Nitración de la Anilina

Estrategia: remover el grupo acilo de la amida por

medio de una hidrólisis

CH(CH3)2

NHCCH3

O

NO2 KOH

etanol,

calor

CH(CH3)2

NH2

NO2

(100%)

Halogenación de arilaminas

Se lleva a cabo con facilidad sin necesidad de proteger al

grupo amino, pero es difícil de limitar esta reacción a la

monohalogenación

CO2H

NH2

Br2

ácido acético

(82%)

CO2H

NH2

Br Br

Monohalogenación de arilaminas

Para lograr esta reacción se disminuye la reactividad de la arilamina convirtiéndo el grupo NH2 en un grupo amida –C(O)-NH2, lo cual permite limitar esta reacción a una monosustitución

Cl

NHCCH3

O

CH3

(74%)

Cl2

ácido acético

NHCCH3

O

CH3

Sulfonación de Anilina. Síntesis del ácido sulfanílico

FORMACIÓN DEL ELECTRÓFILO

PRIMERA REACCIÓN: FORMACIÓN DEL ÁCIDO SULFÁMICO

SEGUNDA REACCIÓN: SEA

Reacciones de Friedel-Crafts

El grupo amino de una arilamina deben ser protegidos como una amida para poder llevar a cabo la reacción de Friedel-Crafts

NHCCH3

O

CH2CH3 CH3CCl

O

AlCl3

(57%)

NHCCH3

O

CH3

C-CH3 O

FORMACIÓN DE AMIDAS

SULFONAMIDAS

Oscar Heinrich Daniel Hinsberg

Químico alemán

Soluble en

agua

Soluble en agua

Neuralizado

con la base

Sólido insoluble

Amina 3ª-

Amina 2ª-

Amina 1ª-

(ÁCIDO)

(no se aisla)

Amina primaria

Soluble

Insoluble

Amina secundaria

No hay reacción

Insoluble

Amina terciaria

Insoluble

Soluble

FORMACIÓN DE AMIDAS

CARBOXAMIDAS

RCOH

O

+ R'NH2 RCO

O

+ R'NH3

+ –

calor

RCNHR'

O

+ H2O

Preparación de las amidas

Las aminas no reaccionan con los ácidos

carboxílicos para formar amidas. La única reacción

que ocurre es un equilibrio ácido-base.

COH

O

+

H2N

225°C

+ H2O

(80-84%)

CNH

O

Ejemplo

RCCl

O

+ RCNR'2

O

+ H2O

Los cloruros de acilo reaccionan con el amoniaco

y las aminas para formar amidas:

R'2NH + HO–

+ Cl–

C R

O

Cl

NR'2

H

Reacciones de los Cloruros de Acilo

A través de:

C6H5CCl

O

+ NaOH

(87-91%)

H2O

HN

C6H5CN

O

Ejemplo

+ RCNR'2

O

+

Los anhídridos de ácidos reaccionan con amoniaco o

aminas para formar amidas:

2R'2NH RCOCR

O O

RCO–

O

R'2NH2

+

A través de:

C R

O

OCR

NR'2

H

O

Reacciones de los anhídridos de ácido

(98%)

+ CH3COCCH3

O O

H2N CH(CH3)2

O

CH3CNH CH(CH3)2

Ejemplo

DROGAS SULFAS

ÁCIDO FÓLICO (Vitamina B9)

Factor de crecimiento

Ácido p-aminobenzoíco Sulfanilamida

ÁCIDO FÓLICO: FACTOR DE CRECIMIENTO

http://dept.lamar.edu/chemistry/martincb/folic%20acid.gif

Sulfa un antimetabolito

Sulfadiazina, antibiótico

¿Cuál la sulfa que todavía se usa?

