AMINAS

De los compuestos nitrogenados con un enlace simple C−N, los más importantes son las aminas que sonderivados del amoniaco en los que uno o más hidrógenos son sustituidos por un grupo alquilo.

Las aminas, como el NH3 tiene una estructura piramidal con tres enlaces (sp3 ) y un par de electrones nocompartidos .

Los orbítales tienen hibridación sp3 y están dirigidos como el C, hacia los vértices de un tetraedro, en el NH3los ángulos de enlace H−N son de 107. 3° pero en las aminas los sustituyentes distorsionan la pirámideensanchándola. La presencia del par de electrones da a las aminas propiedades físicas y químicascaracterísticas como veremos más adelante.

CLASIFICACIÒN DE AMINAS

Las aminas son derivados del amoniaco, uno, dos o los tres hidrógenos de la molécula del amoniaco puedenreemplazarse por estos grupos. El grupo funcional caracteristico de las aminas se denomina Grupo amino y seescribe como −NH2 , asì, las aminas se clasifican en primarias, secundarias y terciarias de acuerdo con elnùmero de grupos orgànicos enlazados al nitrógeno.

H −−−−N−−−−H R−−−−N−−−−H R−−−−N−−−−H

H H R

(Amoniaco) amina primaria amina secundaria

R''

R−−−−N−−−−R'' R−−−−N−−−−R

R' R'

Amina terciaria ** Iones de amonio cuaternario

Esta clasificaciòn se refiere al àtomo de nitrógeno según que tenga dos, uno o ningún enlace NH.

** A causa de la semejanza estructural con las aminas, los derivados del iòn amonio NH4+, los llamadosiones de amonio cuaternarios, R4N+, tambièn se incluyen en las aminas.

Las aminas alifàticas son aquellas cuyo carbono o carbonos unidos directamente al nitrógeno tiene o tienensolamente enlaces sencillos con los demas grupos.

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O

R−−−−C−−−−CH−−−−NH Tiene una funciòn amina.

Se llama amina aromàtica si por lo menos uno de los grupos unidos directamente al nitrógeno es aromàtico,son aromàticos aquellos cuyas moléculas tienen un anillo de seis carbonos y pocos hidrógenos.

NOMENCLATURA AMINAS

En los nombres de las aminas, se mencionan primero los grupos alquilo unidos al nitrógeno, seguidos delsufijo −amina. Se pueden emplear los prefijos di, tri y tetra para describir a dos, tres o cuatro sustituyentesidénticos.

Al dar nombre a las aminas con estructura más complicadas, al grupo −NH2 se le llama grupo amino. Elgrupo amino se nombra como cualquier otro constituyente, con un número u otro símbolo que indique suposición en el anillo o cadena de carbonos.

Con este sistema, las aminas secundarias y terciarias se nombran clasificando al átomo de nitrógeno (juntocon sus grupos alquilo) como grupo alquilamino. Se toma el grupo alquilo mayor o más complicado como lamolécula matriz.

NOMBRES IUPAC

La nomenclatura IUPAC para las aminas es semejante a la correspondiente a los alcoholes. El nombre de laraíz lo determina la cadena continua más larga de átomos de carbono. La terminación −o del nombre delalcano se cambia a la terminación −amina y se emplea un número para indicar la posición del grupo amino enla cadena. A los sustituyentes a lo largo de la cadena de carbonos se les asignan números para especificar susubicaciones, y se usa el prefijo N− para cada sustituyente en el átomo de nitrógeno.

1− butamina 2− butamina 3−metil−1−butamina N−metil−2−butamina

2,4N,N−tetrametil−3−hexanamina N,N−dietiletanamina (trietilamina)

A las aminas aromáticas y heterociclicas se les conoce por lo general por sus nombres históricos. Por ejemplo,a la fenilamina se le llama anilina, y sus derivados se nombran como derivados de la anilina.

Anilina p−nitroanilian 3,5−dietilanilina N,N−dietilanilina

A continuación se muestran los nombres y estructuras de algunos heterociclos comunes con nitrógeno y susderivados. Por lo general se asigna la posición 1 al heteroátomo.

