AMINI. Značaj amina. Sinteza boja i pigmenata. Sinteza lekova

Transcript

1 AMII Značaj amina Sinteza boja i pigmenata posebno azo boja i pigmenata Sinteza lekova efedrin, amfetamin Uklanjanje ugljen(iv)oksida i vodoniksulfida iz prirodnog gasa (stvaranje soli) Alkaloidi

2 Podela Amini su derivati amonijaka, kod kojih su jedan, dva ili sva tri atoma zamenjena alkili/ili arilgrupama. Prema broju zamenjenih atoma razlikujemo: primarne (1 ), sekundarne (2 ) i tercijarne (3 ) amine. (Ar) R Amini: (Ar) R 3 amonijak (Ar) R R' (Ar) 1 o 2 o 3 o Alifatični ( je vezan za sp 3 hibridizovan C atom), Aromatični ( je vezan za sp 2 hibridizovan C atom). R' (Ar) R" (Ar) omenklatura amina Imenovanje po Chemical Abstract u (CA) Uobičajena (trivijalna) imena

3 Chemical Abstracts (CA) Publikacija na engleskom jeziku sadrži hemijske izvode svih naučnih radova i knjiga publikovanih u odreñenom vremenskom periodu. Izdavač: Američko hemijsko društvo. Izlazi počev od godine SciFinder Scholar nline pretraživanje CAS baze podataka, koristeći različite kriterijume (npr. ime autora, oblast istraživanja, hemijska struktura) kao i za sortiranje i analizu rezultata pretraživanja. Isključivo za akademske institucije.

4 Imenovanje po CA 1 alifatični amini imenuju se kao ALKAAMII tako što se nazivu osnovnog ugljovodonika iz koga su izvedeni dodaje sufiks "amin". Mesto funkcionalne grupe označeno je prefiksom (brojem) kojim je obeležen C atom za koji je ona vezana (kao kod alkohola). 1 o C3 metanamin CC 2 2metil1propanamin CC CC3 3penten2amin Imenovanje po CA Alifatični 1 o amini sa fenilgrupom kao supstituentom: feniletanamin Jedinjenja sa dve aminogrupe su DIAMII: ,4butandiamin 1

5 Imenovanje po CA 2 i 3 alifatični amini posmatraju se kao supstituisani i,disupstituisani derivati 1 amina (alkilalkanamini i,dialkilalkanamini). 2 o C C 2 C 2 C metiletanamin,3dimetil1butanamin 3 o C C C 2 C 2 C C 2 C 3 3,dimetil 1propanamin 1 etilmetil 2butanamin C 2 Imenovanje po CA ARMATIČI amini AILII azivaju se BEZEAMIIMA 3 C C 2 C 2 benzenamin (triv. anilin) Cl 1 o 1 o 2 o 3 o 3hlorbenzenamin fenilbenzenamin etilmetilbenzenamin

6 Uobičajena (trivijalna) imena Amini dobijaju nazive tako što se imenu ili imenima ugljovodoničnih grupa, alkil ili aril, doda sufiks "amin". Ako su grupe iste, koriste se prefiksi di ili tri ispred imena alkilgrupa, a ako su grupe različite, navode se po abecednom redu. metilamin (CA: metanamin) benzilcikloheksilamin (CA: benzilcikloheksanamin) CC 2 1,1dimetilpropilamin (CA: 2metil2butanamin) C 2 C 2 metilpropilamin (CA: metil1propanamin) Uobičajena (trivijalna) imena cikloheksildimetilamin (CA:,dimetilcikloheksanamin) eterociklični sistemi piperidin (IUPAC: azacikloheksan) pirolidin (IUPAC: azaciklopentan)

7 Uobičajena (trivijalna) imena Aromatični amini imenuju se kao anilin, o, m, psupstituisani anilin: 3 C C 2 C 2 metilanilin etilmetilanilin pmetilanilin (ptoluidin) mmetoksianilin (manizidin) Imenovanje soli amina Soli amina (amonijumsoli) dobijaju imena tako što se nastavak "amin" zameni sa "amonijum", a zatim se doda naziv anjona. Kvaternerna amonijumova jedinjenja (soli i baze) sadrže R 4 katjon (grupe R mogu biti iste ili različite) i dobijaju imena tako što se imena svih grupa stave ispred reči "amonijum", a zatim se doda naziv anjona. 3 Cl metilamonijumhlorid C 2 2 ( C 2 3 ) 2 S 4 etilamonijumsulfat C 2 C 2 Br C 2 benziltrietilamonijumbromid (medjufazni katalizator) 3 Cl anilinijumhlorid

8 Meñufazna kataliza reakcija u dvofaznom sistemu, izmeñu soli (u čvrstom stanju ili u obliku vodenog rastvora), kiselina ili baza i supstrata, koji se nalazi u organskom rastvaraču, i koja se odvija u prisustvu takozvanih meñufaznih katalizatora. Cl ac R 4 (1 mas. %) 2 prinos skoro 100 %; bez kat. 0% RGASKA FAZA Q X RY RX Q Y C GRAICA FAZA VDEA FAZA Q X Y X Q Y a a Ekstrakcioni mehanizam MFK: Q = R 4 tetrabutilamonijumbromid (TBAB) je jedan od najšire korišćenih katalizatora Struktura amina sp 3 hibridna orbitala 0,101 nm.. 107,3 o amonijak 0,101 nm.. 0,147 nm C 3 112,9 105,9 o o metilamin (PIRAMIDALA geometrija) R' R'' R''' : : interkonverzija R' R'' R'''

9 Struktura amina Veza C u aminima je: kraća od C C veze (0,153 nm) ( je elektronegativniji od C) duža od C veze alkohola (0,143 nm) ( je manje elektronegativan od ). Uglovi veza u amonijaku (107,3 ) su nešto manji od vrednosti za uglove pravilnog tetraedra (109,5 ) povećano odbijanje neveznih sa veznim elektronima. Ugao veza C u metilaminu (112,9 ) je nešto veći od vrednosti za uglove u amonijaku STERE SMETJE zbog prisustva metilgrupe. Fizička svojstva amina Temperatura ključanja (tk) Rastvorljivost u vodi

