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

Ya sabemos que las aminas alifáticas son más básicas que los alcoholes. ¿Pero sabías que las aminas alifáticas también son más básicas que la anilina? La anilina es una amina aromática. ¿Puedes decir por qué las aminas alifáticas son más básicas que la anilina aunque ambas contienen un grupo amino? Los factores clave que afectan la basicidad son la electronegatividad de los sustituyentes y la estabilización por resonancia.

Tanto las aminas alifáticas como la anilina contienen un grupo amino, pero sus diferencias estructurales tienen un efecto diferente en su basicidad. La anilina tiene el grupo amino unido a un anillo de benceno. El benceno tiene un efecto inductivo de atracción de electrones. Este efecto disminuye la densidad electrónica en el grupo amino. Esto hace que la anilina sea menos básica.

Por otro lado, las aminas alifáticas carecen del efecto inductivo de atracción de electrones de un anillo aromático. El grupo amino en las aminas alifáticas normalmente está unido al grupo alquilo. Estos grupos alquilo tienen un efecto inductivo donador de electrones. Los grupos alquilo aumentan la densidad electrónica en el átomo de nitrógeno del grupo amino. Esto hace que las aminas alifáticas sean más básicas.

Otra razón para la menor basicidad de la anilina es la estabilización por resonancia. En la anilina, el par solitario de electrones del átomo de nitrógeno puede deslocalizarse en el sistema pi del anillo de benceno. Esto reduce la disponibilidad del par solitario de electrones para aceptar un protón. Como resultado de esta estabilización por resonancia, la anilina es menos básica.

Por el contrario, las aminas alifáticas carecen de una estabilización de resonancia significativa. No hay deslocalización de electrones pi en las aminas alifáticas. Esto permite que el par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno esté más fácilmente disponible para aceptar un protón. Como resultado, las aminas alifáticas son más básicas que la anilina.

Las aminas alifáticas pequeñas, como la metilamina y la etilamina, son altamente solubles en agua. Esto se debe a su capacidad de formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. El grupo amino es polar porque el átomo de nitrógeno es más electronegativo que el átomo de hidrógeno. La presencia del grupo amino permite la formación de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de amina y agua.

Las aminas aromáticas, como la anilina, tienen una solubilidad limitada en agua. Esto se debe a la presencia del anillo aromático. El anillo aromático tiene naturaleza de captación de electrones. Retira densidad electrónica del átomo de nitrógeno y lo hace menos polar. Por tanto, la capacidad de la amina aromática para formar enlaces de hidrógeno con el agua disminuye. Sin embargo, las aminas aromáticas con grupos funcionales polares adicionales podrían tener una solubilidad mejorada.

La reacción de Sandmeyer es una transformación química que implica la conversión de una sal aromática de diazonio en varios grupos funcionales. La reacción de Sandmeyer comienza con el paso de diazotación. En este paso, la anilina se trata con nitrito de sodio y ácido clorhídrico, a bajas temperaturas. Este paso de diazotación convierte el grupo amino en una sal de diazonio. La sal de diazonio resultante es cloruro de benceno diazonio.

La sal de diazonio puede sufrir reacciones de sustitución nucleofílica. Durante la sustitución nucleofílica, el nucleófilo reemplaza al grupo diazonio. Nosotros lo usaremos CuClcomo el nucleófilo. El grupo diazonio se reemplaza por el grupo cloruro. Esto da lugar a la formación de clorobenceno. La reacción de Sandmeyer permite la conversión de una sal de diazonio en varios grupos funcionales mediante la selección de nucleófilos o electrófilos apropiados.

Los compuestos azo son una clase de compuestos orgánicos que contienen el grupo funcional azo. El grupo azo está formado por dos átomos de nitrógeno conectados por un doble enlace. La estructura general de un compuesto azo se puede representar como R-N=N-R. R representa sustituyentes orgánicos. Estos sustituyentes pueden ser grupos aromáticos o alifáticos.

Los compuestos azo se caracterizan por sus colores vibrantes. Son ampliamente utilizados como colorantes y pigmentos. Un ejemplo de compuesto azo es el naranja de metilo. Es un indicador de pH. Un indicador de pH es una sustancia que experimenta un cambio de color en respuesta a cambios en la acidez o alcalinidad de una solución. En condiciones ácidas, el naranja de metilo aparece como un color naranja brillante. En condiciones básicas, el naranja de metilo se vuelve de color rojo.

Los compuestos azo se sintetizan normalmente mediante reacciones de acoplamiento azo. El primer paso en la reacción de acoplamiento azo es la diazotación de una amina aromática. Esta reacción de diazotación convierte el grupo amino de la amina aromática en una sal de diazonio. Luego, la sal de diazonio sufre una reacción de acoplamiento con otro compuesto aromático. Este compuesto aromático se conoce como componente de acoplamiento. El componente de acoplamiento puede ser una amina aromática, fenol, naftol u otros compuestos adecuados.

Utilicemos fenol como componente de acoplamiento. La sal de diazonio reacciona con el fenol a través de sustitución aromática electrofílica. La reacción ocurre en presencia de una base suave como el carbonato de sodio. La sal de diazonio actúa como electrófilo. Acepta electrones del anillo aromático del componente de acoplamiento. El anillo aromático rico en electrones del componente de acoplamiento sufre sustitución. Esto da lugar a la formación del compuesto azo.

La hidrólisis de la sal de diazonio se refiere a una reacción química en la que una sal de diazonio reacciona con agua para producir un fenol. El grupo diazo de la sal de diazonio se reemplaza por un grupo hidroxilo. En esta reacción se libera gas nitrógeno. Por ejemplo, el cloruro de bencenodiazonio reacciona con agua para formar fenol.

La sal de diazonio se puede reducir a amina aromática primaria en presencia de un agente reductor. El sulfito de sodio actúa como agente reductor. Por ejemplo, el cloruro de bencenodiazonio se puede reducir a anilina en presencia de sulfito de sodio. También se pueden utilizar otros agentes reductores, como el nitrito de sodio o el cloruro estannoso, para la reducción de sales de diazonio.