Amina

Los compuestos en los que el átomo de nitrógeno está unido a un grupo carbonilo , con la estructura R−C(=O)−NR′R″ , se denominan amidas . Los compuestos que contienen cuatro sustituyentes orgánicos en el nitrógeno, con la estructura R₄N⁺X⁻ ^, son sales de amonio cuaternario _. ^En estos compuestos se encuentran diversos tipos de aniones .

Normalmente, la presencia de un grupo funcional amina se deduce mediante una combinación de técnicas, incluyendo espectrometría de masas, así como espectroscopías de RMN e IR. Las señales de RMN ^{de 1H} para las aminas desaparecen al tratar la muestra con D2O _. En su espectro infrarrojo, las aminas primarias exhiben dos bandas N–H, mientras que las aminas secundarias exhiben solo una. ^{[ 9 ]} En sus espectros IR, las aminas primarias y secundarias exhiben bandas de estiramiento N–H distintivas cerca de 3300 ^cm⁻¹  . Algo menos distintivas son las bandas que aparecen por debajo de 1600 ^cm⁻¹ , que son más débiles y se superponen con los modos C–C y C–H. Para el caso de la propilamina , el modo ^de tijera H–N–H aparece cerca de 1600 cm⁻¹ , el estiramiento C–N cerca de 1000 ^cm⁻¹ , y la flexión R2N–H cerca _de ⁸¹⁰ cm⁻¹ . ^{[ 15 ]}    

Las alquilaminas se caracterizan por tener centros de nitrógeno tetraédricos. Los ángulos CNC y CNH son cercanos a 109°. Las distancias CN son ligeramente más cortas que las distancias CC. La barrera energética para la inversión del nitrógeno del estereocentro es de aproximadamente 7 kcal/mol para una trialquilamina. La interconversión se ha comparado con la inversión de un paraguas abierto en medio de un fuerte viento. 

Las aminas del tipo NHRR' y NRR′R″ son quirales : el átomo de nitrógeno posee cuatro sustituyentes, incluyendo el par de electrones no enlazantes. Debido a la baja barrera de inversión, las aminas del tipo NHRR' no se pueden obtener con pureza óptica. En el caso de las aminas terciarias quirales, la estructura NRR′R″ solo se puede resolver cuando los grupos R, R' y R″ están restringidos en estructuras cíclicas, como las aziridinas N -sustituidas ( las sales de amonio cuaternario sí se pueden resolver).

En las aminas aromáticas ("anilinas"), el nitrógeno suele ser casi plano debido a la conjugación del par de electrones no enlazantes con el sustituyente arilo. La distancia CN es, en consecuencia, más corta. En la anilina, la distancia C–N es igual a las distancias C–C. ^{[ 16 ]}

Debido a los efectos inductivos, cabría esperar que la basicidad de una amina aumentara con el número de grupos alquilo en ella. Las correlaciones se complican debido a los efectos de solvatación, que son opuestos a las tendencias de los efectos inductivos. Los efectos de solvatación también influyen decisivamente en la basicidad de las aminas aromáticas (anilinas). En las anilinas, el par de electrones no enlazantes del nitrógeno se deslocaliza en el anillo, lo que reduce la basicidad. Los sustituyentes en el anillo aromático y su posición con respecto al grupo amino también afectan a la basicidad, como se observa en la tabla.

La solvatación afecta significativamente la basicidad de las aminas. Los grupos N−H interactúan fuertemente con el agua, especialmente en los iones amonio. En consecuencia, la basicidad del amoníaco aumenta 10 ^{11 veces} por solvatación. La basicidad intrínseca de las aminas, es decir, la situación en la que la solvatación no es importante, se ha evaluado en fase gaseosa. En fase gaseosa, las aminas exhiben las basicidades predichas por los efectos dadores de electrones de los sustituyentes orgánicos. Así, las aminas terciarias son más básicas que las secundarias, que a su vez son más básicas que las primarias, y finalmente el amoníaco es el menos básico. El orden de los valores de pK _b (basicidades en agua) no sigue este orden. De manera similar, la anilina es más básica que el amoníaco en fase gaseosa, pero diez mil veces menos básica en solución acuosa. ^{[ 20 ]}

En disolventes polares apróticos como el DMSO , el DMF y el acetonitrilo , la energía de solvatación no es tan alta como en disolventes polares próticos como el agua y el metanol. Por esta razón, la basicidad de las aminas en estos disolventes apróticos está determinada casi exclusivamente por los efectos electrónicos.

Las alquilaminas de importancia industrial se preparan a partir de amoníaco mediante alquilación con alcoholes: ^{[ 7 ]}

${\displaystyle {\ce {ROH + NH3 -> RNH2 + H2O}}}$

A diferencia de la reacción de aminas con alcoholes, la reacción de aminas y amoníaco con haluros de alquilo se utiliza para la síntesis en el laboratorio:

${\displaystyle {\ce {RX + 2 R'NH2 -> RR'NH + [RR'NH2]X}}}$

En este tipo de reacciones, que son más útiles para los yoduros y bromuros de alquilo, el grado de alquilación es difícil de controlar, de modo que se obtienen mezclas de aminas primarias, secundarias y terciarias, así como sales de amonio cuaternario. ^{[ 7 ]}

La selectividad puede mejorarse mediante la reacción de Delépine , aunque esta rara vez se emplea a escala industrial. La selectividad también está garantizada en la síntesis de Gabriel , que implica la reacción de un organohaluro con ftalimida de potasio .