10 Temperatura ključanja Poput amonijaka i amini su PLARA jedinjenja pa uz izuzetak 3 amina mogu stvarati intermolekulske vodonične veze o 2 o R' R R R R R' Temperatura ključanja tk amina iste molarne mase opada u nizu 1 > 2 > 3. Jedinjenje C C 2 C 2 2 tk ( C)

11 Temperatura ključanja tk amina su: više od tk ALKAA slične molarne mase (alkani su nepolarna jedinjenja) znatno niže od tk ALKLA slične molarne mase (amini grade slabije intermolekulske vodonične veze) Jedinjenje C 2 C 2 C 2 tk ( C) Rastvorljivost u vodi iži 1, 2 i 3 amini su rastvorni u vodi mogu da grade intermolekulske vodonične veze sa molekulima vode (rastvarača). Viši amini su praktično nerastvorni u vodi Aminima sa preko 6 Catoma rastvorljivost naglo opada.. 1 o.. 2 o R'.. R R o.. R' R R"

12 Industrijsko dobijanje Dobijanje anilina Fe, 30 % Cl, _ a 2 C Cl Cl 3, Cu 2, 200 o C, 62 bar Industrijsko dobijanje 3 ( ) 2 ( ) 3 Al 2 3, 450 o C Al 2 3, 450 o C Al 2 3, 450 o C 3 R C R C, kat. 2 R C R C 2 2

13 Dobijanje Redukcija nitrojedinjenja (alifatičnih i aromatičnih) Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina (amonoliza halogenalkana) Reduktivna aminacija aldehida i ketona Redukcija nitrila Reakcija ofmann ove degradacije amida karboksilnih kiselina Redukcija amida karboksilnih kiselina Redukcija nitrojedinjenja R [] 2 R Videti nitrojedinjenja jedinjenja! Ar [] 2 Ar 2 4 S amonijumhidrogensulfid selektivna redukcija 2 2

14 Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Amonijak je nukleofilan i reaguje sa halogenalkanima dajući alkilamonijumso reakcija nukleofilne supstitucije! δ δ 3 Ṅ. R X R 2 X nukleofil elektrofil 1 o ili 2 o alkilamonijumso kod 3 o (so 1 o amina) mogućnost eliminacije! Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Čim se nagradi alkilamonijumso, ona reverzibilno izmenjuje proton sa polaznim amonijakom (baza) amin je u ravnoteži sa svojom soli. R 2 X : 3 R 4 X alkilamonijumso baza 1 o amin amonijumso

15 Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina edostatak ove sinteze je u tome što se nastali amin obično alkiluje dalje! R X R R 2 X nukleofil RX R 2 dialkilamonijumso (so 2 o amina) R 3 RX : 3 R 2 4 X 2 o amin amonijumso R 4 X kvaternerna amonijumso (tetraalkilamonijumhalogenid) Krajnji rezultat je smesa raznih amina (1, 2, 3 ) i amonijumsoli (mono, di i trialkil, kvaternerna). Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Ako je amonijak u velikom višku moguće je dobiti pretežno 1 amin molekul halogenalkana će lakše napasti jedan od brojnih molekula amonijaka, nego jedan od malobrojnih molekula amina! C 2 Cl : 3 (višak) C 2 benzilhlorid benzilamin (CA: fenilmetanamin)

16 Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Kada je alkilhalogenid u višku (iscrpno alkilovanje) pretežno se dobija kvaternerna amonijumso. C 2 Cl : 3 C 2 (višak) Cl 4 benzilhlorid tetrabenzilamonijum hlorid Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Vodeni rastvor kvaternernog amonijumhidroksida je izrazito bazan zato što sadrži (hidroksilne) jone. R Ag 2 / 2 R R X (Ag) R kvaternerna amonijumso (tetraalkilamonijum halogenid) R R R R kvaternerni amonijumhidroksid (tetraalkilamonijum hidroksid) AgX jegova baznost se može porediti sa baznosti a i K. srebro halogenid (nerastvoran)

17 Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Važno: Ẋ. : halogenbenzen (arilhalogenid) 3 EMA REAKCIJE!!! Inertnost arilhalogenida je posledica jake veze X C(sp 2 ) usled rezonancione stabilizacije! Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Zbog, slabe reaktivnosti, arilhalogenidi sa amonijakom mogu reagovati samo ako aromatični prsten sadrži 2 (nitro) grupe ili druge grupe koje snažno privlače elektrone, a nalaze se u o ili ppoložaju prema halogenu!!! Cl 2 2 1hlor2,4 dinitrobenzen ,4dinitroanilin (CA: 2,4dinitrobenzenamin) AS adicionoeliminacioni mehanizam (ipsosupstitucija)

18 Reduktivna aminacija aldehida i ketona R C R C R' aldehid ili keton 1) 3 2) 2 /i 1) 3 2) 2 /i Umesto amonijaka ( 3 ) u sintezi se mogu koristiti 1 ili 2 amini, kada će kao krajnji proizvodi nastati 2 ili 3 amini. 2 brže reaguje sa iminom (npr. RC=) koji nastaje nego sa karbonilnom grupom R R' C 1 o amin R C 1 o amin Reduktivna aminacija aldehida i ketona R' C R 3 [] R'' [] R R R' C R' C R'' R' R''R''' R C R''R''' 3 o [] sim katalitičke ( 2, i) moguća je i hemijska redukcija (ab 3 C, natrijumcijanoborhidrid; ab 4, natrijumborhidrid) 1 o 2 o

19 Redukcija nitrila R C [] R C 2 1 o amin []: LiAl 4 ili 2 /Pt, Pd ili i Praktična primena u sintezi: ac 2 /i C 2 Cl C 2 C C 2 C 2 2feniletanamin Redukcija nitrila Važno: produžava se niz C atoma u odnosu na polazni RX!!! Br Br ac C C 1,4dibrombutan 1) LiAl 4 2) 2, 2 1,6heksandiamin

