Unidad 4 (Parte II) Objetivos:

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Unidad 4 (Parte II)

Objetivos:

1. Predecir propiedades químicas de aminas en función de su estructura.

2. Predecir productos de reacción entre aminas y diversos reactivos.

3. Utilizar las propiedades ácido-base de compuestos orgánicos para diseñar separación y purificación de mezcla usando técnicas de extracción simple.

4. Explicar la variación de la basicidad de las aminas con la estructura y los sustituyentes presentes en las mismas. 5. Explicar el poder nucleofílico de las aminas.

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Lic. Walter de la Roca 2

4.5 Propiedades Químicas:

C

N

R

H

..

1

2

1. Electrones libres: Pueden funcionar como base ó nucleófilo.

2. Enlace carbono-nitrógeno: Reacciones de sustitución nucleofílica, sales de diazonio.

(3)

A. Basicidad de Aminas: R NH₂ H -OH K_b = +

Equilibrio ácido-base de las aminas:

C H₃ N H H C H₃ O H H O H H3C O H O H H O H C H₃ N H H O H

..

+

La sal más estable sería la del "N"

debido a que es menos electronegativo que el "O", por lo cual puede soportar mejor una carga positiva.

..

+

_..

..

H + +

..

H + +

:

-..

..

:

-..

..

R NH₂ R NH₂ H

..

+

H₂O

+

OH

(4)

-Lic. Walter de la Roca -OH R NH2 H = En equilibrio : +

= X

R NH₂ -OH _R _NH 2

K

_b

=

X * X .. X = = Kb ..

pK

_b

= -log K

_b 4

(5)

Efecto de los sustituyentes en la basicidad de aminas:

Efecto Inductivo:

Compuestos Ecuación de disociación pKb

(Amina) pKa (ion Amonio) NH3 NH3 + H2O  NH4 + + -OH 4.76 9.24 CH3NH2 CH3NH2 + H2O  CH3NH3+ + -OH 3.38 10.62 CH3CH2NH2 CH3CH2NH2 + H2O  CH3CH2NH3 + + -OH 3.36 10.64 (CH3)3CNH2 (CH3)3CHNH2 + H2O  (CH3)3CNH3 + + -OH 3.32 10.68 (CH₃)₂NH (CH₃)₂NH + + H₂O  (CH₃)₂NH₂+ + -OH 3.27 10.73 (CH₃CH₂)₂NH (CH₃CH₂)₂NH + H₂O  (CH₃CH₂)₂NH₂+ + -OH 3.06 10.94 (CH3)3N (CH3)3N + H2O  (CH3)3NH+ + -OH 4.21 9.79 N + GDE

GDE = Grupo donador de electrones Estabiliza la carga "+" del nitrógeno será más básica

N +

GAE

GAE = Grupo atractor de electrones Destabiliza la carga "+" del nitrógeno será menos básica

(6)

Lic. Walter de la Roca NH₄+ _NH 3 H3O+ R NH₃+ R NH₂ H3O+ + _H₂_O ₊ H₂O + + K_HA K_HA

pK

_{a (ácido conjugado)}

+ pK

_{b (amina)}

= 14

_{(medio acuoso)}

Hidrólisis del ácido conjugado:

¿Que pasaría con los siguientes casos?

CH₂Cl-NH₂, CHCl₂-NH₂, CCl₃-NH₂, CH₂ClCH₂-NH₂, CH₃NH₂, CH₂ClCH₂CH₂-NH₂

Orden de basicidad creciente de los anteriores compuestos

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Efecto de Resonancia: NH₂ NH3

..

+

H₂O

+

-

OH NH₃ GDE

+

¿Estabiliza ó_Destabiliza? ¿Más básico ó Menos básico? ¿Qué grupos? -NH₂, -OH, -OCH₃ -NHCOCH₃, -CH₃ NH₃ GDE + ¿Estabiliza ó_Destabiliza? ¿Más básico ó Menos básico? ¿Qué Grupos? -NH₃+_-NO 2, -CHO, -COOH -CN, -X

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(9)

Separación de Mezclas: Formación de sal de amonio con HCl (5%):

CH₃ (CH₂)₉NH₂ + HCl _(5%)  CH₃ (CH₂)₉NH₃+Cl -n-decilamina cloruro de n-decilamina

(Insoluble) (Soluble)

Se tiene una mezcla de compuestos orgánicos disueltos en

cloroformo, Benceno, Ácido benzoico, Ácido acético,

Cloruro de Isopentilo, Anilina y Ciclohexanol.