Los haluros de arilo son mucho menos reactivos frente a las aminas y, por ello, son más fáciles de controlar. Una forma común de preparar arilaminas es la reacción de Buchwald-Hartwig .

Los alquenos disustituidos reaccionan con HCN en presencia de ácidos fuertes para dar formamidas, que pueden descarbonilarse. Este método, la reacción de Ritter , se utiliza industrialmente para producir aminas terciarias como la terc -octilamina . ^{[ 7 ]}

La hidroaminación de alquenos también se practica ampliamente. ^{[ 21 ]} La reacción es catalizada por ácidos sólidos a base de zeolita . ^{[ 7 ]}

Un catalizador de níquel puede hidrogenar grupos funcionales insaturados que contienen nitrógeno para formar aminas. Entre los grupos adecuados se incluyen nitrilos , iminas (incluidas las oximas ), amidas , azidas y grupos nitro . Muchas aminas se obtienen a partir de aldehídos y cetonas mediante aminación reductiva , reducción de una imina formada in situ o un proceso de dos etapas.

_El LiAlH₄ se utiliza con mayor frecuencia para reducir estos grupos a escala de laboratorio. En el caso de los nitrilos, las reacciones son sensibles a las condiciones ácidas o alcalinas, que pueden hidrolizar elgrupo −CN .

La anilina ( C₆H₅NH₂ _{) y sus} derivados se preparan mediante la reducción de los nitroaromáticos correspondientes. En la industria, el hidrógeno es el reductor preferido, mientras que _en el laboratorio se suelen emplear el estaño y el hierro .

Existen muchos métodos para la preparación de aminas, muchos de los cuales son bastante especializados.

Además de su basicidad, la reactividad dominante de las aminas es su nucleofilicidad . ^{[ 23 ]} La mayoría de las aminas primarias son buenos ligandos para iones metálicos para formar complejos de coordinación . Las aminas se alquilan con haluros de alquilo. Los cloruros de acilo y los anhídridos de ácido reaccionan con aminas primarias y secundarias para formar amidas (la " reacción de Schotten-Baumann ").

De forma similar, con cloruros de sulfonilo se obtienen sulfonamidas . Esta transformación, conocida como reacción de Hinsberg , es una prueba química para detectar la presencia de aminas.

Debido a que las aminas son básicas, neutralizan los ácidos para formar las sales de amonio correspondientes R ₃ NH ⁺ . Cuando se forman a partir de ácidos carboxílicos y aminas primarias y secundarias, estas sales se deshidratan térmicamente para formar las amidas correspondientes .

${\displaystyle {\underbrace {\ce {H-\!\!{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!\!\!:}} _{\text{amine}}+\underbrace {\ce {R3-{\overset {\displaystyle O \atop \|}{C}}-OH}} _{\text{carboxylic acid}}->}\ \underbrace {\ce {{H-{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N+}}}-H}+R3-COO^{-}}} _{{\text{substituted-ammonium}} \atop {\text{carboxylate salt}}}{\ce {->[{\text{heat}}][{\text{dehydration}}]}}{\underbrace {\ce {{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!-{\overset {\displaystyle O \atop \|}{C}}-R3}} _{\text{amide}}+\underbrace {\ce {H2O}} _{\text{water}}}}$

Las aminas sufren sulfamación al ser tratadas con trióxido de azufre o sus fuentes:

${\displaystyle {\ce {R2NH + SO3 -> R2NSO3H}}}$

Las aminas reaccionan con ácido nitroso para dar sales de diazonio. Las sales de alquildiazonio son de poca importancia porque son demasiado inestables. Los miembros más importantes son derivados de aminas aromáticas como la anilina ("fenilamina") (A = arilo o naftilo):

${\displaystyle {\ce {ANH2 + HNO2 + HX -> AN2+ + X- + 2 H2O}}}$

_Las anilinas y naftilaminas forman sales de diazonio más estables , que pueden aislarse en forma cristalina. ^{[ 24 ]} Las sales de diazonio experimentan diversas transformaciones útiles que implican la sustitución del grupo N₂ por aniones. Por ejemplo, el cianuro cuproso produce los nitrilos correspondientes:

${\displaystyle {\ce {AN2+ + Y- -> AY + N2}}}$

Los arildiazonios se acoplan con compuestos aromáticos ricos en electrones, como el fenol , para formar compuestos azoicos . Estas reacciones se aplican ampliamente en la producción de colorantes. ^{[ 25 ]}

