Aminy aromatyczne (cz. II) Reakcje amin: zasadowość, tworzenie soli, alkilowanie, przemiana w amidy, substytucja w pierścieniu, reakcje z kwasem azotowym(III), sulfonowanie, jony dwubiegunowe, sulfanilamid, leki sulfamidowe

Zasadowość amin Cząsteczki amin 1o, 2o i 3o zawierają atom azotu z wolną parą elektronową, stąd ich właściwości chemiczne są zbliżone do właściwości amoniaku: zdolność atomu azotu do uwspólnienia swojej pary elektronowej z innym atomem decyduje o ich zasadowości, aminy są reagentami nukleofilowymi, duża reaktywność amin wynika również z reaktywności pierścienia aromatycznego połączonego z podstawnikami lub niepodstawionymi grupami aminowymi, aminy aromatyczne są znacznie słabszymi zasadami niż aminy alifatyczne, podstawniki w pierścieniu mają wpływ na zasadowość (patrz tabela w cz. I – tabela Kb wybranych amin aromatycznych).

Zasadowość amin aromatycznych Wpływ podstawników na zasadowość: podstawniki elektrodonorowe ( G = - NH2, - OCH3, - CH3) zwiększają zasadowość aniliny, uwalniane e- powodują rozproszenie ładunku + w jonie aniliniowym, co skutkuje zwiększeniem stabilizacji jonu niż cząsteczki aminy, podstawniki elektronoakceptorowe (G = - NH3+, - NO2, - SO3-, - COOH, - X) zmniejszają zasadowość aniliny, przyciąganie e- skutkuje zwiększeniem ładunku + na jonie, co destabilizuje jon aniliniowy w porównaniu z cz. aminy, | +NH3 G + H+ ↔ NH2 | +NH3 G + H+ ↔ NH2

Zasadowość amin i tworzenie soli Ar-NH2 + H+ ↔ Ar-NH3+ Ar2-NH + H+ ↔ Ar2-NH2+ Ar3-N + H+ ↔ Ar3-NH+ Tworzenie soli: | NH3+Cl- | NH2 + HCl ↔ chlorek aniliniowy / chlorowodorek aniliny anilina | N CH3 | NH+-OOCH3 CH3 ↔ + CH3COOH N,N-dimetyloanilina octan N,N-dimetyloaniliniowy

Reakcje amin - alkilowanie Reakcje alkilowania umożliwiają otrzymanie amin o wyższej rzędowości (2o, 3o i 4o): Ar-NH2 → Ar-NH-R → Ar-N-R2 → Ar-N-R3+X- | N C4H9 H | CH2 N C4H9 | CH2 - Cl + → di-n-butyloamina (2o) chlorek benzylu N,N-di-n-butylobezyloylo- -amina

Reakcje amin – przemiana w amidy Przemiany w amidy: amina 1o: R-NH2 + Ar-SO2Cl → Ar-SO2NH-R / N-podstawnikowy sulfonamid, amina 2o: R2-NH + Ar-SO2Cl → Ar-SO2N-R2 / N,N-dwupodstawnikowy sulfonamid, | N – C – CH3 H O (CH3CO)2O / bezwodnik kwasu octowego | NH2 acetanilid (N-fenyloacetamid) O | N – S H C6H5SO2Cl / NaOH(aq) benzenosulfoanilid (N,N-fenylobenzosulfonamid)

Reakcje amin – przemiana w amidy Przemiany w amidy – cd.: poniższy przykład dot. amin alifatycznych | C – N C2H5 O CH3 C6H5COCl / pirydyna | N C2H5 CH3 H N-etylo-N-metylobenzamid O | S – N C2H5 CH3 H3C p-CH3-C6H4SO2Cl / NaOH(aq) N-etylo-N-metylo-p-toluenosulfonamid

