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2 Introdução ▪ As aminas são derivados da amônia em que um ou mais prótons foram substituídos por grupos alquila ou arila ▪ As aminas são abundantes na natureza, ocorrendo naturalmente isoladas a partir de plantas, são chamadas alcaloides 3 ▪ Vários alcaloides são conhecidos da população devido à sua atividade fisiológica: ▪ Muitas aminas também desempenham papel vital na neuroquímica: 4 Nomenclatura ▪ Na nomenclatura comum, muitas aminas primárias recebem os nomes de alquilaminas ▪ Na nomenclatura sistemática, eles recebem os nomes adicionando-se o nome -amina ao nome da cadeia ou do sistema cíclico ao qual o grupo NH2 está ligado com a substituição do –o final ▪ As aminas são classificadas como sendo primárias, secundárias ou terciárias com base no número de grupos orgânicos ligados ao nitrogênio 5 ▪ Aminas Primárias: ▪ Aminas Secundárias e Terciárias: Metilamina (metanamina) Etilamina (etanamina) Isobutilamina (2-metil-1-propanamina) Cicloexilamina (cicloexanamina) Etilmetilamina (N-metiletanamina) Dietilamina (N-etiletanamina) Trietilamina (N,N- dietiletanamina) Etilmetilpropilamina (N-etil-N- metilpropanamina) 6 ▪ No sistema IUPAC, o substituinte –NH2 é chamado de grupo amino ▪ Frequentemente se utiliza este sistema para dar nomes às aminas que contêm um grupo OH ou CO2H ▪ As arilaminas são as aminas aromáticas 7 ▪ Todas a aminas heterocíclicas importantes têm nomes comuns ▪ Na nomenclatura sistemática os prefixos aza-, diaza- e triaza- são utilizados para indicar que os átomos de carbono foram substituídos por átomos de nitrogênio no hidrocarboneto correspondente ▪ A um átomo de nitrogênio no anel (ou o heteroátomo de massa atômica mais alta) é designada a posição 1 e a numeração continua de modo a fornecer o menor conjunto como um todo de localizadores para os heteroátomos 8 9 Propriedades físicas ▪ As aminas são substâncias físicas moderadamente polares ▪ Têm pontos de ebulição mais altos que os alcanos, mas mais baixos que os dos álcoois correspondentes ▪ As moléculas de aminas 1ª e 2ª podem formar ligações de hidrogênio fortes entre si e com a água ▪ As moléculas de aminas 3ª não podem formar ligações de hidrogênio umas com as outras, mas podem formar ligações de hidrogênio com a água • A aminas 3ª entram em ebulição a temperaturas mais baixas do que as aminas 1ª e 2ª ▪ Todas as aminas de massa molecular baixa são muito solúveis em água 10 Estrutura das aminas ▪ O átomo de nitrogênio da maioria das aminas é semelhante ao da amônia, com hibridização próxima de sp³ ▪ Os três grupos alquila (ou átomos de hidrogênio) ocupam os vértices de um tetraedro, enquanto o par de elétrons do nitrogênio está dirigido para o outro vértice 11 ▪ Os ângulos das ligações nas aminas são próximos de 109,5° ▪ Os ângulos de ligação para a trietilamina são de 108° ▪ Se os grupos alquila de uma amina terciária são todos diferentes, a amina será quiral ▪ Existirão duas formas enantioméricas , mas que se interconvertem rapidamente (inversão do nitrogênio) ▪ Esta interconversão não ocorre com sais de amônio quaternário 12 Basicidade das aminas ▪ As aminas são bases relativamente fracas ▪ São bases mais fortes do que a água, mas muito mais fracas que os íons hidróxido, alcóxidos e alcanetos ▪ Quando comparamos a acidez do íon amínio em termos do equilíbrio, vemos que muitos íons alquilamínio primários (RNH3 +) são menos ácidos do que o íon amônio (NH4 +) ▪ Podemos explicar isto com base na habilidade doadora de elétrons