La formación de iminas es una reacción importante. Las aminas primarias reaccionan con cetonas y aldehídos para formar iminas . En el caso del formaldehído (R' = H), estos productos suelen existir como trímeros cíclicos :  $${\displaystyle {\ce {RNH2 + R'_2C=O -> R'_2C=NR + H2O}}}$$La reducción de estas iminas produce aminas secundarias:$${\displaystyle {\ce {R'_2C=NR + H2 -> R'_2CH-NHR}}}$$

De manera similar, las aminas secundarias reaccionan con cetonas y aldehídos para formar enaminas :$${\displaystyle {\ce {R2NH + R'(R''CH2)C=O -> R''CH=C(NR2)R' + H2O}}}$$

Los iones mercúricos oxidan reversiblemente las aminas terciarias con un hidrógeno α a iones iminio : ^{[ 26 ]}$${\displaystyle {\ce {Hg^2+ + R2NCH2R' <=> Hg + [R2N=CHR']+ + H+}}}$$

A continuación se ofrece una descripción general de las reacciones de las aminas:

Las hormonas derivadas de la modificación de aminoácidos se denominan hormonas amínicas. Típicamente, la estructura original del aminoácido se modifica de tal manera que se elimina un grupo –COOH, o carboxilo, mientras que el grupo –NH₃⁺ , o amino, permanece. Las hormonas amínicas se sintetizan a partir de los aminoácidos triptófano o tirosina . ^{[ 30 ]}

Las aminas aromáticas primarias se utilizan como materia prima para la fabricación de colorantes azoicos . Reaccionan con ácido nitroso para formar una sal de diazonio, que puede sufrir una reacción de acoplamiento para formar un compuesto azoico. Dado que los compuestos azoicos son altamente coloreados, se utilizan ampliamente en la industria textil, como por ejemplo:

• Naranja de metilo
• Marrón directo 138
• FCF amarillo atardecer
• Ponceau

La mayoría de los fármacos y candidatos a fármacos contienen grupos funcionales amina: ^{[ 31 ]}

• La clorfeniramina es un antihistamínico que ayuda a aliviar los trastornos alérgicos causados ​​por el resfriado, la fiebre del heno, el picor de la piel, las picaduras de insectos y las mordeduras de insectos.
• La clorpromazina es un tranquilizante que produce sedación sin inducir el sueño. Se utiliza para aliviar la ansiedad, la excitación, la inquietud o incluso los trastornos mentales.
• La efedrina y la fenilefrina , en forma de hidrocloruros de amina, se utilizan como descongestionantes.
• La anfetamina , la metanfetamina y la metcatinona son aminas psicoestimulantes que figuran como sustancias controladas por la DEA de Estados Unidos .
• La tioridazina , un fármaco antipsicótico, es una amina que se cree que exhibe sus efectos antipsicóticos, en parte, debido a sus efectos sobre otras aminas. ^{[ 32 ]}
• La amitriptilina , la imipramina , la lofepramina y la clomipramina son antidepresivos tricíclicos y aminas terciarias.
• La nortriptilina , la desipramina y la amoxapina son antidepresivos tricíclicos y aminas secundarias. (Los tricíclicos se agrupan según la naturaleza del grupo amino final en la cadena lateral).
• Las triptaminas y fenetilaminas sustituidas son estructuras básicas clave para una gran variedad de drogas psicodélicas .
• Los analgésicos opiáceos como la morfina , la codeína y la heroína son aminas terciarias .

La monoetanolamina acuosa (MEA), la diglicolamina (DGA), la dietanolamina (DEA), la diisopropanolamina (DIPA) y la metildietanolamina (MDEA) se utilizan ampliamente en la industria para eliminar el dióxido _de carbono ( CO₂ ) y el sulfuro de hidrógeno (H₂S ₎ del gas natural y de las corrientes de los procesos de refinería. También pueden utilizarse para eliminar _el CO₂ de los gases de combustión y de los gases de escape , y pueden tener potencial para la reducción de los gases de efecto invernadero . Los procesos relacionados se conocen como endulzamiento . ^{[ 33 ]}

Las aminas se utilizan a menudo como agentes de curado de resina epoxi. ^{[ 34 ] [ 35 ]} Estas incluyen dimetiletilamina , ciclohexilamina y una variedad de diaminas como 4,4-diaminodiciclohexilmetano. ^{[ 7 ]} Las aminas multifuncionales como tetraetilenpentamina y trietilentetramina también se utilizan ampliamente con esta capacidad. ^{[ 36 ]} La reacción procede cuando el par de electrones no enlazantes del nitrógeno de la amina ataca el carbono más externo del anillo de oxirano de la resina epoxi. Esto alivia la tensión del anillo en el epóxido y es la fuerza impulsora de la reacción. ^{[ 37 ]} Las moléculas con funcionalidad de amina terciaria se utilizan a menudo para acelerar la reacción de curado epoxi-amina e incluyen sustancias como 2,4,6-tris(dimetilaminometil)fenol . Se ha afirmado que este es el acelerador a temperatura ambiente más utilizado para sistemas de resina epoxi de dos componentes. ^{[ 38 ] [ 39 ]}