Aziridina pirrol pirrolidina 1−metilpirrolidina imidazol indol

Piridina 2−metilpiridina piperidina pirimidina purina

MÉTODOS DE OBTENCIÓN O RUTAS DE SÍNTESIS

Se dispone de muchos métodos para su sinterización, algunos derivan de las reacciones de las amidas. Losmétodos o síntesis se dividen en generales y específicos, que a continuación se describen.

SÍNTESIS POR AMINACIÓN REDUCTIVA.−Este método es el mas general de síntesis de amidas ,implica la reducción de la imina u oxima de una acetona o aldeido, esta se reduce con hidruro de litio y

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aluminio (LiAlH4 )o por hidrogenación catalítica. Este proceso agrega un grupo alquilo al átomo denitrógeno el producto pude ser una amina primaria secundaria terciaria dependiendo si la amina que seutilizo como materia prima tenia cero, uno o dos grupos alquilos.

a) Aminas primarias, se forman por condensación de la hidroxilamina (cero grupo alquilo) con una cetona oun aldeido seguida de la reducción de la oxima. La mayor parte de las oximas son compuestos estables que seaíslan fácilmente se reduce mediante reducción catalitica con hidruro de litio y aluminio o concianobrorhiduro de sodio (NaBH3CN )

Aminas secundarias La condensación de una cetona o un aldehído con una amina primaria forma una iminaN −sustituida (base de Schiff). La reducción de esta imina produce una amina secundaria.

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Aminas terciarias. La condensación de una cetona o un aldehído con una amina secundaria produce una salde iminio. Estas sales son frecuencia inestable y por o mismo no se aíslan. Un agente reductor en lasolución reduce la sal de iminio, pero no se reduce el grupo carbonilo de la cetona o aldehído. Elcianoborohidrodruro de sodio (Na BH3CN) trabaja bien en esta reducción, por que es menos reactivo que elborohidroburo de sodio, y no reduce al grupo carbonilo.

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2) SÍNTESIS POR ACILACIÓN−−REDUCCIÓN.− Esta es la segunda síntesis general, y como la anterioragrega un grupo alquiloal átomo de nitrógeno de la amina inicial. La acilacion de la amina inicial por uncloruro de ácido produce una amida, sin tendencia a la sobreacilación . La reducción de una amida mediante elhidruro de litio y aluminio ( LiAlH4) produce la amina correspondiente.

Esta síntesis convierte el amoniaco en una amina primaria, las aminas primarias en secundarias y lassecundarias en terciarias. Estas reacciones son generales aunque tienen una restricción: el grupo alquilo que seañade siempre es primario , porque el carbono unido al nitrógeno se deriva del grupo carbonilo de la amida ,que se reduce al grupo metileno(−CH2−).

Aminas primarias.• Aminas secundarias.• Aminas terciarias.•

REDUCCIÓN DE NITRO COMPUESTOS; SÍNTESIS DE ARILAMINAS. Los grupos nitro tantoaromáticos como alifáticos se reducen con facilidad a grupos amino. Los métodos más comunes son lahidrogenación catalítica y la reducción en ácido mediante un metal activo.

La reducción de compuestos nitro se emplea principalmente para la síntesis de anilinas sustituidas.

ALQUILACIÓN DIRECTA DEL AMONIO Y LAS AMINAS. La redacción de la aminas con halógenos deaquilo se complica por la tendencia a la sobre alquilación para formar una mezcla de productos mono ypolialquilados. Sin embargo las aminas simples se pueden sintetizar agregando exceso deaminiaco a unamoniaco a un halogenuro o tosilato que sea buen sustrato SN2. como esta presente gran exceso de amoniaco,la probabilidad de que una molécula del halogenuro alquile el amoniaco es mucho mayor que la probabilidadde sobrealquilar una amina.

Se puede emplear al sustitución nucleofilica aromática para sintetizar las arilaminas si hay un grupo que atraeelectrones en posición orto o para, con respecto al lugar de la sustitución. Esta reacción se detiene por logeneral en el producto deseado, por éste (una arilamina) es menos básico y menos nucleofilico que el reactivo(una aiquilamina)

REACCIONES DE AMINAS

Una amina puede funcionar como base de Bronsted−Lowry aceptando el protón de un ácido.

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RNH2 −− H − X RNH3+ X−

Como las aminas son bases fuertes, sus soluciones acuosas son básicas. Una amina puede sustraer un protóndel agua, produciendo un ión amonio y un ión hidroxilo. A la constante de equilibrio de esta reacción se lellama constante de basicidad para la amina y se representa por Kb.