20 Reakcija ofmann ove degradacije amida karboksilnih kiselina Br 2, a, 2 RC 1 o amid (abr) natrijumhipobromit Br 2, a, 2 R 1 o amin C 2 ArC 1 o amid (abr) Ar 1 o amin C 2 Važno: amin sadrži 1 C atom manje od polaznog amida!!! Redukcija amida karboksilnih kiselina a ovaj način se mogu dobiti 1, 2 ili 3 amini, u zavisnosti od strukture polaznog amida. R' 1) LiAl 4 1) LiAl 4 RC R C 2 RC 2) 2, 2) 2, 1 o amid 1 o amin 2 o amid R' RC R' 3 o amid 1) LiAl 4 2) 2, RC 2 R' 2 3 o amin RC 2 R' 2 o amin

21 Reakcije amina Baznost i kiselost amina Alkilovanje Prevoñenje u amide EAS ofmann ova eliminacija Reakcije amina sa azotastom kiselinom Baznost Amini su umereno jake do slabe baze Sa kiselinama grade soli koje su rastvorne u vodi! C C 3 3 C metilamin metilamonijum acetat

22 Baznost ( C 2 ) 2 2 ( C 2 ) 2 2 dietilamin Cl 3 Cl metilamin metilamonijumhlorid dietilamonijum nitrat ( ) 3 Ṅ. S 2 (C 3 ) 3 S 3 trimetilamin trimetilamonijum hidrogensulfat Baznost Važno svojstvo amonijumsoli je da su rastvorne u vodi. R R 3 R 2 R 2 1 o alkilamonijumjon 2 o 2 dialkilamonijumjon R 3 Ṅ. R 3 3 o trialkilamonijumjon vodeni rastvor kiseline (amin je u obliku amonijumsoli) vodeni rastvor baze (amin je u slobodnom obliku)

23 Baznost Izolovanje amina iz reakcione smeše, nakon organske sinteze, najčešće se zasniva na činjenici da su amonijumsoli rastvorne u vodi. razblaženi vod. rastvor Cl vod. rastvor a R (rastvoren u organskom sloju) ekstrakcija R 3 Cl, vodeni sloj (alkilamonijumso) organski sloj R (amin u slobodnom stanju) Baznost Jačina amina kao baze se odreñuje u vodi. Baznost amina izražena je sledećom jednačinom (jonizacija amina u vodenom rastvoru) i odgovarajućom konstantom ravnoteže K e. R R amin baza voda kiselina alkilamonijumjon konjugovana kiselina amina Relativna baznost > R hidroksilnijon konjugovana baza vode Baznost vodenog rastvora amina potiče od samog amina, a ne od hidroksilnogjona!

24 Baznost U stanju ravnoteže, izraz za konstantu ravnoteže, K e je: R = K e [ ] [ R ][ ] Baznost Kako se radi o razblaženom vodenom rastvoru (amin slabo jonizuje), to se može uzeti da je [ 2 ] = const, pa je izraz za konstantu baznosti, K b : K b = [ ] 2 K e = R 3 [ R ] [ ] 2 Merilo za jačinu baznosti: Kb (što je vrednost Kb veća, baznost je veća), pkb = logkb (što je vrednost pkb manja, baznost je veća).

25 Baznost Korisno je posmatrati baznost amina kao odraz kiselosti njegove konjugovane kiseline (amonijumjona): R 2 Ȯ. K e R 3 alkilamonijumjon voda amin hidronijumjon kiselina baza konjugovana konjugovana baza kiselina vode alkilamonijumjona K e [ R ][ ] 2 = R 3 3 [ ] 2 Baznost Kako se radi o razblaženom vodenom rastvoru (alkilamonijumjon slabo jonizuje), to se može uzeti da je [ 2 ] = const, pa je izraz za konstantu kiselosti,k a : K a [ ] [ R ][ ] 2 = 2 Ke = R 3 3

26 Baznost U vodenom rastvoru pk a i pk b vrednosti se uporeñuju sa konstantom disocijacije vode: K a = K b pk a = 14 pk b K b konstanta baznosti amina K a konstanta kiselosti amonijumjona, konjugovane kiseline amina. Struktura i baznost amina Amini su bazniji od alkohola, etara, estara iz istih razloga zbog kojih je amonijak bazniji od vode (azot je manje elektronegativan od kiseonika, pa može lakše prihvatiti "" šaržu jona) Jedinjenje pk b Baznost alifatičnih amina 3 4,76 3,38 ( ) 2 3,27 ( ) 3 4,21 C 6 5 9,37 veća je od baznosti amonijaka, a neuporedivo veća od baznosti aromatičnih amina koji su veoma slabo bazni!

27 Struktura i baznost amina Baznost amina zavisi od dva faktora: od težnje nejonizovanog amina da veže proton (ukoliko je ova težnja veća amin je bazniji), od sposobnosti amonijumjona da zadrži primljeni proton (ukoliko je ova sposobnost veća amin je bazniji). Amin će biti utoliko bazniji ukoliko je njegova stabilnost u nejonizovanom stanju manja i ukoliko je stabilnost nastalog amonijumjona veća! Baznost alifatičnih amina 3 4 pk b = 4,76 3 pk b = 3,38 Veća baznost od 3 se tumači induktivnim efektom otpuštanja elektrona (I) metilgrupe!

28 Baznost alifatičnih amina Metilgrupa svojim I efektom: povećava el. gustinu na azotu u molekulu, pa ga destabilizuje u odnosu na molekul 3 težnja da veže proton je veća od težnje 3, smanjuje "" šaržu na azotu [ 3 ] jona i time ga stabilizuje u odnosu na [ 4 ] jon, odnosno, "" šarža [ 3 ] jona je bolje raspršena sposobnost metilamonijumjona da zadrži proton je veća od sposobnosti amonijumjona. Baznost alifatičnih amina pk b = 3,27 ( ) 2 (pk b = 3,27) je bazniji od (pk b = 3,38) jer je prisustvom još jedne metilgrupe: znatno povećana el. gustina na azotu u molekulu ( ) 2, pa je on destabilizovan u odnosu na molekul težnja ( ) 2 da veže proton je veća od težnje, povećana stabilizacija [( ) 2 ] jona u odnosu na [ 3 ] jon, odnosno, "" šarža [( ) 2 ] jona je još bolje raspršena sposobnost dimetilamonijumjona da zadrži proton je veća od sposobnosti metilamonijumjona.