de um grupo alquila, estabilizando a carga positiva 13 ▪ A explicação é apoiada pelas medidas em fase gasosa e as basicidades aumentam com o aumento da substituição por metila: ▪ Contudo, esta não é a ordem de basicidade destas aminas em solução aquosa, que é: 14 ▪ A razão para essa aparente anomalia se deve ao fato de que em solução aquosa os íons amínio formados a partir de aminas 2ª e 1ª são estabilizados pela solvatação através de ligação de hidrogênio mais eficiente do que aqueles formados de aminas 3ª ▪ A solvatação mais pobre do íon amínio formado de uma amina terciária mais do que cancela o efeito doador de elétrons dos três grupos metila e torna a amina terciária menos básica em solução aquosa ▪ Contudo, o efeito doador dos grupos metila ainda torna a amina 3ª mais básica que a amônia 15 ▪ Basicidade de arilaminas ▪ Quando examinamos os valores de pKa dos íons amínio de aminas aromáticas, vemos que elas são bases muito mais fracas do que a amina não-aromática correspondente ▪ A explicação para esse fato se dá nas estruturas de ressonância do íon arilamínio e da arilamina 16 ▪ Na anilina temos cinco estruturas de ressonância contribuintes: ▪ Quando a anilina recebe um próton, ela se torna um íon anilínio, que tem duas estruturas de ressonância: 17 ▪ Quando comparamos o íon anilínio com o íon cicloexilamínio, podemos ver, em termos energéticos, que a reação de formação do íon cicloexilamínio é um pouco mais favorável ▪ A anilina (reagente) é mais estável que a cicloexilamina 18 ▪ Basicidade de aminas heterocíclicas ▪ As aminas heterocíclicas não-aromáticas têm basicidade que são aproximadamente as mesmas daquelas de aminas acíclicas ▪ As aminas aromáticas heterocíclicas são bases muito mais fracas do que as aminas não-aromáticas ou a amônia: 19 ▪ Aminas versus Amidas ▪ Apesar de as amidas serem superficialmente semelhantes às aminas, elas são muito menos básicas ▪ O pKa do ácido conjugado de uma amida típica é aproximadamente zero 20 ▪ Um fator mais importante que explica o fato de as amidas serem bases mais fracas do que as aminas é o poderoso efeito retirador de elétrons do grupo carbonila A carga negativa fica no oxigênio! 21 ▪ Sais de amínio e sais de amônio quaternário ▪ Quando aminas primárias, secundárias e terciárias agem como bases e reagem com ácidos, elas formam compostos chamados sais de amínio ▪ Em um sal de amínio, o átomo de nitrogênio carregado positivamente é ligado a pelo menos um átomo de hidrogênio ▪ Quando o átomo de nitrogênio central de um composto carregado positivamente, mas não está ligado a um átomo de hidrogênio, o composto é chamado de sal de amônio quaternário 22 ▪ Sais de amínio e sais de amônio quaternário R2 N R1 R 3 + H Cl R2 N R1 R 3 + R4 Br H2O R2 NR1 R 3 H (aminium salt) Cl R2 NR1 R 3 R4 (quaternary ammonium salt) Br Contudo, hidróxidos como R4N ⊕ ⊖ OH são bases fortes(tão fortes quanto NaOH) Não podem agir como base 23 ▪ Quase todos os cloretos, brometos, iodetos e sulfatos de alquilamínio são solúveis em água ▪ Assim, as aminas primárias, secundárias ou terciárias que não são solúveis em água dissolvem-se em HCl, HBr, HI e H2SO4 aquoso diluído R2 N R1 R3 + H X R2 NR1 R 3 H (water soluable) X O R NH2 water-insoluable HX 24 ▪ Aminas como agentes de resolução ▪ Aminas enantiomericamente puras são geralmente utilizadas para resolver formas racêmicas de compostos ácidos através da formação de sais diasteroisoméricos ▪ Esse procedimento é conhecido como resolução, onde uma forma racêmica de um composto orgânico pode