AMINAS Y COMPUESTOS NITROGENADOS

Derivados Nitrogenados de los Hidrocarburos

El nitrógeno tiene la capacidad de formar enlaces sencillos, dobles y triples con los átomos de carbono, lo que determina que sean varios los grupos funcionales nitrogenados posibles.

Los derivados nitrogenados de los hidrocarburos son: aminas, amidas, nitrilos, y nitrocompuestos.

AMINAS

Se pueden considerar compuestos derivados del amoníaco (NH3) al sustituir uno, dos o tres de sus hidrógenos por radicales alquílicos o aromáticos. Según el número de hidrógenos que se substituyan se denominan aminas primarias, secundarias o terciarias.

CARACATERISTICAS

El par de electrones solitario en el nitrógeno los hace básicos y nucleofilicos.

Son compuestos de átomos de nitrógeno unidos a un grupo alquilo o aromático

Muchas aminas son “bioactivas” produciendo diversas respuestas biologicas desde alteración del estado de animo, alucinaciones, o muerte.

PROPIEDADES FISICAS

Como el N es menos electronegativo que el O, el enlace N-H está menos polarizado que el enlace O-H. Por lo que las aminas forman puentes de hidrógeno más débiles que los alcoholes de pesos moleculares semejantes. Por lo que poseen menor punto de ebullición que los alcoholes análogos.

Las aminas terciarias, que no pueden formar puentes de hidrógeno, tienen puntos de ebullición más bajos que los de las aminas primarias o secundarias de pesos moleculares semejantes.

Todas las aminas forman puentes de H con disolventes como el agua y alcoholes. Por eso las aminas de bajo peso molecular son relativamente solubles en ellos.

PROPIEDADES QUIMICAS

Sustancias muy polares (por la presencia del par de e- aislados).

Las aminas primarias y secundarias pueden formar enlace puente de H (por el enlace N-H).

Las aminas terciarias no pueden formar enlace puente de H, pero pueden aceptar puente de H con moléculas que contengan enlaces O-H y N-H.

BASICIDAD DE LAS AMINAS

Son bases fuertes. Pueden sustraer un protón del agua, formando un ión amonio y un ión hidroxilo. A la constante de equilibrio de esta reacción se le llama constante de basicidad de la amina y se representa por Kb.

Las alquilaminas son bases más fuertes que el amoniaco. Esta diferencia se explica por el efecto electrón-dador de los grupos alquilo, que estabilizan la carga positiva del nitrógeno, lo que provoca una disminución de la energía potencial del catión correspondiente y desplaza el equilibrio hacia la derecha.

De acuerdo al anterior razonamiento, se debería esperar que las aminas secundarias fuesen bases más fuertes que las aminas primarias, y las aminas terciarias fuesen bases más fuertes que las aminas secundarias. La situación real es más complicada debido a la solvatación.

NOMENCLATURA

Las aminas se pueden nombrar como derivados de alquilaminas o alcanoaminas. Veamos algunos ejemplos.

Los sustituyentes unidos directamente al nitrógeno llevan el localizador N. Si en la molécula hay dos grupos amino sustituidos se emplea N,N'.

Cuando la amina no es el grupo funcional pasa a nombrarse como amino-. La mayor parte de los grupos funcionales tienen prioridad sobre la amina (ácidos y derivados, carbonilos, alcoholes).

EJEMPLO

cocaína

nicotina

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EJERCICIOS

RESOLUCIÓN

AMIDAS

Las amidas son sutancias que además del grupo carbonilo, presentan en su estructura el grupo amino, -NH2. Se pueden considerar como un derivado de un ácido carboxílico por sustitución del grupo —OH del ácido por un grupo —NH2, —NHR o —NRR'. Su fórmula general es:

CARACATERISTICAS

Se utiliza como fertilizante y para fabricar plásticos y adhesivos.
Una amida importante es la urea, que se encuentra en la orina de los mamíferos.

PROPIEDADES FÍSICA

El grupo funcional amida es bastante polar, lo que explica que las amidas primarias, excepto la formamida (p.f.=2,5 ºC), sean todas sólidas y solubles en agua.

Sus puntos de ebullición son bastante más altos que los de los ácidos correspondientes, debido a una gran asociación intermolecular a través de enlaces de hidrógeno, entre el oxígeno negativo y los enlaces N—H, mucho más polarizados que en las aminas.

Los puntos de fusión y de ebullición de las amidas secundarias son bastante menores, debido principalmente al impedimento estérico del radical unido al nitrógeno para la asociación. Como es natural, las amidas terciarias (sin enlaces N—H) no pueden asociarse, por lo que son líquidos normales, con puntos de fusión y de ebullición de acuerdo con su peso molecular.

A excepción de la amida más sencillas (la formamida), las amidas sencillas son todas sólidas y solubles en agua, sus puntos de ebullición son bastante más altos que los de los ácidos correspondientes.

Casi todas las amidas son incoloras e inodoras

Son neutras frente a los indicadores

Los puntos de fusión y ebullición de las amidas secundarias son bastante menores

Por su parte, las amidas terciarias no pueden asociarse, por lo que son líquidos normales, con puntos de fusión y ebullición de acuerdo con su peso molecular.