Substytucja w pierścieniu amin aromatycznych Grupy silnie aktywujące kierujące w pozycje orto i para w reakcjach substytucji elektrofilowej: - NH2, - NHR, - NR2 Grupa słabiej aktywująca niż grupa – NH2: - NHCOR. Br | NH2 Br2(aq) 2,4,6-tribromoanilina | NH2 Br | HN-C-CH3 O | HN-C-CH3 O Br | NH2 Br2(aq) H2O, H+ (CH3CO)2O bezwodnik kwasowy acetanilid p-bromoacetanilid p-bromoanilina

Substytucja w pierścieniu amin aromatycznych Substytucja – cd.: | H3C – N – CH3 | H3C – N – CH3 NO NaNO2, HCl p-nitrozo-N,N-dimetylo- -anilina N,N-dimetyloanilina | N2+Cl- | N + CH3 N,N-dimetyloanilina chlorek benzenodiazoniowy | N = N N H3C HCl + związek azowy

Reakcja z kwasem azotowym(III) Produktami amin z kwasem azotowym(III) są różne produkty, o typie produktu decyduje rzędowość aminy: 1o: Ar-NH2 Ar – N ≡ N+ / sól diazoniowa, 2o: Ar-NH-R / N-nitrozoamina, 3o: reakcje przeprowadza się w mieszaninie azotanu(III) sodu i mocnego kwasu nieorganicznego w obecności aminy. HNO2 R | Ar – N – N = O HNO2 | N R | N R O = N – HNO2 p-nitrozopochodna

Reakcja z kwasem azotowym(III) Reakcja z kwasem azotowym(III) – cd.: | NH2 | N2+Cl- + NaNO2 + 2 HCl NaCl + H2O + chłodzenie sól diazoniowa | N H CH3 + NaNO2 + 2 HCl NaCl + H2O + | N N = O CH3 + N-metylo-N-nitrozoanilina

Reakcja z kwasem azotowym(III) Reakcja z kwasem azotowym(III) – cd.: aminy aromatyczne 3o ulegają substytucji w pierścieniu, powstają związki, w których grupa nitrozowa – N=O związana jest z atomem węgla, nitrozowanie jest reakcją aromatycznej substytucji elektrofilowej, w której reagentem atakującym jest jon +NO2 (lub układy: H2O+-NO, NOCl, które mogą przenieść jon +NO do pierścienia), jon nitrozoniowy jest bardzo słabym czynnikiem elektrofilowym, nitrozowanie zachodzi tylko w pierścieniu zwierającym silnie aktywującą grupę dialkilową (-NR2) lub wodorotlenową (-OH), | N CH3 | N CH3 O = N – NaNO2, HCl / 0-10oC N,N-dimetylo-p-nitrozoanilina

Reakcja z kwasem azotowym(III) nitrozowanie – cd.: N | CH3 H3C + H NO | N CH3 H3C +NO N,N-dimetylo- -anilina δ+ | N CH3 H3C H OH2 O H+ | N CH3 H3C O H2O+-NO N,N-dimetylo- -p-nitrozoanilina

Sulfonowanie Sulfonowanie aniliny: produkt sulfonowania aniliny otrzymuje się w procesie prażenia wodorosiarczanu(VI) aniliny w temp. 180-200oC, powstaje głównie izomer kwas p-aminobenzenosulfonowy (kwas sulfanilowy), kwas sulfanilowy ma bardzo wysoką temp. topnienia (anilina Tt = -6oC, kwas benzenosulfonowy Tt = 66oC), w temp. 280-300oC ulega rozkładowi zanim osiągnie Tt, SO3- | NH3+ | NH2 | NH3+HSO4- H2SO4 180-200oC anilina wodorosiarczan(VI) aniliny kwas sulfanilowy

rozpuszczalny w wodzie / jon p-amino- nierozpuszczalny w wodzie Sulfonowanie Sulfonowanie aniliny – cd.: jest rozpuszczalny w wodnych roztworach zasad (nierozpuszczalny w wodnych roztworach kwasów), aminy dobrze rozpuszczają się w wodnych roztworach mocnych kwasów nieorganicznych (przechodzą w rozpuszczalne w wodzie sole), kwas sulfanilowy jest nierozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych i praktycznie nie rozpuszcza się w wodzie (kwasy sulfonowe na ogół są dobrze rozpuszczalne w wodzie), | SO3- NH3+ | SO3- NH2 rozpuszczalny w wodzie / jon p-amino- -benzenosulfoniowy nierozpuszczalny w wodzie OH-