ser resolvida (separada) em seus enantiômeros com o enantiômero único de uma amina como um agente de resolução 25 ▪ Aminas como agentes de resolução OH O HO H HO O OHH (R) (S) H2N HH3C (R)-Amine (optically pure) + Racemic (R,S)-acid This is the resolving agentO O HO H (R) H3NHH3C (R) O O OHH (S) H3N HH3C (R) separate (R,R)-salt (S,R)-salt OH O HO H (R)-Acid HO O OHH (S)-Acid H3O + H3O + 26 Preparação de Aminas ▪ Através de reações de substituição nucleofílica ▪ Alquilação de amônia ▪ Os sais de aminas primárias podem ser preparados a partir da amônia e de haletos de alquila através de SN ▪ O método, contudo, é de aplicação limitada porque ocorrem alquilações múltiplas X NH3 NH2 H X NH3 NH2 27 ▪ Através de reações de substituição nucleofílica ▪ Alquilação de amônia NH2 N H X X H (over-alkylation) NH3 N H NH3 X N N+ X 28 ▪ Através de reações de substituição nucleofílica ▪ Alquilação de íon azida e redução ▪ Um método melhor para a preparação de uma amina primária a partir de um haleto de alquila é primeiro converter o haleto em uma alquilazida (R–N3), seguida de redução com Na ou LiAlH4 29 ▪ Através de reações de substituição nucleofílica ▪ A síntese de Gabriel ▪ A ftalimida de potássio também pode ser utilizada para preparar aminas primárias através de um método conhecido como síntese de Gabriel ▪ A síntese também evita as complicações de alquilações múltiplas que ocorrem quando os haletos de alquila são tratados com amônia 30 ▪ Através de reações de substituição nucleofílica ▪ A síntese de Gabriel N O O H 1. KOH 2. Br N O O NH2NH2 EtOH, heat N N O O H H H2N + 31 ▪ Preparação de aminas aromáticas através da redução de compostos nitro ▪ O método mais amplamente utilizado para a preparação de aminas aromáticas envolve a nitração do anel e subsequente redução do grupo nitro em um grupo amino ▪ A redução do grupo nitro pode ser realizada de várias maneiras: hidrogenação catalítica, tratamento com ácido e ferro (zinco ou estanho ou sal metálico (como o SnCl2)) podem ser utilizados 32 ▪ Preparação de aminas aromáticas através da redução de compostos nitroR H R NO2 R NH2 HNO3 H2SO4 H2, catalyst 1. Fe, HCl 2. NaOH 33 ▪ Preparação de aminas primárias, secundárias e terciárias através da aminação redutiva ▪ Os aldeídos e cetonas podem ser convertidos em aminas através da redução catalítica ou química na presença de amônia ou de uma amina 34 ▪ Preparação de aminas primárias, secundárias e terciárias através da aminação redutiva O R R' H2N R"+ two steps R R' HO NHR" Hemiaminal R R' N R" (- H2O) Imine [H] NHR" R R' H 35 ▪ Preparação de aminas primárias, secundárias e terciárias através da aminação redutiva ▪ Os agentes redutores empregados incluem o hidrogênio e um catalisador (Ni) ou NaBH3CN ou LiBH3CN (cianoboroidreto de sódio ou de lítio) 36 ▪ Preparação de aminas primárias, secundárias e terciárias através da redução de nitrilas, oximas e amidas ▪ As nitrilas, as oximas e as amidas podem ser reduzidas a aminas ▪ A redução de uma nitrila ou uma oxima produz uma amina primária; a redução de uma amida pode produzir uma amina primária, secundária ou terciária 37 ▪ Preparação de aminas primárias, secundárias e terciárias através da redução de nitrilas, oximas e amidas ▪ Exemplos: 38 ▪ Preparação de aminas primárias, secundárias e terciárias através da redução de nitrilas, oximas e amidas ▪ A redução de uma amida é a última etapa em um procedimento útil para a monoalquilação de uma amina ▪ O processo começa com a acilação de uma amina utilizando-se um cloreto de acila