amini 2010

AMINI

klorofil A

Amini

� amini su izričito bazični organki spojevi� opća formula RNH2, R2NH, R3N, R alkil- ili aril-

Podjela amina:� primarni

� sekundarni

� tercijarni

R N

H

H

R N

H

R

R N

R

R

• amini su polarni spojevi (polarna priroda N-H veze nastaje usljed razlike

u elektronegativnosti N i H atoma)

• mogu stvarati intermolekularne vodikove veze

• viša vrelišta od nepolarnih spojeva iste molekularne mase, ali ipak znatno

niža od vrelišta alkohola i karboksilnih kiselina

intermolekularna vodikova veza u aminima

Fizikalna svojstva

Soli amina� alifatski amini su bazični, slično kao amonijak, dok su aromatski

znatno manje bazični

� amini su znatno slabije baze od hidroksid i etoksid iona, ali znatno

jače od alkohola, etera, estera i vode.

� vodene otopine mineralnih ili karboksilnih kiselina daju s aminima

soli

� vodene otopine hidroksid iona lako prevode te soli ponovo u

slobodne amine RNH2 RNH3+

1o amin

R2NH R2NH2+

2o amin

R3N R3NH+

3o amin

H+

OH-

� inverzija oko dušika sprječava izolaciju enantiomera� slobodan elektronski par na dušiku ne može uvijek poslužiti kao četvrta skupina da zadrži konfiguraciju

Stereokemija dušika

inverzija amina

prijelazno stanje

sp3

sp3

p-orbitala

Amini su najpoznatije organske baze

pirolidin piperidin morfolin N-metilpirolidin kinuklidinpKa = 11,27 pKa = 11,12 pKa = 9,28 pKa = 10,32 pKa = 11,38

Priprava amina

1. Alkiliranje amonijaka pomoću alkil-halogenida

2. Alkiliranje ftalimida (Gabrijelova sinteza primarnih amida)

3. Redukcija spojeva koji sadrže dušik u funkcionalnoj skupini

nitro spojevi

azidi

nitrili

amidi

4. Reduktivno aminiranje

Alkiliranje amonijaka pomoću alkil-halogenida

primarni sekundarni tercijarni kvaterni

Korak 2:Kiselinsko bazna reakcija. Baza (suvišak amonijaka) deprotonira pozitivno nabijeni N atompri čemu nastaje alkilirani produkt, primarni amin.

Korak 1:Atom dušika u amonijaku je nukleofil koji napadaand elektrofilni C alkil-halogenida zamjenjujući bromid pri čemu nastaje nova C-N veza.

Gabrijelova sinteza

ftalimid N-supstituirani ftalimid

primarniamin

primarni alkilni amonijev kationftalna

kiselina

Redukcija

ArNO2 ArNH2

iliRNO2

metal, H+ ili H2, katalizatorili

RNH2

Redukcija nitro-spojeva

COOC2H5

NO2

H2, Pt

COOC2H5

NH2

etil-p-nitrobenzoat etil-p-aminobenzoat

Redukcija azida

alkilazid

primarniamin

Redukcija nitrila

nitril primarniamin

� nitril, RCºN, se reducira do 1o amina transformacijom CºN do R-CH2-NH2

� reagensi: LiAlH4 u eteru ili katalitičkom hidrogenacijom (npr. H2/Pd). � nitrili se pripravljaju nukleofilnom supstitucijom (SN2) cijanid iona, CN-, i primarnog ili sekundarnog alikil-halogenida� aril nitrili se takoñer mogu reducirati do arilamina.

Redukcija amida

1o amid 1o amin

2o amid 2o amin

3o amid 3o amin

Korak 3:

Vrši se redukcija pomoću nukleofilnog hidridnog aniona iz aluminijevog hidrida. H iz hidridnog reagensa se adira naelektrofilni C. Π elektroni iz C=N veze pomiču se prema kationskom N, neutraliziraju naboj i stvaraju amin

Korak 2:

Tetraedarski se intermedijar pregrañuje te kisik odlazi u obliku metalnog alkoksida. Nastaje visoko reaktivni intermedijar -iminijev kation.

Korak 1:

Nukleofilni se H iz litijaluminij hidrida adira na elektrofilni C in polarne karbonilne skupine estera. Elektroni se iz C=O veze premiještaju na elektronegativniji O tvoreći intermedijarni alkoksidni anion.

REAKCIJA LiAlH 4 S AMIDOM

Elektrostatski potencijal N-metilamonijevog iona, CH3NH3+.

N atom amonijevoga iona je područje niske elektronske gustoće zbog pozitivnoga nabojaAmonijev ion nije nukleofilan. •Niska je elektronska gustoća na protonu -NH3 skupine. •Uklanjanjem protona se generira amin. •-NH3 je lako odlazeća skupina.