Insoluble Soluble Acido Fuerte

Débil Neutro

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Ácido benzoíco, anilina, benceno, ciclohexanol, cloruro de isopentilo y ácido acético Mezcla en Cloroformo

Ácido Acético (pH menor a 7)

Fase Acuosa

Anilina, Benceno, cloruro de Isopentilo, ciclohexanol y ácido benzoíco

Fase Orgánica

Sal del catecol y del ácido benzoíco

Fase Acuosa

Cloruro de sodio

Fase Acuosa

Catecol y ácido benzoíco

Fase Orgánica Benzoato de sodio Fase Acuosa Cloruro de Sodio Fase Acuosa Ácido Benzoíco Fase Orgánica Catecol Fase Orgánica

Anilina, Benceno, Ciclohexanol y Clorruode Isopentilo

Fase Orgánica Sal de la Anilina Fase Acuosa Cloruro de Sodio Fase Acuosa Anilina Fase Orgánica

Benceno, Ciclohexanol y Cloruro de Isopentilo Fase Orgánica Agua NaOH (5%) HCl (5%) y Cloroformo NaHCO3(5%) NaOH (5%) HCl (5%) NaOH (5%) y Cloroformo

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B. Reacciones sustitución anular en aminas aromáticas (SEA). Nitrosación

Anilina activa la SEA y se da una polibromación. NH₂ CH₃ NH₂ CH₃ Br Br + Br₂/H₂O p-Toluidina 3,5-dibromo-4-aminotolueno

(12)

(13)

Sulfanilamidas (Sulfa) NH₂ _H_N _COCH 3 HN COCH₃ SO₂Cl

..

Anilina (CH₃CO)₂O CH₃COOH Acetanilida ClSO₃H Cloruro de

p-acetamido-Se preparan por la clorosulfonación de la acetanilida, seguida por la reacción del cloruro de p-(N-acetilamino) bencensulfonilo con amoniaco o alguna otra amina para dar una sulfonamida. La hidrólisis de la amida produce el fármaco sulfa; nótese que esta hidrólisis de amidas puede realizarse en la presencia del grupo sulfonamida debido a que las sulfonamidas se hidrolizan muy lentamente.

(14)

Lic. Walter de la Roca 14 N H COCH₃ SO₂Cl R NH₂ N H COCH₃ SO₂NH₂ N H COCH₃ SO₂NHR NH₂ SO₂NH₂ NH₂ SO₂NHR NH₃

..

H₃O+ H₃O+

..

Sulfanilamida Sulfanilamida Sustituida

(15)

Las sulfas confunden a las bacterias por su similitud con ácido p-aminobenzoíco

Sales de diazonio y reacciones de sustitución anular

Formación de la sal diazonio: Reacción General:

Ar NH₂

+

NaNO₂ _Ar _N _N

H₃O+

(0-5°C)

+

(16)

Mecanismo detallado de formación de sal de diazonio

O N O H O H H O N O H O H H

.. ..

..

-:

Na + +

..

+ Cl

-.. -..

..

+

..

Na + + +

-

_Cl Ácido Nitroso O N O H H O H H O N O H O N O N

..

₊

..

H +

..

+

..

₊ (Más estable) Ion Nitroso + O N H N Ar H O N H N Ar H O H H O N H N Ar _H O _H H

..

₊

..

+

_:

..

+

..

+

..

+ N-nitrosamina

(17)

N Ar H N O N Ar H N O N Ar H N O

..

.. ..

..

N-nitrosoamina + H₃O+

..

.. ..

..

H +

_..

.. ..

H ₊ + H₂O N-nitrosoamina protonada N Ar N O N Ar N O N Ar N H O H

..

.. ..

H

..

+ H₃O+

..

.. ..

H

..

H +

..