29 Baznost alifatičnih amina Zašto je trimetilamin, ( ) 3 (3 ), manje bazan od ( ) 2 (2 ) i (1 )? Zato što baznost 1, 2 i 3 alifatičnih amina u vodenom rastvoru ne zavisi samo od elektronskih efekata alkilgrupa već i od solvatacije katjona molekulima vode. Baznost alifatičnih amina Intenzitet elektronskih efekata alkilgrupa slabi u nizu (smanjuje se broj alkilgrupa): R 3 > R 2 > R > 3 R 3 > R 2 > R 3 > 4 3 o > 2 o > 1 o > 3

30 Baznost alifatičnih amina Intenzitet solvatacije katjona molekulima vode slabi u nizu (slabije intermolekulsko vodonično vezivanje): 4 > R 3 > R 2 > R 3 Baznost alifatičnih amina Solvatacija amonijum i trialkilamonijumjona molekulima vode: o R R' R"..... JAČA A SLVATACIJA STABILIJI KATJ!!!

31 Baznost alifatičnih amina 3 amini su u vodenim rastvorima manje bazni u odnosu na 1 i 2 zbog slabije solvatacije katjona: prisustvo alkilgrupe na atomu azota jako smanjuje solvataciju [R 3 ] katjona molekulima vode (solvatacija je sterno ometena), prisustvom samo 1 atoma na atomu azota u [R 3 ] katjonu znatno je opala sposobnost povoljnog vodoničnog vezivanja sa molekulima vode. Baznost alifatičnih amina U slučaju 2 amina su: elektronski efekat alkilgrupa i efekat solvatacije katjona molekulima vode najbolje izbalansirani. Baznost alifatičnih amina raste u nizu: u vodenim rastvorima 3 < R 3 < R < R 2 3 < 3 o < 1 o < 2 o nije u skladu sa elektronskim efektima alkilgrupa u nevodenim rastvorima 3 < R < R 2 < R 3 3 < 1 o < 2 o < 3 o u skladu sa elektronskim efektima alkilgrupa

32 Baznost aromatičnih amina Jako smanjenje baznosti anilina (C 6 5 ) u odnosu na amonijak ( 3 ) se tumači velikom razlikom u stabilnosti (energetski sadržaj) anilina i anilinijumjona!!! Kod anilina je slobodan el. par na azotu delimično delokalizovan usled interakcije sa π delokalizovanim elektronskim sistemom aromatičnog prstena. Baznost aromatičnih amina : :.. (I) (II) (III) (IV) (V) anilin rezonancioni hibrid 5 rezonancionih struktura (I) (II) anilinijumjon rezonancioni hibrid 2 rezonancione strukture

33 Baznost aromatičnih amina 4 E : 3 Baznost aromatičnih amina Slaba baznost anilina proizilazi iz činjenice da je slobodan amin zbog rezonancije jače stabilizovan nego njegov jon!!! Baznost opada u nizu: > > anilin (fenilamin) difenilamin trifenilamin

34 Baznost supstituisanih anilina Grupe (G) koje otpuštaju elektrone 3 G G= C 3 C G 3 povećavaju baznost anilina: nastoje da rasprše "" šaržu na azotu u anilinijumjonu, te tako stabilizuju jon u odnosu na amin, otpuštaju elektrone ka azotu u aminu, tako da slobodan el. par postaje raspoloživiji da veže proton destabilizuju amin. Baznost supstituisanih anilina Baznost raste u nizu: < < < anilin mtoluidin ptoluidin panizidin pk b 9,37 9,3 8,92 8,70 Supstituenti deluju svojim induktivnim (I) i rezonancionim (R) efektom najsnažniji efekat otpuštanja elektrona supstituent manifestuje iz p položaja (jak R efekat i slab I efekat).

35 ptoluidin je jače bazan od anilina! : :... rezonanciona stabilizacija ptoluidina veoma nepovoljno! " šarža se nalazi na Catomu za koji je vezana grupa (I)! 3 3 grupa svojim I efektom stabilizuje jon (delokalizuje " šaržu)! ptoluidinijumjon ptoluidin je jače bazan od anilina! ptoluidin je jače bazan od anilina jer je: molekul ptoluidina slabije rezonanciono stabilizovan (svojim I efektom grupa, u ppoložaju prema grupi, jako destabilizuje molekul), ptoluidinijumjon stabilniji.

36 Baznost supstituisanih anilina Grupe (G) koje privlače elektrone 3 G G G= 3 2 S 3 C X smanjuju baznost anilina: pojačavaju "" šaržu na azotu u anilinijumjonu, i tako destabilizuju jon u odnosu na amin, odvlače elektrone od azota u aminu, tako da slobodan el. par postaje manje raspoloživ da veže proton stabilizuju amin. Baznost supstituisanih anilina Baznost opada u nizu: > > 2 2 anilin mnitroanilin pnitroanilin pk b 9,37 11,54 13

37 Zašto je mnitroanilin jače bazan od pnitroanilina? : :... : : : : : : : : : : : : veoma zastupljena rezonanciona stabilizacija pnitroanilina pnitroanilin: 2 (nitro) grupa u ppoložaju stupa u rezonancionu interakciju sa π elektronskim sistemom prstena slobodan el. par na azotu (amino) grupe biva delokalizovan ne samo na aromatičnom prstenu već i na supstituentu (proširena konjugacija)!!! Zašto je mnitroanilin jače bazan od pnitroanilina? : : : : : : : : pnitroanilinijum jon veoma nepovoljno! "" šarža se nalazi na Catomu za koji je vezana 3 grupa!