ou um anidrido de ácido, depois reduzida com hidreto de lítio e alumínio 39 ▪ Preparação de aminas primárias através de rearranjo de Hofmann ▪ As amidas sem substituintes no nitrogênio reagem com soluções de bromo ou cloro em hidróxido de sódio para produzir aminas através de uma reação conhecida como rearranjo de Hofmann ou degradação de Hofmann ▪ A partir da equação, podemos ver que o átomo de carbono da amida é perdido (como CO3 2-) e que o grupo R da amida torna-se ligado ao nitrogênio da amina 40 ▪ Preparação de aminas primárias através de rearranjo de Hofmann O R N H H OH O R N H Br Br O R N H Br HO O R N BrO C N R (Hofmann rearr.)(isocyanate) HO O C N OH R O C N O R H + CO2H N R H OH R NH2 41 ▪ Preparação de aminas primárias através de rearranjo de Curtius ▪ O rearranjo de Curtius é um rearranjo que ocorre com acilazidas e lembra o rearranjo de Hoffman no qual um grupo –R migra do carbono acila para o átomo de nitrogênio à medida que o grupo abandonador sai O R Cl NaN3 O R N N N O C N R + N2 (g) heat R NH2 H2O CO2 (g) + 42 Reação de aminas ▪ Reações ácido-base ▪ Alquilação ▪ Acilação 43 ▪ Substituição aromática eletrofílica 44 ▪ Oxidação de aminas ▪ As aminas alifáticas primárias e secundárias estão sujeitas à oxidação, contudo em muitos casos ocorrem reações laterais, provocando a formação de misturas complexas ▪ As aminas terciárias podem ser oxidadas de forma limpa a óxidos de aminas terciárias ▪ As arilaminas são muito facilmente oxidadas por vários reagentes, incluindo o oxigênio do ar ▪ A oxidação pode ocorrer tanto no grupo amino, quanto no anel aromático efeito doador de elétrons do grupo NH2 45 Reação de aminas com ácido nitroso ▪ O ácido nitroso (HONO) é um ácido fraco e instável, preparado in situ, geralmente através do tratamento de nitrito de sódio (NaNO2) com um ácido forte ▪ O ácido nitroso reage com todas as classes de aminas e o produto depende se a amina é primária, secundária ou terciária, alifática ou aromática HCl(aq) + NaNO2(aq) HONO(aq) + NaCl(aq) H2SO4(aq) + 2 NaNO2(aq) 2 HONO(aq) + Na2SO4(aq) 46 ▪ Reações de aminas alifáticas primárias com ácido nitroso ▪ As aminas alifáticas primárias reagem com ácido nitroso através de uma reação chamada diazotação para produzir sais de diazônio alifáticos altamente instáveis Amina alifática 1ª R NH2 R N N X NaNO2 HX (HONO) R X alkyl halides alcohols H2O - H+ alkenes (sal de diazônio alifático) (altamente instável) 47 ▪ Reações de arilaminas primárias com ácido nitroso ▪ A reação mais importante de aminas com ácido nitroso é a reação de arilaminas primárias com HONO ▪ As arilaminas 1ª reagem com ácido nitroso para fornecer sais de arenodiazônio, e apesar de instáveis, são mais estáveis do que os alifáticos, e são estáveis abaixo de 5°C N N X NaNO2 HX R NH2 R (sal de arenodiazônio) (estável <5oC) 48 ▪ Reações de arilaminas primárias com ácido nitroso H NAr H N O NAr H N O H HONO + H3O + + A:H2O NO + H2O + 2 H2ON O H NAr H OH2 - H3O + NAr H N O H A 49 ▪ Reações de arilaminas primárias com ácido nitroso - HA + HA NAr N OH2 NAr H N O H A NAr N OH - HA + HA Diazohydroxide NAr N NAr NH2O + Íon diazônio 50 ▪ Reações de aminas secundárias com ácido nitroso ▪ As aminas secundárias (arila ou alquila) reagem com ácido nitroso para produzir as N-nitrosaminas ▪ As N-nitrosaminas geralmente separam-se da mistura da reação como líquidos oleosos amarelos 51 ▪ Reações de aminas terciárias com ácido nitroso ▪ Quando uma amina alifática terciária é misturada com ácido nitroso, estabelece-se um equilíbrio