PROPONER SU SÍNTESIS QUÍMICA A PARTIR DE BENCENO

Bactrim (sulfametoxazol y trimetoprim) es un antibiótico

FORMACIÓN DE IMINAS

R'R

O

+ H N

H

ZR'R

NZ

+ H O H

REACTIVO PRODUCTO

H H N

H

H AMONIACO

R'R

NH

IMINA

RIMINA

R'R

NR

AMINA H N

H

R BASE DE SCHIFF

NH2 H N

H

NH2 HIDRAZINA

R'R

NNH2

HIDRAZONA

Z en H N

H

Z

PRIMARIA

R'R

O

+ H N

H

ZR'R

NZ

+ H O H

REACTIVO PRODUCTO

N

H

Ph

OHOXIMA

R'R

NOH

HIDROXILAMINA

H N

H

OH

N

H

C

O

NH2

FENILHIDRAZINA FENILHIDRAZONA

Z en H N

H

Z

SEMICARBAZIDA SEMICARBAZONA

N

H

Ph

H

NH

N

H

C

O

NH2

H

NHN

C

H

O

NH2N

R R'

NPh

H

N

R R'

CH3C

H3C

O

+ H N

H

O H H O HCH3

CH3C

NO

H

+

Kobs

(min-1

)

pH

FORMACIÓN DE

ENAMINAS

Formación Enaminas

Después de la adición de R2NH, el proton se pierde en el átomo de carbono adyacente

C

C

O

C

C

O

H++ R2NH

NH

R

C

C

HON

R

C

C

H2ON

R

C

C

N

R

+ H3O+

R

H

H HH

H H

R R R

H H H

Gilbert Stork (nacio el 31 de diciembre de

1921 en Bruselas, Bélgica). Químico orgánico

belga que radica los Estados Unidos

enamina imina

Aminas

secundarias más

utilizadas

piperidina

pirrolidina

morfolina

Sal de iminio

1er. Paso. Activación del grupo carbonilo

2o. Paso. Adición de la amina 2ª

3er. Paso. Equilibrios ácido base

Formación de agua como grupo saliente

4o. Paso. Eliminación de agua y del protón del carbono β

para formar la enamina (pasando por la sal de

iminio)

Paso

1

Paso

2

Paso

3 Trabajo

final

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Stork_C_alkylation.png

ADICIÓN DE MICHAEL: ADICIÓN-1,4

1 2

3 4

Nitrosación de Alquilaminas

Ion nitrito, ácido nitroso y el cation nitrosilo

H +

– O ••

• •

•• N O

•• • •

•• O •• ••

N O •• • •

•• H

H +

O •• N O

•• • •

H

H

+ • • +

•• N O

•• • • + O • •

H

H

• •

ION NITROSONIO

Catión nitrosilo y nitrosación

+

•• N O

•• • • + •

• N N •• N O

•• • •

+

ION NITROSONIO

R1 R1

R2 R2

H H

Nitrosación de alquilaminas secundarias

la nitrosación de aminas secundarias forma una N-nitroso

amina

+

•• N O

•• • •

• • N

H

+

N •• N O

•• • •

+

H

+ H

+

N •• N O

•• • •

• •

R1

R2

R1

R2

R1

R2

(CH3)2NH •• NaNO2, HCl

H2O (88-90%)

•• (CH3)2N

•• N O

•• • •

Ejemplo

NITROSAMINA

Algunas N-nitroso aminas

N-nitrosopirrolidina

(nitrito para curar tocino)

N

N O

N-nitrosonornicotina

(humo del tabaco)

N

N O

N

(CH3)2N N O N-nitrosodimetilamina

(curtido de pieles)

Nitrosación de alquilaminas primarias

Es análogo a la nitrosación de aminas secundarias a partir

de este punto

+ +

•• N O

•• • •

• • N

H

H R

N •• N O

•• • •

+

H

H R

+ H

+

N •• N O

•• • •

• •

R

H

H +

N •• N O

•• • •

R

H H

+

• • N

•• N O

•• • •

R

H

H +

H +

Nitrosación de alquilaminas primarias

N •• N O

•• • •

• •

R

H

+

La nitrosación de una alquilamina

primaria da una sal de un ion

alquildiazonio

El proceso se llama diazoación

+ N N • • R

H

• • O

H

• • +

Nitrosación de alquilaminas primarias

Iones alquildiazonio

Los iones de alquildiazonio pierde con

facilidad N2 para dar carbocationes

+ N N • • R R

+ + N N • • • •

Ejemplo: Nitrosación de la 1,1-dimetilpropilamina

NH2

N N +

HONO

H2O

OH

(80%)