REACCIONES QUIMICAS

Las reacciones químicas de las amidas son las generales de los derivados funcionales de ácidos carboxílicos, si bien son entre éstos, de los compuestos menos reactivos. Así, por ejemplo, la reacción de hidrólisis suele ser muy lenta, por lo que hay que llevarla a cabo calentando y en medios ácidos o básicos; su mecanismo es análogo al de la hidrólisis de los ésteres.
Por otra parte, las amidas tienen también algunas reacciones químicas parecidas a las de las aminas, siendo la más análoga la reacción con ácido nitroso, con el que los tres tipos de amidas se comportan igual que las aminas.
Entre las amidas merece citarse la carbodiamida o urea, que puede considerarse como la diamida del ácido carbónico.

APLICACIONES

Como emulsificantes, se usan especialmente para pH bajos, debido a su estabilidad en estas condiciones.

Además, se usan como antitranspirantes y como neutralizantes.

Otra aplicación es como dispersantes de jabones cálcicos.

La Urea es uno de los compuestos más importantes relacionados con las amidas:NH2-O-NH2

La urea es un polvo blanco cristalino utilizado en plásticos y fertilizantes. Es un producto del metabolismo de las proteínas; se encuentra en altas concentraciones en la orina de los animales.

La síntesis de urea en un laboratorio fue el hecho que rompió con la idea de que solo se podía sintetizar compuestos orgánicos de forma natural. La producción de la urea ocurre en el organismo, mientras que a nivel industrial se obtiene por reacción de amoniaco y fosfeno.

NOMENCLATURA

Las amidas se nombran como derivados de ácidos carboxílicos sustituyendo la terminación -oico del ácido por -amida.

Las amidas son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas, aldehídos y nitrilos.

Las amidas actúan como sustituyentes cuando en la molécula hay grupos prioritarios, en este caso preceden el nombre de la cadena principal y se nombran como carbamoíl...

Cuando el grupo amida va unido a un ciclo, se nombra el ciclo como cadena principal y se emplea la terminación -carboxamida para nombrar la amida.

EJEMPLOS

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EJERCICIOS

SOLUCIÓN

NITRILO

Un nitrilo es un compuesto químico en cuya molécula existe el grupo funcional cianuro o ciano, -C≡N. Los nitrilos se pueden considerar derivados orgánicos del cianuro de hidrógeno, en los que el hidrógeno ha sido sustituido por un radical alquilo. Su fórmula general es:

CARACATERISTICAS FISICAS

El enlace triple CN difiere bastante del C—C, siendo algo más fuerte y mucho más polarizado, en el sentido +CN-, lo mismo que ocurría en el enlace C=O. La gran polaridad del enlace CN provoca que los nitrilos tengan puntos de ebullición bastante elevados (en relación con su peso molecular). Asimismo, son buenos disolventes de compuestos orgánicos polares, como ácidos carboxílicos, aldehídos y cetonas, etc., siendo a su vez relativamente solubles en agua.

CARACTERISTICAS

Moléculas reactivas de amplia aplicación en síntesis orgánica. Por ej, la hidrólisis de nitrilos en presencia de ácido fuerte o base fuerte da lugar a ácidos carboxílicos; la hidrogenación catalítica de nitrilos permite la preparación de aminas primarias.

La cafeína, la nicotina, la morfina, forman una clase muy importante de aminas que se produce en algunos vegetales.

OBTENCIÓN

Los nitrilos se obtienen por acción del cianuro de sodio o de potasio sobre los haluros de alquilo, y también calentando las amidas en presencia de un deshidratante.

REACCIÓN QUIMICA

Los nitrilos, aunque no contienen el enlace C=O, se consideran a veces como derivados funcionales de los ácidos carboxí1icos, porque su hidrólisis (en medios ácidos o básicos) regenera el ácido primitivo, lo mismo que ocurría en los halogenuros, anhídridos, ésteres y amidas. En el caso de los nitrilos, la hidrólisis transcurre a través de una amida. como producto intermedio, según la reacción esquemática:

R—C N+H2O R—CO—NH2 +H2O R—COOH

También pueden adicionar hidrógeno al triple enlace, con lo que se reducen a aminas. Entre los nitrilos más importantes merece citarse el acrilonitrilo:

CH2=CH—CN

Que se prepara en gran cantidad por adición catalítica de cianuro de hidrógeno al acetileno, y tiene un gran interés en la industria de plásticos, para la fabricación de polímeros vinílicos. Existen otros compuestos íntimamente relacionados con los nitrilos; son los llamados isonitrilos o isocianuros, de fórmula general:

R—+N C-

Y que resultan como subproductos en la obtención de nitrilos. Debido a la separación de cargas eléctricas en la molécula, los isonitrilos son mucho más reactivos e inestables que los nitrilos y se convierten en éstos por simple calefacción.

NOMENCLATURA

La IUPAC nombra los nitrilos añadiendo el sufijo -nitrilo al nombre del alcano con igual número de carbonos.