RNH2 + H2O RNH3+ + OH −

Y Kb está dada por la expresión:

Kb =

Mientras mayor sea el valor de Kb, mayor será la tendencia de la amina a aceptar un protón del agua y, asípues, mayor será la concentración de RNH3+ Y OH − en la solución. Los valores altos de Kb están por lotanto asociados con aquellas aminas que son bases más fuertes y los valores menores de Kb corresponden alas aminas que son bases débiles.

ALQUILACIÓN DE AMINAS POR HALOGENUROS DE ALQUILO

Las aminas reaccionan con los halogenuros de alquilo primarios formando halogenuros de amonio alquilados.La alquilación se lleva a cabo mediante el mecanismo SN2, de modo que no se lleva a cabo con loshalogenuros terciarios, porque están demasiado impedidos. Los halogenuros secundarios con frecuencia danbajos rendimientos y la eliminación predomina sobre la sustitución.

Desafortunadamente, la sal que se forma inicialmente puede desprotonarse. La amina secundaria resultante esnucleofílica, y puede reaccionar con otra molécula del halogenuro.

La dificultad al emplear esta alquilación directa estriba en detenerla en la etapa deseada. Aún si se agrega sóloun equivalente del halogenuro, algunas moléculas de amina reaccionan una, dos y hasta tres veces(produciendo la sal de tetraalquil amonio). Sin embargo, hay dos tipos de reacción donde la alquilación de lasaminas da buenos rendimientos de los productos alquilados que se desean:

La alquilación exhaustiva para obtener la sal de tetraalquil amonio. Se evitan las mezclas de diferentesproductos alquilados si se agrega suficiente halogenuro de alquilo para alquilar la amina tantas veces comosea posible. Esta alquilación exhaustiva da la sal de tetraalquil amonio. Se agrega una base débil (confrecuencia NaHCO3 o NaOH diluido) para desprotonar las aminas alquiladas intermedias y para neutralizarlas grandes cantidades de HX que se forman en lareacción.

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Reacción con un gran exceso de amoniaco. Como el amoniaco es barato y de bajo peso molecular, se puedeemplear en exceso. Si se agrega lentamente un halogenuro de alquilo primario a un exceso de amoniaco, seforma la amina primaria y es reducida la probabilidad de dialquilación. El amoniaco restante se dejaevaporar.

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REACCIONES DE AMINAS CON ÁCIDO NITROSO

Las reacciones de las aminas con ácido nitroso (H − O − N = O) son especialmente útiles. Como el ácidonitroso es inestable, se genera in sitru (en el medio de reacción) mezclando nitrito de sodio (NaNO2) conácido clorhídrico diluido y frío.

En una solución ácida, el ácido nitroso se puede protonar y perder agua para formar el ion nitrosonio, +N = O.Este ion nitrosonio parece ser el intermediario resctivo en la mayor parte de las reacciones entre aminas yácido nitroso.

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Reacción con aminas primarias: formación de sales de diazonio. Las aminas primarias reaccionan conel ácido nitroso , a través del ion nitrosonio, para producir cationes de diazonio de la forma R − N =N. A este procedimiento se le llama diazoación de la amina. Las sales de diazonio son los productosmás útiles que se obtienen con reacciones de aminas con ácido nitroso. El mecanismo de la formaciónde la sal de diazonio comienza con un ataque nucleofílico del ion nitrosonio para formar unaN−nitrosoamina.

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A continuación, la transferencia de un protón de un átomo de nitrógeno al oxígeno forma un grupo hidroxilo yun segundo enlace N − N.

La protonación del grupo hidroxilo, seguida de pérdida de agua, produce el catión diazonio.

La reacción total de diazoación es:

Las sales de alcanodiazonio son inestables. Se descomponen rápidamente en nitrógeno y carbocationes.

La fuerza impulsora para esta reacción es la formación de N2, una molécula excepcionalmente estable. Loscarbocationes que se generan de este modo reaccionan como otros cationes que se han visto: por ataquenucleofílico para dar sustitución, por sustracción de protón para dar eliminación, y por rearreglo.

Reacciones con aminas secundarias: formación de N−nitrosoaminas. Las aminas secundariasreaccionan con el ion nitrosonio para formar N−nitrosoaminas secundarias.