entre a amina terciária, seu sal e um composto N-nitrosoamônio: ▪ As arilaminas terciárias reagem com ácido nitroso para formar compostos aromáticos C-nitrosos (posiçãopara) NaNO2 HCl, H2O 8oC N N N O 52 Reações de substituição de sais de arenodiazônio ▪ Os sais de diazônio são intermediários altamente úteis na síntese de compostos aromáticos, porque o grupo diazônio pode ser substituído por qualquer um de uma variedade de outros átomos ou grupos ▪ Os sais de diazônio são quase sempre preparados através de diazotação de aminas aromáticas primárias ▪ As arilaminas primárias podem ser sintetizadas através da redução de compostos nitro que estão facilmente disponíveis através das reações de nitração direta 53 ▪ Sínteses utilizando sais de diazônio ▪ Em sua maioria, os sais de arenodiazônio são instáveis a temperaturas acima de 5-10°C, e muitos explodem quando secos 54 ▪ A reação de Sandmeyer: substituição do grupo diazônio por –Cl, –Br ou –CN ▪ Os sais de arenodiazônio reagem com o cloreto cuproso, brometo cuproso e cianeto cuproso para fornecer os produtos nos quais o grupo diazônio foi substituído CuCl 15 - 60oC HCl, NaNO2 H2O 0 - 5oC N2Cl CH3 NH2 CH3 CH3 Cl +N2 o-Toluidine o-Chlorotoluene (74-79% overall) 55 ▪ A reação de Sandmeyer: substituição do grupo diazônio por –Cl, –Br ou –CN ▪ Os sais de arenodiazônio reagem com o cloreto cuproso, brometo cuproso e cianeto cuproso para fornecer os produtos nos quais o grupo diazônio foi substituído CuBr 100oC HBr, NaNO2 H2O 0 - 10oC N2BrNH2 Br +N2 m-Chloroaniline m-Bromochlorobenzene (70% overall) Cl Cl Cl 56 ▪ Substituição por –I ▪ Os sais de arenodiazônio reagem com o iodeto de potássio para fornecer produtos nos quais o grupo diazônio foi substituído pelo –I KIH2SO4, NaNO2 H2O 0 - 5oC NO2NO2 NO2 + N2 p-Nitroaniline p-Iodonitrobenzene (81% overall) NH2 N2HSO4 I 57 ▪ Substituição por –F ▪ O grupo diazônio pode ser substituído pelo flúor através do tratamento do sal de diazônio com ácido fluorobórico (HBF4) e o fluoroborato de diazônio que se precipita é isolado, seco e aquecido até que ocorra a decomposição CH3CH3 CH3 BF3 + N2 + m-Toluidine m-Fluorotoluene (69%) NH2 N2BF4 F (1) HONO, H+ (2) HBF4 m-Toluenediazonium fluoroborate (79%) heat 58 ▪ Substituição por –OH ▪ O grupo diazônio pode ser substituído por um grupo hidroxila através da adição de óxido cuproso a uma solução diluída do sal de diazônio contendo um grande excesso de nitrato cúprico CH3 CH3 p-Toluenediazonium hydrogen sulfate p-Cresol (93%) N2HSO4 OH Cu2O Cu2+, H2O 59 ▪ Substituição por –H: desaminação por diazotação ▪ Os sais de arenodiazônio regem com ácido hipofosforoso (H3PO2) para fornecer produtos nos quais o grupo diazônio foi substituído por –H CH3CH3 CH3 N2 + p-Toluidine 65% (from p-Toluidine) NH2 HN NH2 O O 2 (1) Br2 (2) OH, H2O Brheat H2SO4, NaNO2 H2O, 0 - 5 oC H2O, 25 oC O H3PO2 CH3 N2 Br CH3 Br m-Bromotoluene (85% from 2-bromo- 4-methylaniline) 60 Reações de acoplamento de sais arenodiazônio ▪ Os íons arenodiazônio são eletrófilos fracos; eles reagem com compostos aromáticos altamente reativos – com fenóis e arilaminas terciárias – para produzir compostos azo ▪ Esta substituição eletrofílica aromática é frequentemente chamada de reação de acoplamento diazo N N X + Q N N Q (Q = NR2 or OH) (azo dyes) 61 ▪ Exemplos específicos 62 ▪ Os acoplamentos entre os cátions de arenodiazônio ocorrem mais rapidamente em solução ligeiramente alcalina ▪ Sob estas condições, uma considerável quantidade do fenol está presente como um íon fenóxido, ArO-, e os