+

(2%) (3%)

+ – N2

Nitrosación de alquilaminas

Hasta el momento no hay alguna química útil

asociada con la nitrosación de alquilaminas terciarias

• • N

R

R

R

N •• N O

•• • •

+ R

R

R

Nitrosación de arilaminas

Nitrosación de arilaminas terciarias

La reacción que se lleva a cabo es una SEA

N(CH2CH3)2

(95%)

1. NaNO2, HCl,

H2O, 8°C

2. HO–

N(CH2CH3)2

N O

Nitrosación de N-alquilarilaminas

Es similar a las alquilaminas secundarias;

se obtienen N-nitrosoaminas

NaNO2, HCl,

H2O, 10°C

NHCH3

(87-93%)

NCH3

N O

Nitrosación de arilaminas primarias

Se obtienen iones de aril diazonio

Los iones aril diazonio son mucho más estables que los

iones de alquildiazonio

La mayoría de los iones de aril diazonio son estables

bajo las condiciones en las que se forman (0-10°C)

ArN N

+

RN N + rápido

lento

R + + N2

Ar +

+ N2

(CH3)2CH NH2

NaNO2, H2SO4

H2O, 0-5°C

(CH3)2CH N N +

HSO4–

Ejemplo

Origen sintético de las sales de arildiazonio

Ar H

Ar NO2

Ar

Ar N N +

NH2

Transformaciones sintéticas

de las sales de arildiazonio

Transformaciones de las sales de aril diazonio

Ar N N +

Ar H

Ar OH

Ar I

Ar F

Ar Br Ar Cl

Ar CN

1) Preparación de fenoles

Ar N N +

Ar OH

H2O, calor

Mecanismo: carbocatión arilo

2. H2O, calor

(CH3)2CH NH2

1. NaNO2, H2SO4

H2O, 0-5°C

(CH3)2CH OH

(73%)

Ejemplo

2) Preparación de los fluoruros de arilo

Se calienta el sal del tetrafluoroborato del ion diazonio; este proceso se conoce como reacción de Balz-Schiemann (químicos alemanes Günther Schiemann y Günther Balz).

Ar N N +

Ar F

Mecanismo: carbocatión arilo

CALOR

HBF4 (ó HPF6)

(68%)

NH2

CCH2CH3

O

2. HBF4

1. NaNO2, HCl,

H2O, 0-5°C

3. calor

F

CCH2CH3

O

Ejemplo

3) Preparación de nitrocompuestos

Mecanismo: carbocatión arilo

Ar N N +

Ar NO2

NaNO2

CALOR

Transformaciones de las sales de aril diazonio

Ar N N +

Ar H

Ar OH

Ar I

Ar F

Ar Br Ar Cl

Ar CN

1) Preparación de los yoduros de arilo

Es por medio de la reacción de una sal de arildiazonio

con yoduro de potasio

Ar N N +

Ar I KI

Mecanismo: radicales libres

2. KI, temp. amb.

1. NaNO2, HCl

H2O, 0-5°C

(72-83%)

NH2

Br

I

Br

Ejemplo

El ácido hipofosforoso (H3PO2) reduce a las sales de

diazonio; el etanol también lo puede hacer. Esta reacción

se conoce como desaminación reductiva

Ar N N +

Ar H

Transformaciones de las sales de aril diazonio

(70-75%)

NaNO2, H2SO4,

H3PO2

NH2

CH3 CH3

Ejemplo

Ar N N +

Ar H

Ar OH

Ar I

Ar F

Ar Br Ar Cl

Ar CN

Transformaciones de las sales de aril diazonio

Mecanismo: radicales libres con sales cuprosas

Preparación de cloruros o bromuros de arilo y derivados de benzonitrilo

Los cloruros o bromuros de arilo se preparan al calentar la sal de diazonio con cloruro de cobre (I) o bien bromuro de cobre (I)

Las reacciones de sustitución que usan halogenuros de cobre(I) se conocen como reacciones de Sandmeyer

Ar N N +

Ar Br Ar Cl

Ar CN

Traugott Sandmeyer,

investigador suizo

(68-71%)