38 Zašto je mnitroanilin jače bazan od pnitroanilina? mnitroanilin: pomenuta vrsta rezonancione interakcije nije moguća kada se 2 grupa nalazi u mpoložaju! : 2 : mnitroanilin je jače bazan od pnitroanilina jer je: molekul slobodnog amina manje rezonanciono stabilizovan anilinijumjon stabilniji. 2 rezonanciona stabilizacija mnitroanilina ("" šarža se ni u jednoj rezonancionoj strukturi ne nalazi na Catomu za koji je vezana 2 grupa). 2 Zašto je mnitroanilin jače bazan od pnitroanilina? : : : : : 3 : : : mnitroanilinijum jon "" šarža se ni u jednoj strukturi ne nalazi na Catomu za koji je vezana 3 grupa! : : :

39 Kiselost amina Amini su veoma slabe kiseline: R 2 Ȯ. amin (slaba kiselina) pk a oko 35 R 3 amidni jon (jaka baza) Kiselost amina Za deprotonovanje amina neophodne su izuzetno jake baze kao što su alkillitijumovi reagensi: 3 C CC δ δ C 2 C 2 C 2 Li butillitijum (jaka baza izvor karbanjona) C 2 C 2 C 2 (1metiletil) 2propanamin (diizopropilamin) Li 3 C C 3 CCC 3 litijum diizopropilamid (LDA) astali LDA je specijalna voluminozna baza koja se koristi u nekim E2 reakcijama Amini su manje kiseli od alkohola ( je manje elektronegativan od ).

40 Prevoñenje u amide R R C Cl R C R R 2 R C Cl R 3 R C Cl R C R 2 nema reakcije Primer: C Cl C EAS alogenovanje itrovanje Sulfonovanje

41 EAS Znamo da:, R i R 2 grupe snažno aktiviraju benzenovo jezgro za reakcije elektrofilne aromatične supstitucije (EAS) i da su o i pdirigujuće! Pokazuju "R" i " I" efekat. Kod EAS najveći problem je u prevelikoj reaktivnosti aromatičnih amina!!! alogenovanje EAS bez prisustva katalizatora!!! Br 2, 2 Br Br anilin Br 2,4,6tribromanilin

42 alogenovanje Cl 2, 2 Cl Cl ptoluidin 4amino3,5dihlortoluen alogenovanje grupa toliko aktivira jezgro da je uticaj dezaktivirajuće grupe skoro zanemarljiv: Br 2 Br Br C 3aminobenzoeva kiselina C Br 3amino2,4,6tribrombenzoeva kiselina PAŽJA: bez prisustva katalizatora!!!

43 alogenovanje Zaštitom amino grupe acetilovanjem, gubi se njen snažno aktivirajući uticaj! Acetilovana amino grupa je umereno aktivirajuća grupa. C alogenovanje C anilin C, ili ( C) 2 (acetilovanje zaštita amino grupe) Br 2 acetanilid (fenilacetamid) C, 2 ili, 2 C Br (hidroliza uklanjanje zaštite) Selektivno halogenovanje anilina je moguće jedino uz zaštitu grupe!!! Br pbromacetanilid (G.P) obromacetanilid Br pbromanilin

44 itrovanje eophodna zaštita grupe benzenamina!!! Azotna kiselina, pored nitrovanja, oksidiše vrlo reaktivan prsten benzenamina (nastaju smolasti proizvodi). sim toga, amin je u jako kiseloj sredini u obliku amonijumjona pa EAS kontroliše 3 grupa (mdirigujuća), a ne!!! itrovanje C C C anilin C, ili ( C) 2 (acetilovanje zaštita amino grupe) acetanilid (fenilacetamid) 3 2 S 4, 2 ili, 2 2 (hidroliza uklanjanje zaštite) 2 pnitroacetanilid (G.P) onitroacetanilid 2 pnitroanilin

45 Sulfonovanje Anilin se sulfonuje zagrevanjem soli, anilinijumhidrogensulfata na 180 C. 3 S 3 S 3 anilin konc. 2 S 4 anilinijum hidrogensulfat 180 o C ( 2 ) fenilsulfaminska kiselina 180 o C 3 h S 3 sulfanilna kiselina (paminobenzensulfonska kiselina) Sulfonovanje Šta bismo očekivali na osnovu prisustva 2 funkcionalne grupe u molekulu: (amino) i S 3 (sulfo) grupa? Aromatični amini: niske temperature topljenja rastvorni su u razblaženim mineralnim kiselinama (konverzija u amonijumsoli koje su rastvorne u vodi). Aromatične sulfonske kiseline: niske temperature topljenja rastvorljivost u vodi.

46 Sulfonovanje Sulfanilna kiselina: ima visoku temperaturu topljenja (t.t. = C) raspada se (ukazuje na jake meñumolekulske sile) ima visok dipolni momenat, µ (ukazuje na razdvajanje "" i " " šarže u molekulu) nerastvorna je u vodi i organskim rastvaračima, rastvorna je u vodenom rastvoru a, nerastvorna je u razblaženim mineralnim kiselinama (npr. Cl). Sulfonovanje 3 S 3 "ZVITER J" (dipolarni jon) struktura kristalne rešetke jake medjumolekulske (Coulombove) sile Dipolarni jon je proizvod reakcije bazne amino grupe i kisele sulfo grupe u istom molekulu!!! Proton je pretežno vezan za azot: je jača baza od S 3 (sulfonatna grupa).

47 Sulfonovanje Rastvorljivost u vod. rastvoru a: 3 Veoma bazni jon otcepljuje sa slabo kisele 3 grupe nastaje so rastvorna u vodi. S 3 sulfanilna kiselina (nerastvorna u vodi) a 2 S 3 a natrijumpaminobenzensulfonat (rastvoran u vodi) Sulfonovanje erastvorljivost u vod. rastvoru Cl: 3 3 Bez promene strukture!!! Cl 2 S 3 sulfanilna kiselina (nerastvorna u vodi) S 3 jonizacija Cl u 2 : Cl 2 Cl 3 S 3 grupa je suviše slaba baza da bi mogla da primi proton od 3 jona struktura sulfanilne kiseline ostaje nepromenjena

48 ofmann ova eliminacija I Ag 2 / 2 ( AgI) C 3 I (višak) C C 2 C 3 C 2 C ( ) 3 2 (iscrpno sekbutiltrimetilamonijumjodid 2butanamin metilovanje) C 2 C ( ) 3 sekbutiltrimetilamonijumhidroksid (E2eliminacija) C 2 C C 2 C C 1buten (95%) ( ) 3 2 trimetilamin 2buten (5%) ofmann ova eliminacija Kao glavni proizvod nastaje (termodinamički) manje stabilan alken ofmann ova orijentacija!!! : β C C α bimolekulska eliminacija E2mehanizam ( ) 3 odlazeća grupa je ( ) 3

49 ofmann ova eliminacija sterne smetnje!!! uklanjanje jednog od ova tri 1 o atoma je sterno lakše β β C α C voluminozna ( ) 3 Reakcije amina sa azotastom kiselinom Reakcije amina sa azotastom kiselinom () vrše se nukleofilnim napadom amina na nitrozilkatjon ( =). itrozilkatjon nastaje iz azotaste kiseline (nestabilna) koja se sintetiše direktno u reakcionoj smeši iz natrijumnitrita i hlorovodonične kiseline u prisustvu vode

50 Reakcije amina sa azotastom kiselinom Cl a : ( acl) natrijumnitrit azotasta kiselina (nestabilna) : : : nitrozilkatjon (nitrozonijumkatjon) 2 itrozilkatjon nastaje direktno u rekcionoj smeši, iz nestabilne azotaste kiseline. Protonovanjem nitritnogjona nastaje azotasta kiselina. jenim protonovanjem nastaje oksonijumjon koji se razlaže na molekul vode i na nitrozilkatjon. Reakcije amina sa azotastom kiselinom Amin (nukleofil) napada nitrozilkatjon (elektrofil) gradeći nitrozoamonijumso: 05 : o C : nukleofil amin (1 o, 2 o ili 3 o ) elektrofil nitrozilkatjon nitrozoamonijumso (1 o, 2 o ili 3 o ) Dalje reakcija ima specifičan tok u zavisnosti od strukture nastale nitrozoamonijumsoli (koliko je atoma vezano za ).

51 Reakcije amina sa azotastom kiselinom 2 amini daju nitrozamine: ( ) 2 a 2 Cl dimetilamin 2 o alifatican amin () Cl nitrozo grupa 3 C C 3 nitrozodimetilamin nitrozamin a 2, Cl, 2 05 o C metilanilin 2 o aromatican amin 2 ( ) 2 05 o C Cl 2 o nitrozoamonijumso nitrozometilanilin nitrozamin Reakcije amina sa azotastom kiselinom 3 alifatični amini u reakciji sa azotastom kiselinom daju 3 nitrozoamonijumsoli koje se na povišenim temperaturama raspadaju: R 3 a R 3 05 o C Cl 2, Cl, 2 smesa proizvoda 3 o alifatican amin 3 o nitrozoamonijumso

52 Reakcije amina sa azotastom kiselinom d reakcija 3 amina sa od značaja je jedino reakcija 3 aromatičnih amina, tačnije,,dialkilbenzenamina. ni podležu supstituciji (EAS) u prstenu dajući jedinjenja koja imaju = (nitrozo) grupu vezanu za C atom u prstenu! Reakcije amina sa azotastom kiselinom C 3,dimetilanilin 3 o aromatican amin C a 3 2, Cl, 2 05 o C C (EAS) 3 pnitrozo,dimetilanilin elektrofilna cestica je : : : nitrozilkatjon itrozilkatjon je relativno slab elektrofil neophodna je snažna aktivacija aromatičnog prstena za EAS prisustvom supstituenta poput ( ) 2 grupe!!!

53 Reakcije amina sa azotastom kiselinom C 3 3 C sporo : elektrofil nukleofil (slab),dimetilanilin nitrozil katjon 3 o aromatican amin C 3 3 C intermedijarni katjon (σkompleks) brzo EAS uglavnom ide u ppoložaju (sterni faktor) 3 C 3 C pnitrozo,dimetilanilin Reakcije amina sa azotastom kiselinom 1 alifatični amini sa azotastom kiselinom daju alkildiazonijumsoli koje su veoma nestabilne i odmah se raspadaju: R a 2, Cl, 2 1 o alifat.amin 05 o C (diazotovanje) R alkildiazonijum hlorid Cl 2 R karbokatjon 2 o ili 3 o pažnja: 1 o R ne nastaje!!! smesa proizvoda

54 Diazonijumove soli. Dobijanje i reakcije 1 aromatični amini sa azotastom kiselinom daju arendiazonijumsoli koje su stabilne na niskoj temperaturi i u jako kiseloj sredini: Ar a 2, Cl, 2 05 o C 1 o aromat. amin (diazotovanje) Ar Cl arendiazonijumhlorid Mehanizam diazotovanja DIAZTVAJE se vrši u jako kiseloj sredini!!! 05 R : C R R nukleofil elektrofil nitrozilkatjon nitrozoamonijumso nitrozamin tautomerizacija u kiseloj sredini: R nitrozamin R R R diazokiselina (diazohidroksid) R R 2 R R : 2 diazokiselina diazonijumkatjon : (diazohidroksid)

55 Mehanizam diazotovanja Reakcija započinje nukleofilnim napadom molekula amina na nitrozilkatjon, pri čemu nastaje nitrozoamonijumso. jenim deprotonovanjem (na azotu) nastaje nitrozamin. nitrozamin u kiseloj sredini tautomerizuje u diazokiselinu (diazohidroksid). Tautomerizacija uključuje protonovanje na kiseoniku, pri čemu nastaje katjon stabilizovan rezonancijom, nakon čega sledi deprotonovanje na azotu. Diazokiselina protonovanjem na kiseoniku i izdvajanjem molekula vode daje diazonijumkatjon, koji je stabilizovan rezonancijom. Mehanizam diazotovanja Reakcija diazotovanja se izvodi u jako kiseloj sredini potrebno je uzeti 2,5 do 3 mol monobazne mineralne kiseline na 1 mol aromatičnog primarnog amina. 1. mol kiseline služi za grañenje soli sa npr. anilinom, 2. mol služi za oslobañanje azotaste kiseline iz njene soli, višak od 0,5 do 1 mol kiseline služi za održavanje jako kisele sredine, obezbeñuje stabilizaciju diazonijumove soli i sprečava sporedne reakcije.

56 Mehanizam diazotovanja Ako se reakcija diazotovanja ne bi izvodila u jako kiseloj sredini u reakcionoj smeši bi se povećavao sadržaj slobodnog anilina nastali diazonijumkatjon bi reagovao sa npr. slobodnim anilinom i gradio diazoaminobenzen kao sporedni proizvod reakcije: 2 diazoaminobenzen u jako kiseloj sredini se svodi na minimum dodatkom mineralne kiseline u višku, diazoaminobenzen se razlaže na diazonijumkatjon i anilijumovu so Mehanizam diazotovanja a višim temperaturama od 05 C diazonijumove soli se delimično razlažu npr. anilin daje fenol koji sa diazonijumkatjonom gradi phidroksiazobenzen, još jedan sporedni proizvod reakcije: : phidroksiazobenzen

57 Mehanizam diazotovanja C izopropilamin 1 o amin 2 o alkilgrupa a 2, Cl, 2 05 o C (diazotovanje) C izopropildiazonijumhlorid (jako nestabilan alkildiazonijumkatjon) (raskida se C veza) Cl C stabilan 2 o karbokatjon 2 azot Cl Mehanizam diazotovanja C stabilan 2 o karbokatjon (napad nukleofila) (S 1) 2 Cl (E1) (deprotonovanje) Cl C C 2 C CC propen 3 alken 2propanol 2hlorpropan alkohol hloralkan

58 Mehanizam diazotovanja Kada je R grupa u strukturi alkildiazonijumkatjona (R 2 ): 2 ili 3 pri raskidanju C veze nastaje stabilan intermedijarni 2 ili 3 R (S 1 i E1) (moguća premeštanja), 1 veza C se raskida uz istovremeno formiranje novih veza (S 2 i E2) (1 R ne nastaje) Reakcije amina sa azotastom kiselinom Uzrok relativne stabilnosti arendiazonijumsoli u odnosu na alkil je: rezonanciona stabilizacija arendiazonijumkatjona, velik sadržaj energije arilkatjona koji nastaje gubitkom molekula azota. : : : : benzendiazonijumkatjon (rezonanciona stabilizacija)

59 Reakcije amina sa azotastom kiselinom a primer: 2 benzen diazonijum katjon (stabilizovan rezonancijom) 2 fenilkatjon (nestabilan jako reaktivan) fenilkatjon p orbitale prazna sp 2 hibridna orbitala ne može se preklapati sa πvezama nemoguca delokalizacija "" šarže 2 fenol Reakcije arendiazonijumsoli snovna šema sinteze je: [] 3 a Ar Ar 2, Cl, 2 2 Ar 2 05 o 2 S 4 C (nitrovanje) (redukcija) (diazotovanje) Ar arendiazonijum hlorid Cl Meñutim, s obzirom da se arendiazonijumsoli ipak raspadaju (sporo) i na niskim T, rastvor se koristi odmah nakon sinteze!

60 Reakcije arendiazonijumsoli Reakcije zamene Zamena sa Cl, Br, i C (Sandmeyer ova reakcija) Zamena sa I Zamena sa F Zamena sa Zamena sa Zamena sa 2 Diazokuplovanje Reakcije arendiazonijumsoli Cu 2, Cu 2, 2 Ar CuCl Ar Cl CuBr Ar Br CuC Ar C Ar Ar 2 05 o C KI Ar I jedini način da se I uvede u prsten!!! (1) BF 4 (2) 3 P 2, 2 redukcija; deaminacija Ar Ar F BF 4 fluorborna k. 3 P 2 hipofosforasta k. a 2,aC 3, Cu 2 Ar 2 ili BF 4 pa a 2, Cu

61 Primer CuCl Cl ohlortoluen Cl a 2, Cl, 2 otoluidin 05 o C otoluendiazonijumhlorid 2 CuBr CuC Br obromtoluen C otolunitril Primer KI I 2 ojodtoluen BF 4 2 BF 4 F otoluendiazonijum fluorborat ofluortoluen

62 Primer 2 okrezol 2 3 P 2 2 toluen 2 a 2 ac 3, Cu 2 onitrotoluen ZADATAK Polazeći od navedenih jedinjenja i ostalih reaktiva prikažite sinteze sledećih jedinjenja koristeći obavezno i reakciju diazotovanja: mnitrofenola iz benzena 3,5dibromtoluena iz toluena 1brom3hlorbenzena iz benzena 1,3,5tribrombenzena iz anilina phlorjodbenzena iz benzena

63 mnitrofenol iz benzena ( 4 ) 2 S 2 S 4 2 S 4 2 a 2, Cl, 2 05 o C Cl 3,5dibromtoluen iz toluena S Fe/Cl 2. a Br 2 / 2 a 2, Cl, 2 3 P 2 Br Br 05 o C Br Br 2 Cl Br Br

64 1brom3hlorbenzen iz benzena ( 4 ) 2 S 2 S 4 2 S a 2, Cl, 2 05 o C Br Br 2 Cl Br 1. Fe/Cl 2. a a 2, Cl, 2 05 o C CuCl 2 Cl CuBr 2 Br Cl 2 1,3,5tribrombenzen iz anilina 2 Cl Br 2 / 2 Br Br a 2, Cl, 2 Br Br 05 o C Br Br 3 P 2 Br Br Br

65 phlorjodbenzen iz benzena 2 C 3 2 S 4 1. Fe/Cl 2. a C 3 2 S 4 C C 2 2 Cl a 2, Cl, 2 05 o C 2 / phlorjodbenzen iz benzena 2 Cl 2 CuCl Cl Cl Cl Cl 2 1. Fe/Cl 2. a a 2, Cl, 2 05 o C KI 2 Cl I

66 Diazokuplovanje Arendiazonijumkatjon, Ar 2, je elektrofilna čestica slab elektrofil! Može da napadne jako aktiviran aromatičan prsten fenola ili benzenamina (anilina) i stupi u elektrofilnu aromatičnu supstituciju (EAS)! Kao proizvod nastaju azojedinjenja, azoboje. Diazokuplovanje G G = nukleofil fenol ili benzenamin Ar 2 elektrofil (slab) (EAS) Ar azo grupa azoboja G R 2 R EAS uglavnom ide u ppoložaju (sterni faktor) ako je ppoložaj "zauzet" EAS ide u opoložaj

67 anilin a 2, Cl, 2 2 Cl 05 o C C 3 : : 3 C nukleofil,dimetilanilin elektrofil (slab) benzendiazonijumkatjon Cl sporo C 3 3 C intermedijarni katjon (σkompleks) brzo 3 C 3 C 4(,dimetilamino) azobenzen (pdimetilaminoazobenzen) azoboja Diazokuplovanje anilin a 2, Cl, Cl 05 o C elektrofil (slab) fenol nukleofil phidroksiazobenzen

68 Diazokuplovanje Diazokuplovanje se odvija pri odreñenoj vrednosti p reakcione sredine: sa benzenaminima u slabo kiseloj sredini, sa fenolima u slabo baznoj sredini. dreñeno p se postiže dodavanjem odreñene količine baze (a) ili pufera ( C a ili a 2 C 3 ). Diazokuplovanje Kakva sredina odgovara elektrofilnom diazonijumkatjonu (Ar 2 )? U prisustvu jona Ar 2 je u ravnoteži sa nejonizovanim jedinjenjem diazokiselinom (Ar = ) i sa njenom soli diazotatom (Ar = ). Ar Ar Ar : diazonijumjon diazokiselina diazotat (diazohidroksid) (so diazokiseline) kupluje ne kupluje ne kupluje Jako kisela sredina pogoduje Ar 2

69 Diazokuplovanje jon prevodi Ar 2, koji može da kupluje u jedinjenje koje ne kupluje. Kako je Ar 2 elektrofilan, diazokuplovanju će pogodovati mala koncentracija jona, a to je u vrlo kiseloj sredini! Ar Cl Ar R diazonijum diazonijum diazokiselina hlorid hidroksid (diazohidroksid) kupluje kupluje ne kupluje slabo bazna sredina Diazokuplovanje 3 3 Dezaktivira aromatican prsten za EAS!!! kupluje nejonizovani benzenamin ne kupluje jonizovani benzenamin

70 Diazokuplovanje Kiselina prevodi benzenamin u oblik amonijumjona (nastao protonovanjem amina) koji je zbog "" šarže na azotu nereaktivan prema elektrofilnoj aromatičnoj supstituciji (EAS): premalo je reaktivan da bi mogao biti napadnut slabom elektrofilnom česticom diazonijumjonom (Ar 2 )!!! Što je kiselost reakcione sredine veća, to je veća količina jonizovanog amina i manja brzina diazokuplovanja! Benzenamin (anilin) kupluje brže u slabo kiseloj sredini! Diazokuplovanje : : : Jace aktivira aromatican prsten od grupe kupluje BRZ jonizovani fenol kupluje SPR nejonizovani fenol

71 Diazokuplovanje Fenoli su pretežno kiseli pa u vodenim rastvorima postoji ravnoteža izmeñu fenola i fenoksidnog jona: " " šarža na kiseoniku u fenoksid jonu (Ar ) deluje tako da on mnogo jače otpušta elektrone nego grupa fenoksid jon je mnogo reaktivniji u EAS od nejonizovanog fenola!!! Što je kiselost reakcione sredine veća, to je veća koncentracija nejonizovanog fenola i manja je brzina diazokuplovanja! Diazokuplovanje U slabo baznoj sredini: imamo fenoksidni jon (Ar ), ne stvara se diazotat (Ar = ) (Ar 2 egzistira u reakcionoj smeši).

72 Diazokuplovanje KMPRMIS pri diazokuplovanju Sredina ne sme biti: previše bazna da koncentracija diazonijumjona (Ar 2 ) ne bude premala (tj. da on ne reaguje sa dajući Ar = ) toliko kisela da koncentracija slobodnog fenoksid jona (Ar ) ili amina (Ar ) bude preniska. Diazokuplovanje Znači da se benzenamini (anilini) najbolje kupluju u slabo kiseloj sredini, a fenoli u slabo baznoj sredini!!! Diazokuplovanje mora da se vrši veoma brzo stajanjem Ar 2 se razgrañuje (sporedni proizvodi) što loše utiče na kvalitet azoboje!

73 ZADATAK Polazeći od navedenih jedinjenja i ostalih reaktiva prikažite sinteze sledećih jedinjenja: 4hidroksi3,4 dimetilazobenzena iz toluena paracrvenog iz benzena i naftalena Metiloranž iz sulfanilne kiseline i,dimetilanilina a 3 S ( ) 2 metiloranža iz sulfanilne kiseline i,dimetilanilina (diazo kuplovanje) slabo kisela sredina a 3 S 2 Cl ( ) 2 a/ 2 3 S 3 a 3 S (nerastvorno u vodi) (rastvorno u vodi) a 2, Cl, 2 05 o C a 3 S 2 Cl

74 METILRAŽ (indikator) a 3 S ( ) 2 baznija sredina od p > 4,4 žuti negativan jon a Cl a 3 S ( ) 2 3 S ( ) 2 kiselija sredina od p < 3,1 crveni dipolarni jon 4idroksi3,4 dimetilazobenzen iz toluena 3 C C 3 (diazo kuplovanje) 2 slabo bazna sredina Cl 3 2 S Fe/Cl 1. Fe/Cl 2. a 2. a 2

75 4idroksi3,4 dimetilazobenzen iz toluena a 2, Cl, 2 05 o C a 2, Cl, 2 05 o C 2 Cl 2 Cl 2 Paracrveno iz benzena i naftalena 2 1 (diazo kuplovanje) slabo bazna sredina 2 Cl naftol se nalazi u položaju 2 (diriguje EAS u položaj 1) 2 C 3 1. Fe/Cl 2. a C 3 2 S 4 C C 2 2

76 Paracrveno iz benzena i naftalena C 2 Cl a 2, Cl, 2 05 o C 2 / konc. 2 S 4 S o C 1) a(s); 350 o C 2), 2