Sulfonowanie Sulfonowanie aniliny – cd.: cząsteczka kwasu sulfanilowego jest jonem obojnaczym (dwubiegunowym), który zwiera dwie grupy: - NH3+ i – SO3-, jon wodorowy H+ wiąże się raczej z silniejszą zasadą (-NH2) niż grupa SO3-, kwas jest solą wewnątrzcząsteczkową stąd: nierozpuszczalność w wodzie i wysoka Tt, w środowisku kwasowym struktura kwasu pozostaje bez zmian, w środowisku zasadowym powstaje sól sodowa, a sole sodowe z reguły są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Sulfonowanie Sulfanilamid i leki sulfamidowe: amid kwasu sulfanilowego oraz niektóre jego podstawnikowe pochodne znały zastosowanie w medycynie, aktywność antybakteryjna i toksyczność sulfanimidu wynika z faktu, że enzymy bakterii (pacjenta również) nie „odróżniają” związku od kwasu p-aminobenzoesowego, który jest zasadniczym metabolitem, | COOH NH2 | SO2NHR NH2 kwas p-amino- -benzoesowy podstawnikowy sulfanilamid

Sulfonowanie Sulfanilamid i leki sulfamidowe - cd: sulfanilamid współzawodniczy z kwasem p-aminobnezoesowym o centra aktywne enzymów w procesie antagonizmu metabolitycznego, bakterie pozbawione metabolitu nie mogą rozmnażać się i giną, o skuteczności sulfanilamidu jako leku antybakteryjnego i o małej toksyczności dla człowieka decyduje natura grupy R związanej z „midowym” atomem azotem, jednocześnie grupa ta musi nadać właściwy stopień kwasowości atomowi wodoru grupy amidowej, powyższe warunki spełniają podstawniki R, które zawierają pierścień heterocykliczny,

sukcynoilosulfatiazol Sulfonowanie Sulfanilamid i leki sulfamidowe - cd: przykłady substancji czynnych w lekach antybakteryjnych S O N | CH3 N– H H2N sulfamerazyna S N N – O HOOC–H2C–H2C– C | H sukcynoilosulfatiazol

chlorek p-acetamidobenzenosulfonylu Sulfonowanie Otrzymywanie sulfanilamidów - cd: sulfonamidy otrzymuje się z reakcji chlorku sulfanowego z amoniakiem lub aminą, aby zapobiec reakcji grupy sulfonowej jednej cząsteczki z grupą aminową drugiej cząsteczki z utworzeniem wiązania amidowego, stosuje się zabezpieczenie grupy aminowej przez acylowanie przed otrzymaniem chlorku sylfonylu | H–N–C CH3 O SO2Cl | H–N–C CH3 O | NH2 (CH3-CO)2O ClSO3H anilina acetanilid chlorek p-acetamidobenzenosulfonylu

podstawnikowy sulfanilamid Sulfonowanie Otrzymywanie sulfanilamidów - cd: SO2NH2 | H–N–C CH3 O SO2NH2 | NH2 NH3 H2O, H+ SO2Cl | H–N–C CH3 O sulfanilamid SO2NH-R | H–N–C CH3 O SO2NH-R | NH2 R-NH2 H2O, H+ podstawnikowy sulfanilamid

Sulfonowanie Otrzymywanie sulfanilamidów - cd: usunięcie grupy acytelowej jest możliwe dzięki łatwiejszej hydrolizie amidów kwasów karboksylowych niż amidów kwasów sulfonowych miejsce hydrolizy O NH2 S | H–N–C CH3 O NH2 S | roz. HCl / T sulfanilamid

Informacje dodatkowe Literatura: Robert T. Morrison, Robert N. Boyd Chemia organiczna, tom 1 (tłumaczenie zbiorowe z języka angielskiego) PWN, Warszawa 1985.