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Las N−nitrosoaminas secundarias son estables bajo las condiciones de reacción, porque no tienen al protón N− H necesario para participar en la segunda etapa de la reacción de formación de cationes de diazonio.

Reacción con aminas terciarias. Las aminas terciarias reaccionan con el ion nitrosonio formando salesde N−nitrosoamonio. Como no hay protón N − H ácido en la sal de N−nitrosoamonio terciario, esposible la pérdida de un protón para dar la N−nitrosoamina. Simplemente se presenta un equilibrioentre la amina y la sal de N−nitrosoamonio.

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REACCIONES DE COPULACIÓN DE LAS SALES DE DIAZONIO

Las sales de diazonio son electrófilos débiles; reaccionan con compuestos aromáticos muy reactivosproduciendo compuestos azo. Esta reacción de sustitución aromática electrofílica se conoce con frecuenciacomo reacción de copulación diazo.

Las reacciones de copulación entre las sales de diazonio y los fenoles se llevan a cabo con mucha rapidez ensolución ligeramente alcalina. Bajo estas condiciones gran parte del fenol presente se encuentra como ionfenóxido, ArO − y los iones fenóxidos son todavía más reactivos en las sustituciones electrofílicas que losfenoles mismos. Sin embargo, si la solución es demasiado alcalina (pH mayor que 10) la sal de diazoniomisma reacciona con el ion hidróxido formando un diazohidróxido o ion diazotato no reactivo:

La reacción de copulación de las aminas se llevan a cabo con mayor rapidez en soluciones ligeramente ácidas(pH 5−7). Bajo estas condiciones la concentración de la sal de diazonio es máxima; al mismo tiempo no esgrande la cantidad de amina que se ha convertido en una sal de amina no reactiva

USOS E IMPORTANCIA DE LAS AMINAS A NIVEL INDUSTRIAL.

Las aminas como compuestos son muy importantes y reconocidas en industrias como las cosméticas y textilespor el uso o aplicación de la p−Fenilendiamina y algunos derivados se usan en composiciones para teñir elpelo y como antioxidantes para caucho.

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La dimetilanilina se obtiene en la industria por reacciones de la anilina con metanol.

H N NH (p−Fenilendiamina)

CH

NH + 2H C−OH H N + 2H O

200 ºC CH

Este producto se utiliza en cantidades importantes en la industria de colorantes (como copulante en colorantesazoicos y es la base de la fabricación de colorantes de trifenil metano.

Las aminas de cadena larga son la base para la fabricación de tensoactivos. Los principales tipos son lossiguientes.

CATIONICOS.

CH

a) H C− (CH)−CH−N−CH CL

CH

H C−(CH)−CH CH

b) N Br

H C−(CH)−CH CH

H

c) H C−(CH)−CH−N−H O−C−CH

H O

NO IONICOS BASICOS.

H

d) H C−(CH)−CH−N−CH−CH−CH−NH

(Dianinas grasas)

CH−CH OH

e) H C−(CH)−CH−N

CH−CH OH

(Aminas atoxiladas)

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Estos compuestos tienen aplicaciones muy diversas de interés industrial: son bactericidas y alguicidas de granconsumo y se utilizan como inhibidores de la corrección de tuberías metálicas o en los líquidos ácidos paralimpiar la herrumbre, porque forman una capa hidrófoba protectora al unirse a la superficie del metal por laparte polar.

Los tenso actínidos catiónicos son agentes de flotación que se utilizan para separar minerales valiosos de suganga, porque se absorben sobre las partículas cristalinas ácidas. En otros casos el que flota espreferentemente el mineral valioso, dependiendo de su composición.

Los compuestos de tipo b) con dos cadenas largas en el N, son los componentes activos de los productossuavizantes o ablandadores de tejidos que se usan después de el lavado y enjuagado de toallas, sabanas yprendas de vestir al fijarse sobre las fibras por su parte ionica las lubrica e impide su adherencia al secarse.

Las aminas de tipo e) se utilizan para preparar emulsiones de asfalto que se adhieren muy bien al lecho deroca o piedras y al cemento.

Las etanolaminas se utilizan para preparan amidas que son detergentes no iónicos empleados en preparadoscosméticos, por su carácter suavizante, y para la fabricación de morfolina, un disolvente industrial de ampliouso.

