción: El intermedio que se forma para dar lugar al 1-penteno, es energéticamente más estable, tiene menor impedimento estérico, y a la base le es fácil sustraer el hidrógeno, dando mayoritariamente éste producto.

En el caso de la formación del 2-penteno, el intermedio es energéticamente menos estable, con un mayor impedimento estérico, el hidrógeno a sustraer esta más bloqueado estéricamente por la presencia del grupo metilo.

La eliminación de Hofmann es útil para la apertura de aminas cíclicas, dando lugar a dienos, como ejemplo veamos la apertura de la piperidina:

REACCIÓN DE MANNICH: La reacción de Mannich es una condensación del metanal (formaldehído) con amoniaco, aminas primarias o secundarias, para formar iones iminio, los cuales son suficientemente electrófilos para reaccionar con aldehídos y cetonas enolizables mediante un proceso similar al de la reacción aldólica, con la formación de compuestos -Nalquilaminocarbonílicos.

Ejemplo de la reacción de Mannich:

Mecanismo: 1) Formación del ion iminio

2) Enolización

3) Formación del enlace carbono-carbono

ÓXIDOS DE AMINAS Y ELIMINACIÓN DE COPE[5]: Las aminas son sensibles a los oxidantes; en presencia de estos, las aminas primarias y secundarias dan lugar a mezclas complejas. Las aminas terciarias, sin embargo, se oxidan mediante peróxido de hidrógeno acuoso o ácidos peroxicarboxílicos a los correspondientes óxidos de aminas, con muy buenos rendimientos. Si un óxido de amina, posee en el carbono  hidrógenos, puede ocurrir una -eliminación por calentamiento sobre 100ºC, dando lugar a alquenos y N,N-dialquilhidroxilamina.

Ejemplos de formación de óxidos de aminas:

Ejemplo de eliminación de Cope:

Mecanismo:

El mecanismo es similar a la pirólisis de los ésteres, pero tiene lugar a temperaturas inferiores y es más útil sintéticamente para la obtención de alquenos. Su mecanismo es una eliminación sin que transcurre a través de un estado de transición cíclico de cinco miembros.

Aminas de Origen Natural (Alcaloides): Las aminas de origen natural se conocen con el nombre de Alcaloides. El estudio de los alcaloides dio gran auge a la química orgánica en el siglo XIX, y todavía es un área de investigación fascinante. Entre los alcaloides de origen natural se encuentran la Morfina (analgésico), La Heroína (no natural, pero se sintetiza desde la Morfina), al igual que la Codeína. Siendo estos compuestos agentes farmacéuticos claves.

Morfína

Codeína

Heroína

A nivel industrial tiene gran importancia la 1,6-hexanodiamina, la cual es necesaria en la manufacturación del nylon.

[1]

Siegmund Gabriel (1851-1924); n. Berlin; Ph.D. Universidad de Berlín (1874), Profesor en la Universidad de Berlín, fue ayudante del profesor W. von Hofmann.

[2] August W. von Hofmann, (1818-1892), Profesor de la Universidad de Berlín [3] Theodor Curtius, (1857-1928); Profesor de la Universidad de Heidelberg, Alemania [4] Karl F. Schmidt, (1887-1971), Knoll AG, Ludwigshafen, Alemania [5] Arthur C. Cope, (1909-1966), Profesor del Massachusetts Institute of Technology.