Ammine - Xoom.it

SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / CHIMICA III
GIANMARIO GERARDI – Y04585
Ammine
Sono composti derivati dall’ammoniaca per
sostituzione di 1, 2 o 3 idrogeni con gruppi organici
••
N
H
H
H
ammoniaca NH3
••
3D
N
R
H
H
ammina primaria
Le ammine ci riguardano
È davvero notevole la collezione di molecole organiche di interesse
biologico che riguardano il gruppo funzionale amminico e i suoi derivati.
Tutte molecole davvero famose:
Adenina, timina, citosina e guanina (DNA)
Aminoacidi
Adrenalina
Dopamina
Serotonina
Caffeina
Nicotina
Prozac
Valium
Cocaina
Eroina
Anfetamina
Derivati anfetaminici
LSD
Inoltre, come l’ammoniaca, le ammine rivestono spesso un importante
ruolo “basico” fra le biomolecole.
Ibridazione sp3
L'atomo di azoto delle ammine porta un doppietto elettronico non condiviso;
per questo motivo gli orbitali dell’azoto possono ibridare sp3, con
geometria quasi tetraedrica.
Quando i gruppi legati all’azoto sono diversi, i due enantiomeri teorici si
interconvertono molto rapidamente a causa dell'inversione piramidale
simile a quello di un ombrello che si rovescia per il vento.
Ammine chirali
••
••
N
H
H
CH2CH3
CH3
CH3
N
CH2CH3
N
CH3CH2
H
CH3
••
N
CH3CH2
H
CH3
••
nell'inversione piramidale gli enantiomeri si interconvertono e, quindi i
racemi non sono risolvibili, è impossibile separarli.
Ammine
vengono classificate in base alla sostituzione degli H legati all’N come:
Ammine primarie: 1 H sostituito da 1 gruppo alchilico o arilico
Ammine secondarie: 2 H sostituiti da 2 gruppi alchilici o arilici
Ammine terziarie: tutti gli H sono sostituiti
3D
Nomenclatura
•
•
Ammine alifatiche
Ammine legate ad un anello aromatico
Ammine alifatiche: gruppo alchilico + ammina
primarie
3D
In questo sistema, il nome delle ammine
secondarie e terziarie è composto da un prefisso
che comprende tutte le catene carboniose, ad
eccezione di quella più lunga:
secondarie
terziarie
Nomenclatura
H
H
H C H
H C H
H C H
H C NH2
H C H
H C H
NH2
1-propanammina
1-amminopropano
1-propilammina
CH3
H3C C CH3
N CH3
H
2-propanammina
2-amminopropano
2-propilammina
N-metil-N-tert-butil-amminobenzene
metil-tert-butil-fenilammina
N-metil-N-isopropil-anilina
3D
3D
Nomenclatura
Se sono presenti altri gruppi funzionali, l'amminogruppo viene sempre
considerato un sostituente:
Ammine legate ad un anello aromatico:
derivati dell'anilina o del sistema aromatico.
3D
Le ammine aromatiche sono considerate dei derivati dell'anilina.
Ammine eterocicliche
N
N
N
N
H
Piridina
Pirrolo
N
H
Imidazolo
N
Pirimidina
N
N
N
Purina
N
H
N
H
N
Chinolina
Indolo
Le ammine hanno carattere nucleofilo
Il doppietto elettronico dell’azoto è un centro nucleofilo. I gruppi alchilici legati
all’azoto fanno aumentare la densità di carica nell’orbitale atomico, per effetto
induttivo.
••
••
H
N
H
H
H
N
CH2CH3
CH2CH3
Le ammine aromatiche hanno carattere meno nucleofilo delle ammine
alifatiche: l’anello consente al doppietto di “disperdersi” sulla molecola
NH2
NH2
NH2
NH2
Il carattere nucleofilo quindi varia
NH2
H N
H
C2H5
C2H5
C2H5
H5C2
N
H5C2
H
N
C2H5
Carattere nucleofilo delle ammine
L’elettronegatività dell’azoto e il doppietto elettronico consentono alle ammine
anche di stabilire ponti idrogeno
Interazioni intermolecolari
I legami idrogeno N-H...N sono piu' deboli di quelli O-H...O
Le ammine I, II e III possono formare legami H con l'acqua, e le ammine
fino a 5-6 atomi di C sono molto solubili in acqua.
H
O H
H
N
H
doppietto
H
Ammina primaria + acqua
acqua H2O
ammoniaca NH3
Proprieta' fisiche
•
•
Per questo le ammine sono generalmente liquide eccetto la metil- e
dimetil-ammina, che sono gassose.
I punti di ebollizione sono molto superiori a quelli dei corrispondenti
alcani, ma inferiori a quelli degli alcoli.
Basicità delle ammine
Il carattere nucleofilo conferisce a tutte le ammine caratteristiche di basicità.
Il doppietto è in grado di accettare abbastanza stabilmente un protone H+
Basicità delle ammine
Per le stesse ragioni dette prima:
Le ammine aromatiche sono molto meno basiche delle ammine alifatiche e
dell'ammoniaca. L'anilina, ad esempio, è circa un milione di volte meno basica
della cicloesilammina.