H N−CH−CH OH

AMIDAS

Las amidas son derivados del amoniaco o de las aminas, éstas son productos que se obtienen por acilación deaminas alifáticas o aromáticas, también son derivados de los ácidos carboxílicos. Las amidas secundarias seconocen con el nombre de imidas; las amidas derivadas de tres sustituciones de hidrógeno del amoniaco porgrupos acilos son las amidas terciarias.

Las amidas son sólidos a temperatura ambiente y poseen un punto de ebullición muy alto. Fundamentalmenteello se debe a la posibilidad de asociación por puentes de hidrogeno entre el grupo carbonilo de la amida y loshidrógenos del grupo amino, que dan lugar a una estructura del siguiente tipo entre moléculas, lo que hace quepresenten formas cristalinas estables: C=O.H−N

La polarización del grupo carbonilo hace que posean un momento bipolar elevado por tanto presentansimultáneamente una capacidad de asociación al margen de los puentes de hidrógeno, debida a los momentosbipolares permanentes, que producen atracciones electroestáticas adicionales. La sustitución de los hidrógenospor grupos alquílicos en el grupo amino hacen que disminuya su capacidad de formación de puentes dehidrogeno, por la que las amidas de estas características poseen puntos de fusión y ebullición mas bajos.

CLASIFICACION DE AMIDAS

Una amida se forma por la reacción de un àcido carboxilico con amoniaco o una amina, se considera que elgrupo funcional de la amida es neutro. Las amidas se clasifican en primarias, secundarias y terciarias.

A una amida de la forma R−−−−CO−−−−NH2 se le llama amida primaria porque solo tiene un àtomo decarbono unido al àtomo de nitrógeno.

R−−−−C−−−−NH2

Amida primaria

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A una amida que tenga un grupo alquilo en el nitrógeno R−−−−CO−−−−NHR' se le conoce como amidasecundaria o bien amida N−sustituida.

R−−−−C−−−−N−−−−R' amida secundaria

(amida N−sustituida)

A las amidas con dos grupos alquilo en el nitrógeno (R−−−−CO−−−−NR'2) se le llama amidas terciarias oamidas N,N−disustituidas.

R−−−−C−−−−N−−−−R'

amida terciaria.

(amida N,N−disustituida)

NOMENCLATURA DE AMIDAS.

Para dar nombre a una amida primaria , se menciona primero el ácido correspondiente. Se eliminan la palabraácido y el sufijo ico, o el sufijo oico del nombre del ácido carboxílico, y se le agrega el sufijo amida. Lasamidas secundarias y terciarias se nombran tratando a los grupos alquilo en el nitrógeno como sustituyentes,especificando su posición mediante el prefijo N−.

Nombre IUPAC: N−etiletanamida N, N−dimetilmetamida N−etil−N,2−dimetilpropanamida.

Nombre común: N−etilacetamida N,N−dimetilformamida N−etil−N−metilisobutiramida.

Para los ácidos llamados alcanocarboxílicos, las amidas correspondientes se designan empleando el sufijocarboxamida. Algunas amidas, como la acetanilida, tienen nombres históricos que todavía se emplean.

Ciclopentanocarboxamida N,N−dimetilciclopropanocarboxamida Acetanilida.

Lactamas A las amidas cíclicas se les llama lactamas. Estás se forman a partir de los aminoácidos, donde elgrupo amino y el grupo carboxilo se han unido para formar la amida. Las lactamas se nombran como a laslactonas, y se emplean con mayor frecuencia los nombres comunes que los nombres IUPAC.

Nombre IUPAC: ácido 4−aminobutanoico lactama del ácido 4−aminobutanoico

Nombre común: ácido y− aminobutíricol y− butirolactama.

REACCIONES DE LAS AMIDAS

Como las amidas son los derivados de ácido más estables, no se convierten fácilmente en otros derivados porsustitución nucleofílica de acilo. Desde el punto de vista de la síntesis, su reacción más importante es lareducción para formar una amina; este es uno de los mejores métodos para sintetizar este grupo funcional. Elrearreglo de Hoffman convierte también las amidas en aminas, con pérdida de un átomo de carbono. Aunquese considera que una amida es un grupo funcional neutro, es débilmente básico y débilmente ácido, y sehidroliza mediante ácidos o bases fuertes.