Elektrostatski potencijal metilamina CH3NH2. •N atom područje je visoke elektronske gustoće (crvena boja) zbog usamljenog elektronskog para.•N atom amina je Lewisova koja reagira kao nukleofil•H atom NH skupine posjeduje nisku elektronsku gustoću (plava boja)• uklanjanje protona generira se amidni anion•-NH skupina je slaba izlazna skupina pa ju je potrebno transformirati u lako odlazeću izlaznu skupinu prije same reakcije supstitucije.

Reaktivnost

REAKCIJE AMINA

1. Nastajanje soli. Bazičnost

2. Alkiliranje

3. Prevoñenje amida u amine

4. Supstitucija u prstenu aromatskih amina

5. Hoffmanova eliminacija kvarternih amonijevih soli

6. Reakcije s dušikastom kiselinom

Važne reakcije amina (nukleofila) su reakcije sa elektrofilima poput:

• alkil halogenida - nukleofilna supstitucija• aldehida ili ketona - nukleofilna adicija• derivata karboksilnih kiselina, poput kiselinskih kiselina ili anhidrida, preko nukleofilne acilne supstitucije

REAKCIJE AMINA

Reakcije nukleofilne supstitucije

CH3CH2Br + CH3NH2

Br

CH3CH2NHCH3 + HBrCH3CH2NH2CH3

Nukleofilna acilna supstitucija

CH3CH2

C

O

ClCH3NH2+ 2

CH3CH2

C

O

NHCH3

+ CH3NH3Cl

nukleofilna adicija - eliminacija

O HN+ N + H2O

Konjugirana adicija

CH3C CHCH

CH3 O

+ CH3NH

CH3

CH3C

CH3

CH2CH

NCH3

CH3

O

Relativna reaktivnost amina

RCH2F > RCH2OH ~ RCH2OCH3 > RCH2NH2

najreaktivniji najmanje reaktivni

HF H2O RCH2OH NH3

pKa = 3.2 pKa = 15.7 pKa = 15.5 pKa = 36

Bazičnost amina. Konstanta bazičnosti.

RNH2 + H3O+ RNH3

+ + H2O

RNH3+ + OH- RNH2 + H2O

RNH2 + H2O RNH3+ + OH-

� Amine prevodimo u soli s vodenim otopinama kiselina� Iz soli se amini mogu osloboditi s lužinama� Jače su bazični od vode a slabije od hidroksid iona

jačabaza

slabijabaza

jačabaza

slabijabaza

Kb = RNH3

+ OH-

RNH2

Struktura i bazičnost� amini su bazičniji od alkohola, etera, estera...� dušik je manje elektronegativan od kisika, te može lakše prihvatiti pozitivan naboj iona� alifatski je amin bazičniji od amonijaka, jer alkilne skupine koje otpuštaju elektrone nastoje bolje raspršiti pozitivan naboj supstituiranog amonijeva iona. Takav je ion stabiliziran što nije slučaj kod nesupstituiranog amonijeva iona� alkilna skupina otpušta elektrone prema dušiku što olakšava spajanje četvrtog slobodnog elektronskog para s kiselinom.

R N: + H+ R

H

H

N

H

H

H+

R otpušta elektrone:povećava reaktivnost

slobodnog elektronskogpara

R otpušta elektrone:stabilizira ion

povećava bazičnost

Utjecaj supstituenata na bazičnost aromatskih amina

NH2

G

+ H+

G

NH3

G otpušta elektrone:stabilizira kation

povećava bazičnost

G = -NH2-OCH3-CH3

+

NH2

G

+ H+

G

NH3+

G privla či elektrone:destabilizira kationsmanjuje bazičnost

G = -NH3+

-NO2-SO3

-

-COOH-X

Kvaterne amonijeve soli. Iscrpno metiliranje. Hofmannova eliminacija

Izlazeća skupina je kvaterni amonijev ion koji posjeduje tendenciju izlaženja poput protonirane amino skupine

� Hofmannova eliminacija je E2 reakcija

Mehanizam Hofmannove eliminacije

Prevoñenje amina u supstituirane amide

RNH2

R'COCl

Ar'SO2Cl

R'CONHR

ArSO2NHR

R2NH

ArSO2NR2

R'CONR2

Ar'SO2Cl

R'COCl

R3N

R'COCl

Ar'SO2Clnema reakcije

Primarni:

sekundarni:

tercijarni:

N-supstituirani amidi

N-supstituirani sulfonamidi

N, N-disupstituirani amidi

N, N-disupstituirani sulfonamidi

Nema reakcije

� reagensi : natrijev nitrit i vod.otp. HCl ili H2SO4 (smjesa daje HNO2) � reagens za nitroziranje je nitrozonijev kation, NO+ koji nastajein situ:

Reakcije amina s dušikastom kiselinom

nitritni anion dušikasta kiselina nitrozonijev kation

1o amin diazonijeva sol

2o amin N-nitrozoamin

Sekundarni alkil ili aril amini daju N nitrozoamine

primarnialkil amin

nitrozonijevkation

diazonijevkation

alkil diazonijevkation

karbkation dušik

sekundarnialkil amin

nitrozonijevkation

N-nitrozoamin

•Tercijarni amini ne reagiraju•Oni podliježu reakciji nitroziranja u prstenu (reakciji elektrofilne aromatske supstitucije

Oksidacija amina

R NH2 R NH OH R N O R N+

O-

Ooxd oxd oxd

R NH

R

+ H2O2 R N+

R

OH

H + OH- R N

R

OH

+ H2O

R N

R

+ H2O2 R N+

R

OH

R + OH- R N

R

O_

+ H2O

R R

a hydroxylamine a nitrosocompound

oksidacija oksidacija oksidacija

hidroksilamin nitrozo spoj

DIAZONIJEVE SOLI

AZO spoj

ili

Priprava i reakcije

• kada se primarni amin otopi ili suspendira u hladnoj mineralnoj kiselini i doda

natrijev nitrit nastaje diazonijeva sol

• diazonijeve su soli nestabilne te se raspadaju i na temperaturi ledene kupelji

ArNH2 + NaNO2 + 2HX ArN N:+X- NaX H2O2+ +

REAKCIJE

1. zamjenaN2 nekim atomom ili skupinom2. kopulacija – dušik ostaje u nastalom spoju

Reakcije diazonijevih soli

• Zamjena dušika1. zamjena sa –Cl, -Br, -CN. Sandmeyerova reakcija

ArN2+

CuCl

CuBr

CuCN

ArCl + N2

ArBr + N2

ArCN + N2

Zamjena sa –OH. Sinteza fenola.

• Diazonijeve soli reagiraju s vodom dajući fenole.

ArN2+X-

+ H2O ArOH + N2 + H+

Zamjena sa –H.

ArN2+X- + H3PO2 + H2O ArH + N2 + HX + H3PO3

hipofosforastakiselina

fosforastakiselina

Kopulacija diazonijevih soli. Priprava azo-spojeva

• diazonijeve se soli pod odreñenim uvjetima spajaju s raznim aromatskim

spojevima u azo-spojeve opće formule Ar-N=N-Ar’. Ta se reakcija zove

KOPULACIJA . Dušik diazonijeve skupine zadržan je u produktu za razliku od

reakcije zamjene u kojoj se gubi dušik.

• aromatski prsten (Ar’H) koji veže diazonijev ion mora imati skupinu koja otpušta

elektrone, a to je –OH, -NR2, -NHR ili –NH2. Napad uslijedi najčešće u para

položaju prema aktivirajućoj skupini

ArN2+X- + ArH Ar-N=N-Ar' + H+

Kopulacija s aminima i fenolima

• kopulacija s fenolim odvija se u slabo alkalnoj sredini, a s aminima u slabo kiseloj

• reakcija kopulacije je elektrofilna aromatska supstitucija u kojoj je skupina koja napada, diazonijev ion.

• nitrozonijev ion, kao i diazonijev ion vrlo su slabo elektrofilni, te je njihov napad uspješan samo na prsten koji je vrlo reaktivan

Ar N N+OH- NaOH

H+Ar N N OH

H+

NaOHAr N N O-Na+

• u prisutnosti –OH- iona, diazonijev je ion u ravnoteži s neioniziranim spojem

te sa njegovom soli

• hidroksid ion prevodi diazonijev ion, koji može kopulirati u spoj koji ne

kopulira

• ako je reagens elektrofilan, kopulaciji će pogodovati mala koncentracija

hidroksid iona, a to je u vrlo kiseloj sredini

Spoj koji kopulira spoj koji ne kopulira spoj koji ne kopulira

NH2

H+

OH-

NH3+

kopulira ne kopulira

O-

H+

OH-

OH

kopulirabrzo

kopulirasporo

• kiselina prevodi amin u njegov ion, koji je zbog pozitivnog naboja

relativno nereaktivan prema elektrofilnoj aromatskoj supstituciji: premalo

reaktivan da bi mogao biti napadnut slabo elektrofilnim diazonijevim ionom.

• što je kiselost veća, to je količina ioniziranog amina veća te brzina

kopulacije manja.

Cope-ova reakcija eliminacije

Mehanizam Cope-ove eliminacije