Investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los compuestos orgánicos que contienen nitrógeno

Las aminas son compuestos orgánicos que contienen un átomo de nitrógeno unido a un átomo de carbono del grupo alquilo o del grupo arilo. Se derivan del amoniaco reemplazando uno o más átomos de hidrógeno por un grupo alquilo o un grupo arilo. Los enlaces en las aminas son covalentes. Las aminas se pueden dividir en aminas alifáticas y aminas aromáticas. Las aminas alifáticas tienen grupos alquilo unidos al átomo de nitrógeno. Las aminas aromáticas tienen grupos arilo unidos al átomo de nitrógeno.

Las aminas se pueden clasificar en aminas primarias, aminas secundarias y aminas terciarias. Las aminas primarias tienen un grupo alquilo o un grupo arilo unido al átomo de nitrógeno. Las aminas primarias se forman reemplazando un átomo de hidrógeno de amoníaco con un grupo alquilo o un grupo arilo. Un ejemplo de amina primaria es la metilamina.

Las aminas secundarias tienen dos grupos alquilo o grupos arilo unidos al átomo de nitrógeno. Las aminas secundarias se preparan reemplazando dos átomos de hidrógeno de amoníaco con un grupo alquilo o un grupo arilo. Los dos grupos alquilo o grupos arilo unidos al átomo de nitrógeno en las aminas secundarias pueden ser iguales o diferentes. Un ejemplo de amina secundaria alifática es la dimetilamina. La difenilamina es un ejemplo de una amina secundaria aromática.

Las aminas terciarias tienen tres grupos alquilo o grupos arilo unidos al átomo de nitrógeno. Se forman sustituyendo tres átomos de hidrógeno del amoniaco por grupos alquilo o grupos arilo. Un ejemplo de amina terciaria alifática es la trietilamina. Las aminas terciarias se utilizan ampliamente como catalizadores e intermedios en la síntesis orgánica.

Las aminas primarias pueden participar en reacciones de sustitución nucleofílica. El grupo amino actúa como nucleófilo. Estas reacciones implican la sustitución del grupo amino por otro átomo o grupo. La alquilación de aminas es un ejemplo de reacción de sustitución nucleofílica de aminas. En esta reacción, las aminas primarias reaccionan con haluros de alquilo para formar aminas secundarias y aminas terciarias. La reacción implica el desplazamiento del haluro por el grupo amino.

Las aminas primarias pueden experimentar reacciones de acilación con cloruros de acilo para formar amidas. El grupo amino desplaza el ion cloruro del cloruro de ácido para formar la amida. La reacción tiene lugar en presencia de piridina y calor. Por ejemplo, la etilamina puede reaccionar con cloruro de acetilo para formar N-etilacetamida.

La síntesis de Gabriel es un método utilizado para preparar aminas primarias a partir de haluros de alquilo. Implica varios pasos. El primer paso implica la preparación de ftalimida. La ftalimida es un reactivo importante utilizado en la síntesis de Gabriel. La ftalimida se obtiene por reacción del anhídrido ftálico con hidróxido de amonio. Esta reacción conduce a la formación de una ftalimida.

En el siguiente paso, la ftalimida reacciona con un haluro de alquilo. La reacción se lleva a cabo en presencia de una base fuerte, como el hidróxido de potasio. En condiciones básicas, el ion ftalimida actúa como nucleófilo. Ataca al haluro de alquilo. Este ataque nucleofílico produce el desplazamiento del ion haluro. Como resultado, se forma un intermedio conocido como ftalimida de alquilo. Luego, la ftalimida de alquilo se trata con una hidrazina. Esto hace que la ftalimida de alquilo se rompa y forme amina primaria como producto principal.

La diazotización es un proceso químico que implica la conversión de aminas aromáticas primarias en sales de diazonio. En la diazotación, una amina aromática primaria reacciona con ácido nitroso, dando lugar a la formación de una sal de diazonio. Durante la diazotación, el grupo amino de la amina aromática primaria se reemplaza por un grupo diazonio. Esta sustitución da como resultado la formación de sal de diazonio.

Sabemos que una base es una especie que puede donar un par solitario de electrones y aceptar iones de hidrógeno fácilmente. En las aminas, el átomo de nitrógeno tiene un par solitario de electrones. Puede aceptar fácilmente iones de hidrógeno. Esto hace que las aminas sean básicas en su naturaleza. Por ejemplo, cuando la alquilamina se disuelve en agua, se disocia en iones de alquilamonio y iones de cloruro. El ion alquil amonio se forma al aceptar el ion hidrógeno.

La basicidad de las aminas aumenta debido a la presencia de grupos alquilo en las aminas. Esto se debe al efecto inductivo de donación de electrones de los grupos alquilo. El átomo de nitrógeno ya tiene un par solitario de electrones. El grupo alquilo aumenta aún más la densidad electrónica en el átomo de nitrógeno. Por ejemplo, la propilamina es de naturaleza más básica que la metilamina. Esto se debe a que el grupo propilo en la propilamina tiene tres átomos de carbono. Mientras que el grupo metilo en la metilamina tiene solo un átomo de carbono. Por lo tanto, el efecto inductivo donador de electrones del grupo propilo es mayor que el del grupo metilo.

La amina secundaria es más estable que la amina primaria. Esto se debe a que en la amina secundaria, dos grupos alquilo están unidos al átomo de nitrógeno. Mientras tanto, en la amina primaria, solo un grupo alquilo está unido al átomo de nitrógeno. Por lo tanto, los dos grupos alquilo en la amina secundaria aumentan la densidad electrónica en el átomo de nitrógeno en gran medida en comparación con solo un grupo alquilo en la amina primaria.

Las aminas primarias son más básicas que las aminas terciarias. Pero recientemente hemos discutido que la basicidad de las aminas aumenta al aumentar los grupos alquilo. Entonces ¿por qué la amina terciaria es menos básica que la amina primaria? La amina terciaria es menos básica debido al impedimento estérico. El impedimento estérico significa que los voluminosos grupos alquilo de la amina terciaria bloquean el ion hidrógeno entrante. Debido a esta razón, las aminas terciarias no pueden aceptar fácilmente un ion hidrógeno. Esto las hace menos básicas en comparación con las aminas primarias.

Las aminas alifáticas son generalmente más básicas que las amidas. La basicidad del átomo de nitrógeno en aminas y amidas difiere debido a sus propiedades electrónicas. En las aminas, el átomo de nitrógeno posee un par solitario de electrones localizado. Esto lo hace muy básico. Sin embargo, en las amidas, el par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno está deslocalizado por resonancia. Esta deslocalización estabiliza la densidad electrónica. Es menos probable que el par solitario de electrones del átomo de nitrógeno se una a un protón porque ya está involucrado en el sistema de enlace pi deslocalizado estable. Esto hace que las amidas sean menos básicas que las aminas.

Las aminas también son más básicas que los alcoholes. Aunque están en alcoholes, también se ve un par solitario de electrones en el átomo de oxígeno. Pero en los alcoholes, el átomo de oxígeno es más electronegativo en comparación con el átomo de nitrógeno en las aminas. El átomo de oxígeno altamente electronegativo en los alcoholes retira densidad electrónica del átomo de hidrógeno unido a él. De esta manera se libera el átomo de hidrógeno. Esto hace que los alcoholes sean débilmente ácidos. Sin embargo, en las aminas, el par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno puede usarse para aceptar iones de hidrógeno. Esto hace que las aminas sean más básicas que los alcoholes.