Deshidratación de amidas a notrilos. Los agentes deshidratantes fuertes pueden eliminar una molécula de aguade una amida primaria para formar un nitrilo. La deshidratación de las amidas es uno de los métodos máscomunes para síntesis de nitrilos. El pentóxido de fósforo (P2O5) es el reactivo tradicional para esta

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deshidratación, pero a veces el oxicloruro de fósforo (POCl3) da mejores rendimientos.

USOS INDUSTRIALES

ACRILAMIDA

La acrilamida es un compuesto orgánico de tipo amida. Es blanca, inodora y cristalina, soluble en agua, etanoly éter. Se emplea en la fabricación de papel, extracción de metales, industria textil y obtención de colorantes.También se emplea en la síntesis de poliacrilamidas.

La acrilamida se puede formar al calentar comida (especialmente compuestos que contienen almidón),friéndola o asándola a más de 120 ºC, se podría formar a través de diferentes mecanismos a partir dediferentes compuestos presentes en la comida, como aminoácidos, proteínas, carbohidratos, lípidos, etc. estopuede suponer un problema pues según estudios en animales la acrilamida es un probable carcinógeno enhumanos.

El acido sulfanilico también se usa en la industria de colorantes azoicos y se obtiene calentando el sufato deanina. Las sulfanilamida y sus derivados tienen un alto poder bacteriostatico; constituyen el arma poderosacontra las enfermedades infecciosas antes del descubrimiento de la penicilina y todavía hoy se consumenextensamente.

La primera sulfamida utilizada fuel el prontosil , un colorante azoico de sulfanilamida, que es el agente activo.Sean sintetizados varios miles de derivados de los que unos 40 se han comercializado, por ejemplo:

Sulfapiridina, sulfapirimidina, sulfameacina, sulfatiazol, sulfametoxazol, acilsulfatiazoles, sulfaguanidina.

La actividad antibacteriana de las sulfamidas se debe a que son antagonistas (antimetabolitos) del acidop−aminobenzoico(pab), que es un metabolito esencial para el crecimiento de las bacterias. La semejanza entreel paba y las sulfas hace que estas ocupen el lugar de aquel en la síntesis de acido folico dando un compuestoanálogo sin actividad vitaminica.

Algunos medicamentos antidiabéticos son sulfonamidas mas complejas como: carbutamida, tolbutamida ysulfonamidas

Las sulfonamidas fueron las primeras drogas eficaces empleadas para el tratamiento sistémico de infeccionesbacterianas en el ser humano. Les caracteriza compartir una estructura química similar al ácidopara−amino−benzoico (paba).

La evolución en la investigación, con la aparición de nuevos agentes, limitó su uso. Actualmente elcotrimoxazol aumenta su interés clínico. Esta es una combinación a dosis fijas de sulfametoxazol (smx) contrimetoprim (tmp). Inicialmente aprobado por la food and drug administration (fda) para su uso en: infecciónurinaria crónica, neumonía por pneumocystis carinii, shigelosis y otitis media, posteriormente se le asignóotros usos.

Estructura química. El compuesto base de las sulfonamidas es la sulfanilamida, cuya estructura es similar alpaba, factor requerido por las bacterias para la síntesis del ácido fólico. Importa el grupo amino libre enposición 4 pues se relaciona con su actividad. Las sustituciones a nivel del radical sulfonilo modifican lascaracterísticas farmacocinéticas, pero no la actividad antibacteriana. Las sustituciones en el grupo amino enposición 4 dan compuestos de menor absorción intestinal.

Mecanismo de acción. Las sulfonamidas son análogos estructurales y antagonistas del paba (ácido para amino

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benzoico) e impiden la utilización de este compuesto para la síntesis de ácido fólico. Este a su vez actúa en lasíntesis de timina y purina. Esta acción se ejerce compitiendo por la acción de una enzima bacterianaresponsable de la incorporación de paba al ácido dihidropteroico, precursor del ácido fólico.

Las células de los mamíferos requieren ácido fólico preformado ya que no pueden sintetizarlo y por lo tantono son atacadas. El efecto sinérgico de las sulfonamidas asociadas a trimetoprim se debe a la inhibiciónsecuencial de esta vía metabólica.

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