NH2

NO2

2. CuCl, calor

1. NaNO2, HCl,

H2O, 0-5°C

Cl

NO2

Ejemplo

(89-95%)

2. CuBr, calor

1. NaNO2, HBr,

H2O, 0-10°C NH2

Cl

Br

Cl

Ejemplo

Preparación de Aril Nitrilos

Los arilnitrilo se preparan cuando una sal de diazonio se hace reaccionar con cianuro de cobre (I) bajo calentamiento

Este es otro tipo de la reacción Sandmeyer

Ar N N +

Ar CN Cu(CN)2

(64-70%)

2. CuCN, calor

1. NaNO2, HCl,

H2O, 0°C NH2

CH3

CN

CH3

Ejemplo

calor calor

HCl

HBr

Lo que hace valiosas a las sales de diazonio

1) la introducción de los siguientes sustituyentes en el anillo bencénico: OH, F, I, y CN

2) obtener patrones de sustitución en el anillo que de otra manera serían muy difíciles de obtener

Permiten

¿Cómo se podría sintetizar el siguiente compuesto?

Br

Br Br

NH2

Br

Br

Br

(74-77%)

NaNO2, H2SO4,

H2O, CH3CH2OH

NH2

Br2

H2O

(100%)

Ejemplo

¿Cómo llevaría a cabo las siguientes transformaciones?

Reacciones de Azo acoplamiento

Azo ACOPLAMIENTO

Las sales de diazonio son electrófilos débiles.

Solo reaccionan con compuestos aromáticos

fuertemente activados hacia la sustitucion electrofílica

aromática.

Ar N N +

Ar' H + Ar N N Ar'

Un compuesto azo

Ar' debe tener un grupo electrodonador fuerte

como OH, OR, o NR2.

OH

+ C6H5N N +

OH

N NC6H5

Cl–

Ejemplo

COLORANTES AZOÍCOS USADOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTICIA

.

Análisis espectroscópico

de Aminas

Espectroscopía de Infrarrojo

La banda de alargamisnto del enlace N—H aparece

en el intervalo de 3000-3500 cm-1

Las aminas primarias dan dos señalesen esta región,

una para una vibración de alargamiento simétrico,

y la otra para un alargamiento antiasimétrico

R N

H

H

simétrico

R N

H

H

antiasimétrico

Las aminas

primarias dan

dos señales

por

alargamiento

del enlace

N—H

Espectroscopía de Infrarrojo

RNH2

Número de onda , cm-1

Tra

ns

mit

an

cia

(%

)

Espectroscopía de Infrarrojo

R2NH

Número de onda , cm-1

Tra

ns

mit

an

cia

(%

)

RMN-1H

Desplazamientos químicos en:

H3C CH2NH2

H3C CH2OH

N C H Está más protegido que

d 3.9 ppm d 4.7 ppm

O C H

RMN 13C

Los carbonos unidos a N están más

protegidos que los unidos a O.

CH3NH2 CH3OH

d 26.9 ppm d 48.0 ppm

max

204 nm

256 nm

max

230 nm

280 nm

max

203 nm

254 nm

Un grupo amino en un anillo bencénico desplaza la

max a una longitud de onda más larga. La

protonación del N da lugar a un espectro de UV

que se parece al del benceno

UV-VIS

NH2

NH3

+

Espectrometría de Masas

Los compuestos que solo contienen C, H, y

O tienen pesos moleculares pares. Si esta

presente un número impar de átomos de N, el

peso molecular sera impar.

Un pico de un ion molecular con un valor m/z

impar sugiere que la muestra que está siendo

analizada contiene N.

El nitrógeno estabiliza a los carbocationes, los cuales dirigen los

patrones de fragmentación.

(CH3)2NCH2CH2CH2CH3

••

e–

(CH3)2NCH2CH2CH2CH3

•+

•CH2CH2CH3 + (CH3)2N CH2

+

Espectrometría de Masas

CH3NHCH2CH2CH(CH3)2

••

e–

CH3NHCH2CH2CH(CH3)2

•+

•CH2CH(CH3)2 + CH3NH CH2

+

El nitrógeno estabiliza a los carbocationes, los

cuales dirigen los patrones de

fragmentación.

Espectrometría de Masas