íons fenóxidos são ainda mais reativos frente à substituição eletrofílica do que os próprios fenóis 63 ▪ Os acoplamentos entre os cátions arenodiazônio e as aminas ocorrem mais rapidamente em soluções ligeiramente ácidas (pH 5-7) ▪ Sob essas condições, a concentração do cátion arenodiazônio está no máximo; ao mesmo tempo, uma quantidade excessiva da amina não foi convertida em um sal de amino não-reativo 64 ▪ Com os derivados de fenóis e da anilina, o acoplamento ocorre quase que exclusivamente na posição para, se ela estiver disponível ▪ Os compostos azo geralmente são intensamente coloridos porque a união de azo (diazenodiila), –N=N–, faz a conjugação dos dois anéis aromáticos ▪ Um sistema estendido de deslocalização de elétrons é criado e permite a absorção da luz na região do visível 65 ▪ Os corantes azo quase sempre contêm um ou mais grupos –SO3 -Na+ para conferir solubilidade em água ao corante e ajudar na aderência do corante às superfícies de fibras polares (lã, algodão ou nailon) ▪ Muitos corantes são preparados através das reações de acoplamento de naftilaminas e naftóis Laranja II 66 Eliminações envolvendo compostos de amônio ▪ Eliminação de Hofmann ▪ A maioria das eliminações envolvem um substrato neutro, entretanto são conhecidas eliminações nos quais o substrato contém uma carga positiva ▪ Uma das mais importantes dessas é a eliminação E2 que ocorre quando um hidróxido de amônio quaternário é aquecido H NR3 A quaternary ammonium hydroxide OH HOH + heat NR3 + An alkene A tertiary amine 67 ▪ Eliminação de Hofmann ▪ Os hidróxidos de amônio quaternário podem ser preparados a partir de haletos de amônio quaternário em solução aquosa através da utilização de óxido de prata ou através de uma resina de troca iônica A quaternary ammonium halide R NMe3X Ag2O H2O + 2 AgX A quaternary ammonium hydroxide R NMe3HO 68 ▪ Eliminação de Hofmann ▪ Apesar de muitas eliminações envolvendo substratos neutros tenderem a seguir a regra de Zaitsev, as eliminações com substratos carregados tendem a seguir o que é chamado de regra de Hofmann e produzir o alceno menos substituído 75% Br + NaBr + EtOH+ EtONa EtOH 25oC 25% 5% NMe3 + NMe3 + H2O+ OH 150oC 95% 69 ▪ Eliminação de Cope ▪ Os óxidos de aminas terciárias sofrem a eliminação de uma dialquilidroxiamina quando eles são aquecidos ▪ A reação é chamada eliminação de Cope, ela é uma eliminação sin e ocorre através de um estado de transição cíclico +N Me O 150oCMe R H R O N H Me Me A tertiary amine oxide An alkene N,N-Dimethyl- hydroxylamine 70 ▪ Eliminação de Cope ▪ A eliminação de Cope é sinteticamente útil ▪ Exemplo: síntese do metilenocicloexano H N O e.g. heat N OH+ 71 Heterociclos nitrogenados ▪ Um heterociclo é um anel que contém átomso de mais de um elemento ▪ Os mais comuns são constituídos de carbono e ou de nitrogênio, ou de oxigênio ou de enxofre 72 ▪ Pirrol ▪ Pirrol é um anel aromático de cinco membros contendo um átomo de nitrogênio ▪ O pirrol sofre reações que são esperadas de um sistema aromático (sendo mais reativo que o benzeno) 73 ▪ Piridina e Pirimidina ▪ A piridina e a pirimidina são compostos aromáticos de seis membros contendo um e dois átomos de nitrogênio, respectivamente ▪ Piridina e pirimidina sofre reações de substituição eletrofílica aromática, contudo, os rendimentos geralmente são muito baixos (por causa do efeito indutivo do átomo de nitrogênio) 74 Revisão das Reações 75 Revisão das Reações 76 Revisão das Reações 77 Revisão das Reações
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