CURS XI II.3. AMINE 1. II.3.1. Clasificarea si nomenclatura 1. II.3.2. Structura de baza 2

Transcript

1 CURS XI II.3. AMIE 1 II.3.1. Clasificarea si nomenclatura 1 II.3.2. Structura de baza 2 II.3.3. Metode de obtinere a aminelor 2 II Aminarea compusilor halogenati 2 II Amine alifatice 2 II Amine aromatice 4 II Aminarea fenolilor. Reactii Bucherer 5 II Aminarea prin reducere 6 II Aminarea reductiva a nitroderivatilor aromatici 6 II Alte aminari reductive 10 II Degradarea ofmann a amidelor 12 II.3.4. Proprietati fizice si spectrale 13 II.3.5. Reactivitatea aminelor 14 II Caracterul acido-bazic 14 II Reactivitatea ca nucleofilicitatate fata de gruparea carbonil 17 II acilarea 17 II ucleofilicitatea fata de compusi carbonilici si analogi iminici 18 II ucleofilicitate fata de alcooli si compusi halogenati 19 II ucleofilicitatea fata de alchine 20 II Reactia de diazotare si aplicatii 20 II Aplicatii. Gruparea diazoniu ca grupa fugace in reactii S 1 -Ar 22 II Aplicatii. Gruparea diazoniu ca grupa fugace in reactii S.R. 24 II Sarurile de diazoniu ca agenti electrofili in reactii S.E. aromatice 25 Modificarile ulterioare asupra continutului, operate de catre autor, nu fac obiectul vreunei notificari prealabile.

2 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II.3. AMIE Definitie: compusi organici care contin gruparea functionala monovalenta amino 2 (Curs 1, pag. 13); pot fi considerati ca derivand de la amoniac prin inlocuirea succesiva a atomilor de hidrogen ai acestuia cu cate un radical organic hidrocarbonat generand amine primare, secundare si tertiare. II.3.1. Clasificarea si nomenclatura R- 2 Amine primare C 3 -C 2-2 Aminoetan (I.U.P.A.C.) Etilamina Et- 2 Amina alifatica C Aminobenzen (I.U.P.A.C.) Fenilamina, Anilina Ph- 2 Amina aromatica 2 -C 2 -C 2-2 1,2-Diaminoetan (I.U.P.A.C.) Etilendiamina Diamina alifatica R 1 --R 2 (R 1 = R 2, R 1 R 2 ) Amine secundare C 3 -C 2 --C 3 Etilmetilamina (I.U.P.A.C.) Amina alifatica Et--Me C C 6 5 Difenilamina (I.U.P.A.C.) Amina aromatica Ph 2 C C 3 Fenilmetilamina (I.U.P.A.C.) -metilanilina Ph--Me Amina secundara mixta R 1 -R 2 -R 3 (R 1 = R 2 = R 3, R 1 R 2 R 3 etc.) Amine tertiare (C 3 -C 2 ) 3 Trietilamina (I.U.P.A.C.) Et 3 Amina alifatica C 3 -C-C 2 -C 3 (C 3 ) 2 2-Dimetilaminobutan (I.U.P.A.C.) (s-bu)-(me) 2 C 6 5 (C 3 ) 2 Fenildimetilamina (I.U.P.A.C.),-dimetilanilina Ph-(Me) 2 Amina tertiara mixta In cazul in care pe un radical hidrocarbonat se afla grefate si alte functiuni organice, cele oxigenate (COO > C=O > -O) au prioritate de citare fata de functiunea monovalenta amino, de exemplu: C 2 -C 2 -O 2-aminoetanol (si U 2-hidroxietilamina!) 1

3 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II.3.2. Structura de baza Geometria de baza a moleculelor aminice este cea tetraedrica, cu atomul de azot hibridizat sp 3. R 1 R 3 α R 2 α: 107 o daca R 1 = R 2 = R 3 = ( 3, amoniac) (vezi teoria VSEPR, Curs 1, 4.5., pag. 42, 43) > 110 o in amine tertiare din cauza repulsiei sterice Aminele prezinta o mare instabilitate configurationala ceea ce, in cazul aminelor chirale (R 1 R 2 R 3 ), se manifesta prin interconversia rapida, la temperatura ambianta, a unui enantiomer in celalalt. R 1 > R 2 > R 3 (C.I.P.) R 1 R R 3 R 1 R 3 R 1 R 2 S sp 3 R 3 R 2 R 2 sp 2 sp 3 Stare de tranzitie plana Fenomenul se numeste IVERSIE PIRAMIDALA (e.g. in cazul amoniacului au loc 10 6 inversii / minut!!). II.3.3. Metode de obtinere a aminelor II Aminarea compusilor halogenati Consta in Substitutia ucleofila a halogenului din compusii halogenati. TERMIOLOGIE: reactie denumita si a m o n o l i z a (nucleofil este amoniacul), a m i n o l i z a (nucleofilul este o alta amina) sau prin termenul cel mai general, a m i n a r e. II Amine alifatice Se obtin dupa schema generala a reactiilor S in care nucleofilul nu are sarcina (Curs 9, II , pag. 17): 2

4 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 3 METODA OFMA δ δ- C L C :L - ucleofil cu azot ucleofil cu azot: 3, R- 2, R 2, etc. L: halogen (Cl, Br, I), optional O. Metoda clasica de obtinere a aminelor alifatice prin -alchilarea amoniacului cu compusi halogenati cu reactivitate marita sau normala (Curs 9, II.1.5., pag. 16) de obicei prin mecanism S 2 la incalzire (Δ si, uneori, la presiune): Are loc in doua etape distincte: - Substitutia nucleofila a halogenului: 3 : R δ -X δ- 3 -R X: - alogenura de alchilamoniu - Eliberarea aminei libere din sarea ei de alchilamoniu printr-o reactie acid-baza: R- 3 X: - 3 R- 2 4 X: - Mare exces! alogenura de amoniu ota 1: daca amoniacul este in mare exces, reactia se opreste in faza de monoalchilare, rezultand amina primara. ota 2: daca compusul halogenat este in mare exces, reactia continua identic pana la obtinerea halogenurilor cuaternare de amoniu, de exemplu: Δ C 3 C- 3 I 2 ( - I 3 C) 2 C 3I ( 3 C) 3 C 3I - I - I Metilamina Dimetilamina Trimetilamina Δ Δ ( 3 C) 4 I - Iodura de tetrametilamoniu I - Iodura de alchilamoniu (din -alchilare) enucleofila Δ I : Amina libera (continua reactia) ucleofila

5 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. ota 3: in cazul intermediar, acela in care nici una dintre componente nu este in mare exces (R-X sau 3 ) se formeaza amestecuri de amine foarte dificil de separat si metoda nu mai este atractiva. ota 4: cele mai bune rezultate se obtin in cazul utilizarii ca agenti de -alchilare a compusilor halogenati primari (mecanism S 2 ); in cazul compusilor halogenati tertiari, la incalzire, poate deveni concurenta reactia de Eliminare E-1 (Curs 9, II.1.1., pag. 11) de exemplu: (C 3 ) 3 C-Br 3 (C 3 ) 2 C=C 2 4 Br ota 5: se pot utiliza si alti agenti de -alchilare, mai ieftini, de exemplu sulfatii de alchil (Curs 10, II , pag. 16, mecanism S 2 ), de exemplu Me 2 SO 4 (dimetilsulfatul): R- 2 δ δ- C 3 -O-SO 2 -O-C 3 2 ao R-(C 3 ) 2 a 2 SO O R- 2 3 C-O-SO 2 -O-C 3 R--C 3 O-SO 2 -O-C 3 R--C 3 O-SO 2 -O-C 3 R-(C 3 ) 2 O-SO 2 -O O-SO 2 -O 2 ao a 2 SO O (Me) 2 SO 4 4 II Amine aromatice (vezi si Curs 9, II si pag. 30) A) Aminarea compusilor halogenati aromatici cu reactivitate scazuta in prezenta catalitica a Cu fin divizat: 150 o C / Cu fin divizat C 6 5 -X 2 3 C X - viteza de reactie creste in ordinea Cl < Br < I odata cu cresterea polarizabilitatii electronilor neparticipanti ai atomului de halogen care devine astfel tot mai complexabil, in starea de tranzitie, de catre Cu. B) Aminarea compusilor halogenati aromatici in care legatura C sp2 -X este labilizata de catre grupari cu efecte electronoatragatoare (-I, -E) plasate in pozitiile orto / para (mecanism S 2- Ar via complex Jackson Meisenheimer): : X: : X: Lent : X: 3 Rapid - : X: : O O : - - : O O : - - : O O : O 2 O 2 p-itroanilina

6 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. - in aceste sinteze, amoniacul poate fi inlocuit cu alti nucleofili cu azot, amine alifatice sau aromatice. C) Aminarea prin mecanism E-1cB aplicata asupra compusilor halogentai aromatici cu reactivitate scazuta (Curs 9, II pag. 29, 30). II Aminarea fenolilor. Reactii Bucherer Fenolii pot fi transformati in amine aromatice prin aminare cu exces de amoniac sau amine primare. Deoarece mecanismul reactiei consta in Aditia ucleofila a amoniacului urmata de Eliminare la tautomerul cetonic al fenolului (Curs 10, II , pag. 27, 28) reactia este de interes industrial in cazul polifenolilor si cel al naftolilor: O (P Δ) O 3 O - 2 O 2 Resorcina m-aminofenol Mecanism: O O Resorcina (tautomer enolic) O O O - δ O Ọ. tautomer cetonic O 3 (exces) 150 o C / 6 atm aso 3 sau 4 SO 3 2 β - 2 O α(β)-aftol α(β)-aftilamina δ- (A..) O (E) O : 3 - O O Ọ. : - 3 O tautomer iminic α β-aftilamina O 2 m-aminofenol (tautomer aminic) ota 1: in cazul fenolului ca atare, proportia de tautomer cetonic este foarte mica si conditiile de reactie sunt cele mai dure (totusi, de interes industrial.). (Despre tautomeria amino-iminica vezi si Curs 8, I , pag. 15). ota 2: cu cat poate fi generat mai usor tautomerul cetonic, conditiile de reactie devin tot mai accesibile. ota 3: sunt procese de echilibru, excesul de amoniac deplasand procesul inspre obtinerea aminei cu randamente mari; procesul invers ( hidroxilarea aminei aromatice ) este, de-asemenea, de interes industrial. ota 4: efectul catalitic, esential, al ionului bisulfit (SO 3 - ) este restrans la seria naftolilor. 5

7 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II Aminarea prin reducere II Aminarea reductiva a nitroderivatilor aromatici Cuprinde o gama foarte variata de metode, marea majoritate fiind de interes industrial major datorita randamentelor mari. Materiile prime sunt, totdeauna, nitroderivatii aromatici (Ar-O 2 ) obtinuti la randul lor, prin nitrare. Stoichiometria generala a reactiei este: Intermediarii esentiali in proces sunt: : O: Ar- - : O : itroderivat aromatic (4) (-2) Ar-O e - Ar O itroderivat aromatic Amina primara aromatica 2 2 e - 2 Ar-=O 2 e - Ar--O 2 2 e - Ar- 2-2 O - 2 O itrozoderivat Arilhidroxilamina Arilamina primara aromatic In general, intermediarii prezinta interes mai scazut sau, in functie de natura restului Ar, nu sunt izolabili. VARIATE DE EFECTUARE A AMIARII REDUCTIVE A ITRODERIVATILOR AROMATICI METODA BECAMP de interes industrial Decurge dupa ecuatia stoichiometrica: Cl 4 Ar-O 2 9 Fe 4 2 O 4 Ar- 2 3 Fe 3 O 4 Sistem reducator: Fe o 2 Cl Fe 2 2Cl e - FeCl O Fe(O) Cl - Fe 2 2 O Fe 2 2 O e - ota 1: are loc in mediu apos, la p slab acid, la o C, cu randamente mari (80 100%). ota 2: in afara de Cl, mediul slab acid poate fi realizat si cu 2 SO 4, C 3 COO, etc. ota 3: sursa de electroni este Fe iar cea de apa si nu Cl. 6

8 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. Metoda Béchamp este chemoselectiva, in cazul compusilor polifunctionali: doar grupele nitro sunt reduse, de exemplu: 7 C O O 2 Fe / C 3 COO / 2 O METODA CLEMMESE Zn / Cl / 2 O C O 2 2 C 2 REDUCEREA SULFALCALIA de interes industrial Decurge dupa ecuatia stoichiometrica: 4 Ar-O 2 6 a 2 S x 7 2 O 4 Ar- 2 3 a 2 S 2 O 3 6 ao 6(x-1)S Sistem reducator (x = 1): 2 S 2-6 O - S 2 O e O 8 2 O 8 8 O - ota 1: are loc in mediu apos, la o C, cu randamente mari (80 100%). ota 2: in afara de a 2 S se pot folosi disulfuri a 2 S 2 sau polisulfuri a 2 S x, cu rezultate similare. ota 3: in cazul dinitroderivatior aromatici, prin varianta sulfalcalina, doar o singura grupa este redusa: O 2 Fe / Cl / 2 O 2 (g) / i 2 m-fenilendiamina O a 2 S x m-itroanilina O 2 Metoda, considerata ca blanda, se aplica mai ales in cazul aminelor aromatice sensibile la oxidare.

9 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 8 ALTE SISTEME REDUCATOARE de interes analitic Ar-O 2 3 Fe 7 Cl Ar- 3 Cl - 3 FeCl O Sistem reducator: Fe o Fe 2 2 e - 2 Cl 2 2 Cl - 2 Ar-O 2 3 Sn 12 Cl 2 Ar- 2 3 SnCl O Sistem reducator: Sn o Sn 4 4e - 4 Cl 4 4 Cl - Ar-O 2 3 a 2 SO 3 2 O Ar- 2 3 a 2 SO 4 Sistem reducator: SO O SO e O 2 2 O - 2 Ar-O 2 6 aso O 2 Ar- 3 SO 4-3 a 2 SO 4 2 SO 4 Sistem reducator: SO 3-2 O SO e O 2 2 O - Varietatea de sisteme reducatoare tine cont de natura foarte diferita a aminelor aromatice polifunctionale si sensibilitatea lor diferita fata de oxidanti. REDUCEREA ITRODERIVATILOR AROMATICI I MEDIU ALCALI de interes industrial Sunt reduceri efectuate in mediu puternic alcalin (40 60 % masa ao), la cald ( o C), in prezenta Zn sau Fe: 2 Ar-O 2 5 Zn 10 ao Ar---Ar 5 Zn(Oa) O idrazoderivat aromatic 2 Ar-O 2 5 Fe 6 2 O Ar---Ar 5 Fe(O) 2 Obiectivul acestor sinteze este obtinerea de hidrazoderivati aromatici Ar---Ar atat in seria benzenica cat si in cea naftalenica dupa schema generala:

10 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 9 : O: Ar- - : O : itroderivat aromatic δ Ar O: δ- : 2-2 O 2-2 O Ar : O δ δ- 2 Ar-=O Ar--O itrozoderivat Arilhidroxilamina aromatic AZOXICOMBIARE Ar Ṅ. 2 Ar Azoderivat aromatic Ar Ar : O: : O: - 2 O Ar---Ar idrazoderivat aromatic Ar Ar : O : - Azoxiderivat aromatic 2 2' 2,2'-idrazonaftalen 1 1' idrazobenzen T.S. [5.5] Δ / T.S. [3.3] Δ / 2 2 2,2'-Diamino-1,1'-Binaftil ' 4 4' p,p'-diaminobifenil 4,4'-Diaminobifenil BEZIDIA 1 1' 2 2' Benzidina ota 1: primii doi intermediari sunt aceeasi ca si in cazul reducerilor in mediu acid sau neutru. ota 2: mediul puternic alcalin este necesar pentru a realiza etapa de AZOXICOMBIARE (etapa cheie). ota 3: este posibila dar nu si de interes, izolarea de intermediari, dupa etapa de azoxicombinare. idrazoderivatii aromatici, izolati si purificati, sunt transformati in diamine primare in mediu diluat acid (Cl, 2 SO 4 ). Transformarea in diamine primare decurge ca o izomerizare (Transpozitie Sigmatropica [n.n] (Curs 8, I , pag. 9, 10) cu randamente de 60 70% si furnizeaza intermediari esentiali pentru industria farmaceutica, coloranti si reactitivi.

11 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II Alte aminari reductive AMIAREA REDUCTIVA A ITRLILOR SI AMIDELOR Este metoda de preparare a aminelor primare conform schemelor generale: 2 (rapid) 2 (lent) R-C [R-C=] R-C 2-2 itril Imina Amina primara R-CO- 2 4 R-C O Amida Amina primara ota 1: principalii agenti de reducere sunt cei intalniti si pentru compusi carbonilici si esteri: LiAl 4, 2 (g) / (i, Pd fin divizate), ab 4 etc. (Curs 10, II , pag. 5, 6) ota 2: principala reactie secundara (si dezavantaj al metodei) consta in aditia aminei primare dorite la imina intermediara (treapta intermediara de reducere), rezultand si amine secundare: R-C 2 δ δ- R-C= Imina Aditie ucleofila 2 -C 2 -R AMIAREA REDUCTIVA A COMPUSILOR CARBOILICI (Eliminare) 2 - R-C 3 R-C=-C 2 -R Imina -C 2 -R 2 R-C2 --C 2 -R Amina secundara Este metoda de preparare a aminelor din compusi carbonilici prin tratare cu amoniac sau amine (Aditie ucleofila Eliminare) urmata de reducerea intermediarului nesaturat (imina) fara izolarea acestuia: i) se obtin amine primare daca reactia se efectueaza cu amoniac: δ (A.. E) C O : 3 C δ- - 2 O Imina 2 C 2 Amina primara 10

12 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. ii) se obtin amine secundare daca reactia se efectueaza cu amine primare, de exemplu: (A.. E) δ δ- - (C 3 ) 2 C-C=O 2 -C 6 2 O 2 5 (C3 ) 2 C-C=-C 6 5 (C3 ) 2 C-C 2 --C 6 5 Izobutiraldehida -fenilimina izobutiraldehidei Izobutilfenilamina 11 iii) se obtin amine tertiare daca reactia se efectueaza cu amine secundare, de exemplu: A.. C 3 -C=O (C 3 ) 2 δ δ- 2 C O E - 2 O C (C 3 ) C=C-(C 3 ) 2 3 C-C 2 -(C 3 ) 2 Dimetilvinilamina Etildimetilamina Reducerea consta dintr-o hidrogenare clasica [ 2 (g) / i] dupa obtinerea intermediarului de condensare dintre compusul carbonilic si amoniac (amine): in caz contrar s-ar hidrogena compusul carbonilic!. REACTIA LEUCKART WALLAC (Clarke Eschwailer) Metoda de preparare a aminelor tertiare dimetilate din amine primare sub actiunea formaldehidei si a acidului formic: R C=O 2 COO R-(C 3 ) 2 2 CO O Formaldehida Acid formic Amina tertiara Rapid 2 C=O -CO-O 2 C=O ( -CO-O - ) C 2 -O (electrofil) E A.. - R- 2 2 C-O R- 2 -C 2 -O R--C 2 -O 2 O - 2 R-=C 2 R-=C 2 Imina - : - A.. :O: - CO 2 2 C-O E R-=C 2 C R--C - 2 O 3 R C 2 O R C 2 O 2 R C 2 : O : - C - : - 3 C 3 C 3 Mecanismul reactiei consta din doua Aditii ucleofile si doua Eliminari (E) ale :O: - CO R C 2 C 2 R-(C3 ) 2 aminelor la formaldehida in cataliza acida (COO) si transferul formal al unui : O: ion de hidrura (fara existenta efectiva) de la ionul formiat (COO C 3 - ) la iminele - intermediare, CO 2 fiind o foarte buna grupa fugace. Reactia are loc la incalzire ( o C) si cu randamente mari (peste 70%)

13 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II Degradarea ofmann a amidelor Metoda (foarte) simpla de preparare a aminelor primare pornind de la amide prin tratare cu brom in mediu alcalin. Se formeaza amine care contin cu un atom de carbon mai putin decat amida conform reactiei generale: Mecanism: O R C 2 Amida δ- - : O: ao R C - O δ O=C=-R Izocianat de R O=C=- Acid izocianic R-CO- 2 2 ao Br 2 R- 2 CO 2 2 abr 2 O Amida Amina Primara idrogen acidifiat Rapid O O C O-C : Acid cianic Br : O: - Br δ. Br δ- : O: : O: - Br - Oa R C R C Br R C Br a - abr - O - idrogen mai a acidifiat decat - precedentul R Rapid O C R O O Acid carbamic -substituit O=C- 2 O Rapid - O=C=O 2 -R - abr 12 ota 1: reactia decurge cu randamente mari, in conditii blande. ota 2: utilizarea Bromului este esentiala dina cauza caracterului sau oxidant moderat (Br 2 e - Br - ), electrofil si excelenta Grupa Fugace in conditiile reactiei.

14 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II.3.4. Proprietati fizice si spectrale Termenii inferiori ai seriei aminelor alifatice primare sunt gaze (C 3-2 ) sau lichide cu punct de fierbere scazut. umai termenii inferiori in fiecare serie sunt solubili in apa: odata cu cresterea radicalului hidrocarbonat (hidrofob) insolubilitatea in apa se accentueaza. Aminele primare dezvolta legaturi de hidrogen intermoleculare mai slabe decat alcoolii si fenolii, totusi suficient de puternice pentru a avea puncte de fierbere si de topire mai ridicate decat cele ale hidrocarburilor corespunzatoare. R Amine cu miros p e s t i l e n t i a l : R 2 -(C 2 ) n - 2, PUTRESCIA (n = 4), CADAVERIA (n = 5) AMIE (FOARTE) CACERIGEE: β-aftilamina, Benzidina SPECTRELE I.R.: banda esentiala este cea de intensitate medie datorata vibratiei de valenta a legaturii in zona cm -1 SPECTRELE RM Spectrele 1 RM: protonul aminic fiind mobil (Curs 4, , pag. 26) nu apare cuplat, uzual, cu alti protoni vecini. localizarea protonului aminic in spectru este foarte variabila (solvent, p, temperatura, etc.). grupa aminica (indiferent de tipul ei), avand un efect I slab, provoaca o dezecreanare slaba. Exemplu: (t) (tq) (t) (sl) C 3 -C 2 -C 2-2 δ (, ppm) δ (C, ppm) [t: triplet (3 picuri); tq: triplet de quarteti (12 picuri); sl: singlet larg] SPECTRELE DE MASA: picul de baza (100%), caracteristic, este, de obicei, reprezentat de ionul de metilenimoniu stabilizat (Curs 6, B, pag. 7) R-C 2 -C 2-2 R-C 2 2 C- 2 2 C= ion de metilen 2 imoniu Ion molecular de origine (m/z = 30) ion de fragmentare, pic de baza 13

15 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 14 Exemplu similar in cazul aminelor secundare: C 3 -C 2 -C 2 --C 2 -C 2 -C 2 -C 3 C 3 -C 2 -C 2 --C 2 -C 2 -C 2 -C 3 C 3 -C 2 2 C-(n-C 4 9 ) 2 C=(n-C 4 9 ) (m/z = 86) (n-c 3 7 )-C 2 C 2 -C 2 -C 3 (n-c 3 7 )=C 2 (m/z = 72) II.3.5. Reactivitatea aminelor II Caracterul acido-bazic Aminele manifesta caracter bazic si caracter nucleofil datorita perechii de electroni neparticipanti de la atomul de azot. In masura in care sunt solubile in apa, este valabil echilibrul: O - O K b = [> -] [O - ] [>:-] Ordinul de marime al K b fiind in jur de 10-4 (pkb = 4), aminele sunt considerate baze slabe Factorii care influenteaza bazicitatea aminelor in solutie apoasa: i) efectele inductive ( I) in cazul alchilaminelor (vezi si Curs 2, pag. 33): K b ( 3 ): : R I I I R R R I IR K b R: Me R: Et : : I R R I IR R I IR IR I R

16 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag datorita efectelor electronorespingatoare I ale grupelor alchil (R) alchilaminele sunt baze mai tari decat amoniacul prin aceea ca: - creste densitatea electronica la atomul de azot care poate fixa mai usor un proton. - dupa fixarea acestui proton, sarcina pozitiva de la atomul de azot este partial compensata de aceleasi efecte electronorespingatoare I care au favorizat si protonarea, ceea ce in ionul amoniu 4 nu se intampla! (I = 0!). - bazicitatea mai mare a aminelor secundare fata de cele tertiare se explica prin aceea ca: - impedimentarea sterica a fixarii unui al patrulea ligand la azotul din structura R 3 ; prin aceasta, cei trei liganzi R sunt obligati la o dispunere spatiala mai apropiata de geometria ideala a hibridizarii sp 3 (109 o 28 fata de o ). R : R - efecte de solvatare ale ionilor de alchilamoniu rezultati prin protonare: R 2 2 > R 3 (R, acelasi alchil) R R Ionul dialchilamoniu R 2 2 este mult mai stabilizat prin solvatare deoarece dezvolta legaturi de hidrogen cu solventul prin doi protoni. Ionul de trialchilamoniu nu are decat un singur proton disponibil in acest scop. ii) efectele de conjugare: conjugarea p π extinsa datorata efectului puternic E al grupei amino scade densitatea electronica la atomul de azot aminic, drept urmare aminele aromatice sunt baze mai slabe decat amoniacul de exemplu cazul anilinei: R R K b ( 3 ) = K b (Ph- 2 ) = E 2 2 :

17 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag prin protonarea la azot se formeaza ionul de fenilamoniu C lipsit de conjugare p π (Curs 8, I II, pag. 34) si, deoarece nu permite manifestarea conjugarii, el este instabil. In cazul aminelor secundare si tertiare aromatice, conjugarea p π devine exacerbata provocand o diminuare inca mai severa a bazicitatii fata de anilina, de exemplu: C > (C 6 5 ) 2 > (C 6 5 ) 3 K b Manifestarea caracterului bazic in cazul aminelor se utilizeaza la dizolvarea acestora in apa, in mediu acid, sub forma de saruri de amoniu organice, de exemplu: C Cl C Cl - Anilina Acid tare Clorura de fenilamoniu Baza slaba in mare exces s o l u b i l a in apa I n s o l u b i l a in apa Fata de baze mult mai tari decat ele, aminele se comporta ca acizi, in mediu anhidru (p.p.m. 2 O!!!) de exemplu: - - C 3 C 3 CF 3 CF O O O O - K b grupele atasate nucleului aromatic in pozitiile orto / para cu efect electronorespingator I maresc intr-o oarecare masura bazicitatea aminei aromatice fata de anilina; grupele atasate nucleului aromatic in pozitiile orto / para cu efecte electronoatragatoare -I, -E micsoreaza bazicitatea aminei aromatice fata de anilina, de exemplu: : 2 : 2 : 2 2 : 2 2 : C a - Mediu anhidru!! - : 2 C a : 3 pka = 27 Amidura Fenilamidura pka = 36 de sodiu de sodiu

18 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 17 Mediu anhidru!! (C 3 ) 2 C--C(C 3 ) 2 n-c 4 9 -Li (C 3 ) 2 C-Li-C(C 3 ) 2 n-c Diizopropilamina n-buli Litiu DiizopropilAmidura pka = 36 LDA pka = 52 II Reactivitatea ca nucleofilicitatate fata de gruparea carbonil II acilarea Sunt reactii in care se manifesta caracterul nucleofil al aminelor primare si secundare fata de atomul de carbon hibrid sp 2 din acizi carboxilici si derivati functionali ai lor mai reactivi, cloruri acide sau anhidride ale acizilor carboxilici. Grupa "acil" R- 2 R'-CO-Y R'-CO--R Y Baza Amina -acilata ucleofil Amida secundara R--R R'-CO-Y R'-CO-R 2 Y Baza Amina -acilata ucleofil Amida tertiara Exemple: C C 3 -CO-Cl K 2 CO 3 C 3 -CO--C 6 5 KCO 3 KCl Anilina Clorura de acetil -Fenilacetamida (Acetanilida) Y: Cl - > R'-CO-O - > O - Cl - < R'-CO-O - < O - Scaderea aptitudinii de Grupa Fugace Cresterea bazicitatii R- 2 Y R- 3 Y - sare de amoniu cuaternara cu atomul de azot protonat, lipsit de nucleofilicitate R 2 Y R 2 2 Y - sare de amoniu cuaternara cu atomul de azot protonat, lipsit de nucleofilicitate Se adauga in mediul de reactie o alta baza, inerta fata de R'-CO-Y care sa neutralizeze aciditatea rezultata: a 2 CO 3, K 2 CO 3, etc. de exemplu: a 2 CO 3 Cl aco 3 acl C 3 --C 3 C 6 5 -CO-Cl a 2 CO 3 C 6 5 -CO-(C 3 ) 2 aco 3 acl Dimetilamina Clorura de benzoil,-dimetilbenzamida Mecanismul reactiei este similar esterificarii alcoolilor (O-acilare): aditie nucleofila si apoi eliminare, global, o substitutie nucleofila via intermediar tetraedric (vezi Curs 10, II , pag ):

19 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. R' C O : Y Baza ucleofil δ δ- A.. R' sp 3 O C Y - Y Intermediar tetraedric R' -E O: C E R' - : O: Amina -acilata Amida -substituita Fara bazicitate sau nucleofilicitate notabile ota 1: cu cat partenerul R -CO-Y are atomul de carbon mai pozitivat (-I Y : O < R -CO-O < Cl) reactia decurge mai usor, in conditii mai blande si este mai rapida; cu acizi carboxilici la incalzire (Y = O), cu anhidride de acizi (Y = R -CO-O) la slaba incalzire, cu cloruri acide (Y = Cl) la rece sau temperatura ambianta. Randamentele sunt, fara exceptie, mari (peste 80%). ota 2: mediul de reactie anhidru este recomandat pentru a nu fi prezent un al doilea nucleofil, apa. ota 3: prezenta unor baze (slabe) care sa capteze aciditatea rezultata din reactie este obligatorie, in caz contrar are loc protonarea aminei. ota 4: ca si in cazul alcoolilor (Curs 10, pag. 19), si in clasa aminelor se practica tosilarea cu clorura de tosil, de exemplu: C Cl-SO 2 -C 6 4 -C 3 -p a 2 CO 3 C SO 2 -C 6 4 -C 3 -p aco 3 acl -Fenil-p-toluensulfonamida Anilina tosilata (C Ts) ota 5: ca si acetalizariea (Curs 10, II , pag. 13), -acilarea este o metoda eficace de protejare temporara a functiunii amino, de exemplu fata de oxidanti: C 3 2 Protejare Cl-Ts / a 2 CO 3 - aco 3, -acl C 3 -Ts 3 [O] / KMnO 4-2 O COO -Ts C Deprotejare 2 O / - O-Ts COO II ucleofilicitatea fata de compusi carbonilici si analogi iminici Vezi aminarea fenolilor (II ), aminarea reductiva (II ) si (Curs 12, II pag. 16). 2 18

20 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 19 Prezinta interes si α-alchilarea compusilor carbonilici mediata (facilitata) de unele amine secundare, de exemplu: α R 1 -C 2 -CO-R 2 R 2-2 O R 2 R 1 -C=C R 3 -I R 2 R 1 R 3 R 2 I - R 2 O R1 α O - I - R 2 R 3 R 2 Exemplu de aplicare: A.. (C 3 ) 2 / 3 CC 2 C C 3 3 C (C 3 ) 2 3 C (C 3 ) 2 δ C C C 3 - Cetona : - CC, - O O : O C 3 δ- I - 3 C I - (C 3 ) 2 C 3 (C 3 ) 2 3 C (C 3 ) 2 -O 3 C C C 3 C C C C 3-3 C C C C 3 C 3 : O I - E δ δ- 3 C (C 3 ) 2 - C 3 -I : C C C 3 - I - C 3 (C 3 ) 2 3 C-C C C 3 O ota 1: cetonele sunt preferate in acest gen de sinteze deoarece gruparea dimetilamino este mai usor expulzata dintr-o ambianta incarcata steric, provenita din intermediarul cu legatura dubla cea mai substituita. ota 2: anionul iodura (I - ) format intermediar nu se manifesta ca nucleofil fiind concurat de apa in mare exces. ota 3: dimetilamina nu este eliminata ca baza ci ca sare de dimetilamoniu! (Curs 7, I , pag. 9). II ucleofilicitate fata de alcooli si compusi halogenati Vezi II si Curs 9 (II , pag ). Sunt de interes industrial -alchilari selective, care evita formarea de amestecuri de amine (vezi metoda ofmann la II Amine alifatice), de exemplu fabricarea de amine mixte aromatic-alifatice tertiare: O 2 Fe / 2 O / Cl sau 2 (g) / i > 95% 2 C 3 O / mare exces ( 2 SO 4 cat.); - O > 95% (C 3 ) 2,-Dimetilanilina S 2 C C O

21 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II ucleofilicitatea fata de alchine Vezi Aditii ucleofile la Alchine (Curs 8, I , pag. 15). II Reactia de diazotare si aplicatii Definitie: reactie de transformare a aminelor primare in saruri de diazoniu conform reactiei stoichiometrice R- 2 ao 2 Y R-= Y - ay 2 O Amina primara Azotit de sodiu Acid Sare de diazoniu (Alifatica sau Aromatica) 20 Reactia este comuna si caracteristica atat aminelor primare aromatice cat si celor alifatice, efectuata, de regula, la rece si in mediu apos acid; in conditii riguros stabilite, randamentul acestei reactii este cantitativ! Mecanismul general al diazotarii a aminelor primare aromatice este cel al unei S.E. la atomul azot aminic: i) Generarea electrofilului (vezi si Curs 10, pag. 37): ao 2 Y O-=O a Y: - Y: X (Cl, Br, I, C 3 COO, 2 SO 4, etc.) Exces Acid azotos fara exceptie, acizi mult mai tari ca acidul azotos! O-=O Y 2 O -=O Y: - 2 O =O Y - =O O PURTATOR DE ELECTROFIL Cation de ITROZOIU ELECTROFIL - electrofil moale, putin reactiv - partenerul de reactie trebuie sa fie o specie foarte reactiva ii) Substitutia electrofila (S.E.) a hidrogenului de la gruparea aminica: Lent Ar- =O 2 Ar--=O Arilamina primara - Ar--=O Tautomerie -itrozoarilamina Ar-=-O- Arildiazoacid (cis, trans) Rapid Y: - - O Ar-= Y: - Ar- Y: - Sare de arildiazoniu

22 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 21 ota 1: Diazotarea are loc in conditii cu atat mai accesibile cu cat amina primara aromatica este mai bazica (asadar are densitatea electronica la atomul de azot mai mare) drept care: - substitunetii electronorespingatori in pozitii orto / para pe nucleul aromatic (e.g. tipic: metil) maresc bazicitatea aminei si prin aceea reactia are loc la temperaturi mai scazute, la p-uri acide create, de-obicei, prin utilizarea de hidracizi (X) in prezenta unor concentratii mai mici de electrofil. - substituentii electronoatragatori in pozitii orto / para pe nucleul aromatic (e.g. tipic: nitro) micsoreaza bazicitatea aminei si prin aceea reactia are loc la temperaturi mai ridicate, la p-uri acide create, de-obicei, prin utilizarea de 2 SO 4 in prezenta unor concentratii mari de electrofil. ota 2: Sarurile de diazoniu aromatice sunt remarcabil stabile, dar numai la rece, la p-uri (slab) acide, datorita stabilizarii prin conjugare π π in care gruparea diazo este o grupare cu un puternic efect E, -I /3 1/3δ 1/3 1/3 1/3δ 1/3δ Ṅ. δ- ota 3: Stabilitatea si utilitatea sintetica a sarurilor de diazoniu aromatice este limitata intre p-uri acide pana la slab alcaline; la p-uri alcaline au loc transformari, in general ireversibile, inclusiv descompuneri, de exemplu: C 6 5 -= Cl - O - C 6 5 -= - ao C 6 5 -=-O O C 6 5 -=-O - a - Cl - - Clorura de benzendiazoniu Benzendiazoacid idroxid de benzen 2 O Benzendiazotat (cis, trans) diazoniu de sodiu ota 4: Este presupus ca dupa acelasi mecanism se formeaza si sarurile de diazoniu ale aminelor alifatice; acestea nu sunt stabile nici chiar la temperaturi foarte scazute (cca. -80 o C) deoarece se descompun instantaneu prin

23 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. reactie cu solventul apos in care se efectueaza reactia dand alcooli (Substitutie ucleofila), de exemplu: C 3 -C 2 -C 2-2 ao 2 / Cl / 2 O - acl 3 CC 2 C 2 Cl - Clorura de n-propildiazoniu -, - Cl - 22 C 3 -C 2 -C 2 C 3 -C -C 3 O, - O, - C 3 -C 2 -C 2 O C 3 -CO-C 3 Intermediarul de reactie este un carbocation izomerizabil. Identic se pot prepara si alti alcooli (MeO, EtO, etc.). II Aplicatii. Gruparea diazoniu ca grupa fugace in reactii S 1 -Ar Gruparea Diazoniu este o foarte buna Grupare Fugace, sub forma moleculei neutre de azot. Pe aceasta proprietate se bazeaza inlocuirea ei prin Substitutie ucleofila Monomoleculara Aromatica (S 1 -Ar): Y: - Lent Ar Ar Y: - Cation aril Ar u: - Rapid Ar-u Conditiile care determina desfasurarea reactiei dupa aceasta schema sunt: - temperatura ridicata - solventi polari si protici (apa, alcooli inferiori) - anionul Y: - este totdeauna mai putin nucleofil ca u: - (care, uneori, e in mare exces) - marcarea izotopica cu 15 confirma mecanismul, in conditiile de mai sus, ca si ecuatia cinetica: Dupa acest mecanism se pot prepara: Ar v = k I [Ar- ] e.g. Ar Ar

24 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 23 Fenoli (optional eteri ai acestora): Ar- Cl - R-O Mare exces Δ Ar-OR 2 Cl R:, Me, Et, etc. alogenoderivati aromatici de mare puritate: Ar- Y: - X Ar-X 2 Y X: F, Cl, Br, I; Y: - - SO 4 (practic nenucleofil) Mare exces Reactie secundara nedorita: obtinerea de fenoli prin atacul nucleofil al apei din solutia apoasa a hidracidului X Ar- Y: - -O Ar-O 2 Y Restrictii si variante ale metodei S 1 -Ar: - nu se aplica in cazul in cazul derivatilor clorurati deoarece acidul clorhidric Cl este, prin definitie, apos iar pretul de cost al aminei de pornire este, de-obicei, mai mare ca cel al cloroderivatului. - pentru fluorodeviati aromatici, desi se poate folosi F pur, anhidru, este preferata varianta Balz-Schiemann Δ Ar- 2 ao 2 2 F Ar- F - af 2 2 O Ar- F - Exces F Ar-F 2 Fluorura de S 1 -Ar Balz - Schiemann: arildiazoniu Ar- Cl - a Δ BF 4 Ar- BF 4 acl Ar- BF 4 Ar-F 2 BF 3 Tetrafluoroborat Uscat S 1 -Ar de arildiazoniu REMARCABIL STABIL - pentru iododerivati aromatici, metodologia este de-asemenea modificata: Ar- Cl - - I 2 KI Ar- I 3 KCl Triiodura de arildiazoniu REMARCABIL STABIL Δ - Ar- I 3 Ar-I 2 I 2 Uscat S 1 -Ar

25 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II Aplicatii. Gruparea diazoniu ca grupa fugace in reactii S.R. Consta in inlocuirea prin Substitutie Radicalica a gruparii diazoniu de catre un atom (radical) de halogen, la cald, in solutie acida si solventi (ne)polari si neprotici (e.g. acetona). Este necesara prezenta unui catalizator pe baza de cupru: Cu 1 X 1- : reactie Sandmayer ( sandmayer-izare, cea mai utilizata) sau Cu o : reactie Gattermann Metodologia are la baza diferenta mare intre capacitatea anionilor de halogenura de a furniza atomi (radicali), in crestere Cl < Br < I, odata cu scaderea caracterului electronegativ. - :X :X 1 e - Cl < Br < I Ar- X - Δ / Y (optional) CuY Ar-Y CuX 2 X Y sau X Y: Cl, Br, I Metoda, decurgand cu randamente mari, se aplica la obtinerea de halogenoderivati aromatici de mare puritate (reactivi p.a., farmaceutici) ceea ce procedeele prin Substitutie Electrofila asupra substraturilor aromatice nu reusesc! (Curs 8, I , pag. 25, 26). Mecanismul de principiu: Ar Ar- Cl - Δ / I (optional) CuI Ar-I CuCl 2 Usor de obtinut Ar-Ar :Cl: - Ṅ. Produs secundar Ar :Cl: e- - 1 e - Cu :I - Cu :I - Cu :I Ar-I CuCl 2 ota 1: rezultate la fel de bune se obtin in cazul in care X Y. ota 2: este metodologia preferata de obtinere a bromo- si iododerivatilor aromatici de mare puritate. ota 3: metoda este toleranta si in cazul prezentei unei varietati de substituenti pe ciclul aromatic. 24

26 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. II Sarurile de diazoniu ca agenti electrofili in reactii S.E. aromatice Datorita stabilizarii lor prin conjugare, cationii diazoniu sunt electrofili moi, putin reactivi. umai fata de substraturi aromatice puternic activate prin prezenta unor substituenti electronorespingatori puternici E (amine, enoli, fenoli, fenoxizi, etc.), cationii de diazoniu manifesta reactivitate ca electrofili in procese de exceptionala importanta (industrie, chimie analitica, etc.). Se defineste ca reactie de cuplare azoica (azocuplare) cea care are loc intre saruri de diazoniu si amine aromatice sau fenoli cu formare de compusi azoici. In conditii riguros stabilite, randamentul acestor procese este, practic, cantitativ. Ar-= X - -Ar-R (E!) Ar-=-Ar-R X Amina aromatica Compus Azoic Fenol, Enol Factorii care influenteaza reactia de cuplare azoica (azocuplare): i) influenta pozitiva (activanta) a substituentilor cu efect electronoatragator (-E) in sensul cresterii electrofilicitatii cationului diazoniu vs. influenta negativa a substituentilor cu efect electronodonor (E) in sensul scaderii electrofilicitatii cationului diazoniu. Reactivitate - O - relativa : O : -E electrofilicitate : O : O crescuta 1 standard 25 E 3 CỌ. 3 CỌ electrofilicitate scazuta ii) reactia de cuplare azoica (azocuplare) are loc, de regula, in mediu apos si este foarte sensibila la p: stabilirea si mentinerea riguroasa a acestuia are rolul de a asigura existenta efectiva a speciilor celor mai reactive din partea ambilor parteneri de reactie.

27 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 26 AZOCUPLAREA SARURILOR DE DIAZOOIU CU AMIE AROMATICE are loc la p slab acid de exemplu: Cl - 2 p = 5-7 / 2 O / 0 o C 2 Cl Clorura de benzendiazoniu Fenilamina (Anilina) p-aminoazobenzen ("Galben de anilina") Clorura de Fenilamoniu (Clorohidrat de anilina) IERTA fata de cationul de benzendiazoniu deoarece atomul de azot este protonat: gruparea 3 are un puternic efect dezactivant -I (Curs 8, I , pag. 34). Cl - -I - Cl E p = C Ṅ. Clorohidrat de anilina p < 5 Cl Anilina (amina"libera") 2 - Cl - =-C 6 5 electrofil Cl Cl C 6 5 complex σ 2 E Cel mai vechi colorant azoic cunoscut "Galben de anilina" (vezi Curs 5, , pag ) ota 1: p-ul slab acid asigura o solubilitatea acceptabila a aminei aromatice in apa. p-ul slab acid asigura existenta efectiva a electrofilului, cationul de diazoniu. ota 2: reactia urmeaza mecanismul tipic SE si este foarte regioselectiva, in pozitia para. ota 3: conditiile slab acide se stabilesc, cu mare precizie, pentru fiecare caz concret in parte.

28 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. 27 AZOCUPLAREA SARURILOR DE DIAZOOIU CU FEOLI are loc p slab bazic, de exemplu: Cl - O p = 8-10 / 2 O / 0 o C O Cl Clorura de benzendiazoniu p-idroxiazobenzen Efectul E al grupei O din fenol nu activeaza suficient ciclul aromatic E O-C 6 5 p > 8 p < 8 E Ȯ. a - : O - : a Forma activata a fenolului ca ion de fenoxid, la p > 8 (E O- >> E O!!) C 6 5 -=-O Benzen diazoacid (inactiv in reactia de azocuplare) p > 10 ao, - acl C 6 5 -= Cl - C 6 5 -O - a p < 10 Clorura de - acl benzendiazoniu Electrofila Vezi si Curs 5, , pag Vezi si Curs 10, II , pag C 6 5 O Ȯ. O - ota 1: p-ul slab bazic asigura existenta formei activ(at)e a fenolului, ionul de fenoxid. p-ul slab bazic permite existenta electrofilului, cationul de diazoniu; depasirea acestuia il conversteste in arildiazoacid (la p inca mai bazic in arildiazotat Ar-=-O - a ), ambele inactive ca electrofili. ota 2: reactia urmeaza mecanismul tipic SE si este foarte regioselectiva, in pozitia para. ota 3: conditiile slab bazice se stabilesc, cu precizie, pentru fiecare caz concret in parte.

29 Mircea Darabantu CIMIE ORGAICA an II Ing. CURS-XI Pag. ota 4: in seria naftolilor, regioselectivitatea cuplarii azoice depinde de pozitia grupei hidroxilice. 28 O O Regioselectivitati 100% ota 5: daca pozitia para fata de gruparea hidroxil fenolica este ocupata cu o buna grupare fugace, aceasta este eliminata, proces numit si ipsosubstitutie electrofila. = Cl - - CO 2 OOC O - Cl O