Basicità delle ammine
Acidità delle ammine
Ammine primarie e secondarie si possono, in certe condizioni, comportare
come acidi (cedendo un protone).
Le ammine primarie sono acidi estremamente deboli, molto più deboli degli
alcoli
Le ammidi sono derivati degli acidi carbossilici e delle ammine che rivedremo
tra poco. Le ammidi sono acidi molto più forti delle ammine. I loro valori di
pKa (circa 15) sono vicini a quelli degli alcoli:
Reazioni principali delle ammine
Alchilazione: un gruppo alchilico viene sostituito a un idrogeno amminico
N
R3
H
N
R X
R3
R2
R
+ HX
R2
Riguarda tutte le ammine: dall’ammoniaca alle ammine terziarie
Acilazione: l’ammina effettua un attacco nucleofilo al carbonio carbossilico
RCOX
N
R3
H
R2
N
R3
O
C
R
+ HX
R2
un' ammide
Riguarda le ammine dall’ammoniaca alle ammine secondarie, ma non le terziarie
Le Reazioni delle Ammine
Formazione dei sali di arendiazonio:
+
N
NH2
+ HNO2 + H2SO4
Anilina
Acido nitroso
N
HSO4 - + 2H2O
Bisolfato di benzendiazonio
Le Reazioni dei Sali di Arendiazonio
Sostituzione
+
N N
+
_
Nu
Nu
+ N2
Sali delle ammine
Molti sali di ammine, di origine naturale o sintetica, rivestono notevole
importanza biologica. Due esempi sono la squalammina, uno steroide con
attività antimicrobica recentemente isolato dallo squalo bianco, e il cloridrato di
(+)-metanfetammina, uno stimolante che è molto tossico e che produce
assuefazione.
Sali delle ammine e ammine di
importanza biologica
nicotina
serotonina
adrenalina
anfetamina
dopamina
eroina
prozac
cocaina
valium
CH3
NH2
CH2
CH2
CH3
H2N C H
CH2
NH2
NH
CH2
CH2
CHOH
CHOH
3D
2-feniletanammina
1-fenil-2-propanammina
(anfetammina)
NH2
NH2
H C H
H C H
OH
2-amminoetanolo
(etanolammina)
HO
HO
H C H
H C H
H C H
H C H
NH2
OH
OH
nor-adrenalina
adrenalina
H
NH2
N
H C H
H C H
H
H
H C H
H
H
H H
H C H
H C H
NH2
1,4-butandiammina
1,5-pentandiammina
(putrescina)
(cadaverina)
H
H
pirrolidina
Ammidi
Le ammidi, fra i derivati degli acidi carbossilici, sono quelle meno reattive e
sono largamente diffuse in natura. Le ammidi più importanti sono le proteine.
Possono provenire anche da Sali d’ammonio.
3D
Ammidi: impedimento rotazionale
Le ammidi hanno geometria piana
e, sebbene il legame carbonio-azoto venga comunemente scritto come legame
semplice, la rotazione risulta parzialmente impedita.
3D
La risonanza fa si che il legame carbonio-azoto si comporti come legame
doppio. Quindi l'azoto, il carbonio carbonilico e gli atomi ad essi legati
giacciono sullo stesso piano. Nelle ammidi il legame C-N misura solo 1,32A
ed è molto più corto del comune legame semplice carbonio-azoto (che è di
circa 1,47A).
Ammidi: ponti idrogeno
Come si può dedurre dalla forma di risonanza dipolare, le ammidi sono
composti altamente polari e danno interazioni di tipo ponte H.
La geometria delle ammidi e la possibilità di instaurare ponti H sono alla
base delle strutture secondarie e terziarie di tutte le proteine e
quindi delle loro funzioni specifiche.
Il legame peptidico delle proteine
Le proteine sono catene di aminoacidi uniti tra
loro. Il gruppo carbossilico COOH di un AA ed il
gruppo aminico NH2 di un altro AA reagiscono
formando l’ammide, con un legame denominato
peptidico).
Formazione dell’ammide (legame peptidico)
AA1
AA2
Si libera una
molecola d’H2O
Biochimica del legame H
è una delle interazioni fondamentali dell’organizzazione molecolare dei sistemi viventi.
può interessare gruppi OH ma anche gruppi N-H che interagiscono
con gruppi C=O o con gruppi C-N.
Ponti H nella struttura proteica ad a elica
i ponti H si stabiliscono
lungo la catena di
aminoacidi tra il gruppo
C=O interessato al
legame peptidico con
l’aminoacido successivo
ed il gruppo N-H di un
legame peptidico che si
trova 4 aminoacidi più
avanti.
Ponti H nella struttura proteica foglietto b
i ponti H si
stabiliscono tra
porzioni di catene
di aminoacidi
parallele,
appartenenti alla
stessa catena
ripiegata o a
catene diverse tra
gruppi C=O di una
catena e gruppi
N-H della catena
parallela.
Le 4 basi del DNA