+

..

₊ Ión diazonio

Estructuras de resonancia de la sal de Diazonio

N

+

N Ar N N Ar

..

+

(18)

Lic. Walter de la Roca

C. Reacciones de sustitución de la sal de diazonio:

N N Nu

+

-:Nu

₊

HSO₄-

+

N₂

(19)

Reacciones de Sandmeyer: NH₂ C H₃ N C H₃ N Br C H₃ HNO₂ H₂SO₄ (0-5°C) + HSO₄ -HBr CuBr p-metilanilina p-bromotolueno (73%) NH₂ HNO₂ N N I H₂SO₄ (0-5°C) + HSO₄ -Anilina NaI Yodobenceno (67%) NH₂ CH₃ N N CH₃ CH₃ CN CH₃ COOH H₃O+ HNO₂ H₂SO₄ (0-5°C) + HSO₄ -KCN CuCN Ácido

(20)

Las reacciones de Sandmeyer utilizan sales de cobre como catalíticos NH₂ CH₃ Br₂ NH₂ CH₃ Br Br N CH₃ Br Br N H₃PO₂ CH₃ Br Br p-metilanilina HNO₂ H₂SO₄ (0-5°C) + HSO₄ -3,5-dibromotolueno 20

(21)

Mecanísticamente, estas reacciones de reemplazo del diazonio ocurren a través de un mecanismo por radicales en lugar de uno polar; por ejemplo, en la presencia de un compuesto de cobre(I), se piensa que primero el ion arenodiazonio se convierte a un radical arilo más cobre(II), seguido por la reacción subsecuente para dar el producto más el catalizador regenerado de cobre(I).

¿Cómo prepararía m-hidroxiacetofenona a partir de benceno, utilizando en su esquema una reacción de reemplazo de diazonio?

(22)

D. Reacciones de copulación de las sales de diazonio:

Para favorecer la copulación el aromático debe ser activado fuertemente. N N _Y N N Y

+

HSO₄

-+

..

Compuesto Azo donde Y = -OH ó -NR₂ N N N N N CH3 C H₃ N N N CH₃ CH₃

..

+ Bisulfato de bencendiazonio

..

+

..

HSO

-

₄

..

+

..

N,N-dimetilanilina p-(dimetilamino)azobenceno (Cristales amarillos P.F. 127°C)

..

Ejemplos:

(23)

N N N N OH N N H OH N N OH

..

+ Bisulfato de bencendiazonio

..

+

..

HSO

-

₄

..

Fenol

..

H₂

..

O

..

p-hidroxiazobenceno (cristales naranjas p.f. 152°C)

(24)

Los productos acoplados azo se utilizan ampliamente como colorantes para telas debido a que su sistema de electrones π conjugado extendido ocasiona que absorban en la región visible del espectro electromagnético; por ejemplo, el p-(dimetilamino) azobenceno es un compuesto amarillo brillante que fue utilizado alguna vez como agente colorante en la margarina.

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Eliminación sigue regla anti-Zaitsev

(27)

Ejemplo:

¿Qué alqueno falta?

NH₂ C _C _N C C CH3 CH₃ CH₃ C _C C C C _C C C N CH₃ C H₃ CH₃

..

CH₃I_(ex) +

-

_I    + + AgO, H₂O AgI +

..

(Mayor Rendimiento) C C C C

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Lic. Walter de la Roca 28 Eliminación de Hoffman en aminas cíclicas

(29)

¿Qué aprendimos en la presentación?

1. Basicidad de aril y alquil aminas.

 Efectos inductivos y resonancia

 Formación de sales y separación de mezclas 2. Nitrosación y formación de sales de diazonio. 3. Reacciones de sustitución al Azocompuesto.

Reacciones de Sandmeyer

4. Reacciones de eliminación del Azocompuesto. Reacciones de Copulación Azoíca.

(30)

1. Carey, Francis A. (2014) Química orgánica, 9na Edición.

McGraw-Hill Interamericana, Capitulo 21. Aminas

2. McMurry, John (2008) Química Orgánica, 7ma _Edición

Cengage Learning Editores, S.A. Capitulo 24. Aminas Bibliografía: