Riduzione di Composti Azotati

Preparazione delle Ammine per

Riduzione di Composti Azotati

Quasi tutti i composti azotati possono essere ridotti ad ammina: – azidi – nitrili – immine – ammidi – nitroderivati aromatici

1. Reazione S_N2 di un alogenuro alchilico con NaN₃ 2. Riduzione dell’azide ad alchilammina primaria

Sintesi delle Ammine per Riduzione delle Azidi

CH₂CH₂Br CH₂CH₂N₃ NaN₃ (74%) CH₂CH₂NH₂ (89%) 1. LiAlH₄ 2. H₂O L’azide può essere

ridotta anche con

Sintesi delle Ammine per Riduzione dei Nitrili CH₃CH₂CH₂CH₂Br NaCN (69%) CH₃CH₂CH₂CH₂CN CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂NH₂ (56%) H₂ (100 atm), Ni

1. Reazione S_N2 di un alogenuro alchilico con NaCN 2. Riduzione del nitrile ad alchilammina primaria

Il nitrile può essere

Sintesi delle Ammine per Riduzione delle Cianidrine

La riduzione può essere condotta anche con LiAlH₄

CH₃CH₂CH₂CH₂CHO NaCN CH₃CH₂CH₂CH₂CHCN OH H₂O H₂ (100 atm), Ni CH₃CH₂CH₂CH₂CHCH₂NH₂ OH

1. Addizione nucleofila al carbonile con NaCN

Sintesi delle Ammine per Riduzione delle Ammidi (86-89%) (88%) 1. LiAlH₄ 2. H₂O COH O 1. SOCl₂ 2. (CH₃)₂NH CN(CH3)2 O CH₂N(CH₃)₂ La riduzione può essere condotta

esclusivamente con LiAlH₄

1. Sostituzione nucleofila acilica 2. Riduzione della ammide

Sintesi delle Ammine Aromatiche per Riduzione dei Nitroareni

HNO₃ (88-95%) (95%) 1. Fe, HCl 2. NaOH Cl Cl NO₂ H₂SO₄ Cl NH₂

I gruppi nitro possono essere ridotti anche con Sn/HCl o

L’equilibrio tra il composto carbonilico e l’immina si stabilisce rapidamente, prima che possa avvenire la riduzione

Sintesi delle Ammine Mediante Amminazione Riduttiva

O C R R' + _NH3 veloce _{C NH} R R' + _H2O Un’aldeide o un chetone viene sottoposto ad

idrogenazione catalitica in presenza di ammoniaca o di un’ammina

Sintesi delle Ammine Mediante Amminazione Riduttiva L’immina formata subisce l’idrogenazione catalitica

più velocemente del composto carbonilico di partenza Il prodotto finale è un’ammina

O C R R' + _NH3 veloce _{C NH} R R' + _H2O H₂, Ni NH₂ R R' _C H

Esempio O + NH₃ H NH₂ H₂, Ni ethanol (80%) via: _NH

Esempio H₂, Ni ethanol (65%) CH₃(CH₂)₅CH₂NH + H₂N CH₃(CH₂)₅CH O

Le ammine primarie forniscono ammine secondarie

Esempio

Le ammine secondarie forniscono ammine terziarie

H₂, Ni, ethanol (93%) + CH₃CH₂CH₂CH O N H N CH₂CH₂CH₂CH₃

Esempio CHCH₂CH₂CH₃ N + possibili intermedi N CH CHCH₂CH₃ CHCH₂CH₂CH₃ N HO

Reazioni delle Ammine

Le reazioni delle ammine coinvolgono quasi sempre la coppia di elettroni non condivisa dell’N

• • N • • N H X C O Come una base:

Reazioni delle Ammine

 Reazioni con aldeidi e chetoni: addizioni nucleofile al carbonile

 Reazioni con alogenuri acilici, anidridi ed esteri: sostituzioni nucleofile aciliche

 Equilibri acido-base

Reazioni delle Ammine

con Alogenuri Alchilici

Reazioni con Alogenuri Alchilici

Le ammine agiscono come nucleofili vs. gli alogenuri alchilici • • X + •• • _• •• • • N _R H + _X •• • _• •• N R H + _– + N R •• H + S_N2

Esempio: in eccesso di ammina NH₂ + ClCH₂ NHCH₂ (85-87%) NaHCO₃ 90°C (4 mol) (1 mol)

Esempio: in eccesso di alogenuro alchilico + _3CH3I (99%) metanolo calore CH₂N(CH₃)₃ CH₂NH₂ + I –

La Eliminazione di Hofmann

 Il reagente è una base ammonica quaternaria: (R’CH₂CH₂NR₃)+OH-

 Il prodotto è un alchene: R’CH=CH₂

 Il gruppo uscente è una trialchilammina: R₃NH

 La regioselettività è opposta a quella prevista dalla regola di Zaitsev:

→

Basi Ammoniche Quaternarie

Ag₂O H₂O, CH₃OH

CH₂N(CH+ ₃)₃ HO –

Sono preparate per trattamento di un alogenuro

ammonico quaternario con ossido d’argento (AgO₂) CH₂N(CH+ ₃)₃ I –

La Eliminazione di Hofmann

160°C

CH₂N(CH₃)₃ +

HO –

L’idrossido ammonico quaternario subisce eliminazione per riscaldamento

CH₂

(69%)

+ _N(CH

Meccanismo H CH₂ + N(CH₃)₃ – O •• • • _•• H O •• H •• H N(CH₃)₃ • • CH₂

Regioselettività

D

A differenza della deidroalogenazione, in cui si forma l’alchene più sostituito (Regola di Zaitsef), nell’eliminazione di Hofmann si forma l’alchene meno sostituito

Questo orientamento è definito: Regola di Hofmann

HO – + N(CH3)3 CH₃CH₂CHCH₃ CH3CH2HC CH2 CH₃CH CHCH₃ + (95%) (5%) a b b

Regioselettività

Si ritiene che la regioselettività sia controllata da fattori sterici

Lo stato di transizione che porta all’alchene meno sostituito (a) è meno ingombrato stericamente di quello che porterebbe all’alchene più sostituito (b) (cis o trans) H₃C CH2 N+(CH₃)₃ H H OH -a b (95%) (5%)

Stato di Transizione più stabile Ea più bassa

Regioselettività: Regola di Hofmann N(CH₃)₃ + H H H H CH₃CH_{2 C} H C H H CH₃CH₂

Il gruppo più ingombrante giace tra due atomi di H

Regioselettività: Regola di Hofmann

Il gruppo più ingombrante giace tra un atomo di H ed un gruppo metilico N(CH₃)₃ + H H H CH_{3 C} H C CH₃ H CH₃ Prodotto minoritario CH₃

Reazioni con Acido Nitroso

Ammine Alifatiche

Ione Nitrito, Acido Nitroso e Catione Nitrosile H + – O •• • • _•• N •• O •• • • O •• _•• N O •• • _• •• H H + O N •• O •• • _• H H + • • + •• N O •• • _• + O • _• H H • •

Ione nitrito Acido nitroso

Nitrosazione di Alchilammine Secondarie + •• N O •• • _• + N + _N •• _O •• • _• • • N H H + H + N _N •• _O •• • _• • •

Si formano N-nitroso ammine Ammina secondaria

Esempio (CH₃)₂NH •• NaNO₂, HCl H₂O (88-90%) •• (CH₃)₂N N •• O •• • _•

Alcune N-Nitroso Ammine

N-nitrosopirrolidine

(salumi trattati con nitriti)

N-nitrosonornicotine (fumo di tabacco) N N O N N O N (CH₃)₂N N O N-nitrosodimetilammina (leather tanning)

Nitrosazione delle Alchilammine Primarie

+ La fase iniziale è analoga alla nitrosazione delle

ammine secondarie + •• N O •• • _• • • N H H R H N + _N •• _O •• • _• H R + H + N _N •• _O •• • _• • • R H Ammina primaria

Nitrosazione delle Alchilammine Primarie N _N •• _O •• • _• • • R H H + N _N •• _O •• • • R H H +

Successivamente la N-nitroso ammina primaria si protona

Nitrosazione delle Alchilammine Primarie N _N •• _O •• • • R H H + • • N _N •• _O •• • • R H H + H + + H • • N _N •• _O • • R H H • • O H • • + N _N • _• R +

Diazotizzazione: formazione di un sale di alchildiazonio

tautomeriz

diazenolo

Ioni Alchil Diazonio

Gli ioni alchil diazonio sono molto instabili e perdono facilmente N₂ formando carbocationi

I carbocationi possono formare miscele di alcheni e alcoli

R + + • _• N N • _• +

N _N • _• R

Esempio: Nitrosazione di 1,1-Dimetilpropilammina H₂O NH₂ OH ₊ N + N HONO + (80%) (2%) (3%) – N₂

Si formano ioni (sali) N-nitroso ammonio

Non vi sono applicazioni pratiche

Nitrosazione di Alchilammine Terziarie

• • N R R R N + _N •• _O •• • _• R R R

Reazioni con Acido Nitroso

Ammine Aromatiche

La reazione è una sostituzione elettrofila aromatica

Nitrosazione di Arilammine Terziarie

(95%) N(CH₂CH₃)₂ 1. NaNO₂, HCl, H₂O, 8°C 2. HO– N(CH₂CH₃)₂ N O

La reazione è analoga a quella delle alchilammine secondarie

Si formano N-nitroso ammine

Nitrosazione di N-Alchilarilammine (87-93%) NaNO₂, HCl, H₂O, 10°C NHCH₃ NCH₃ N O

Nitrosazione di Arilammine Primarie

Si formano Sali (ioni) di arendiazonio

I sali di arendiazonio sono molto più stabili dei loro equivalenti alchilici

La maggior parte dei sali di arendiazonio è sufficientemente stabile nelle condizioni di formazione (bassa temperatura 0-10°C)

ArN N + RN N + _veloce lenta R + + N₂ Ar + + N₂

Nitrosazione delle Arilammine Primarie

+ La fase iniziale prevede l’attacco nucleofilo

dell’azoto dell’anilina sullo ione nitrosile + •• N O •• • _• • • N H H C₆H₅ H N + _N •• _O •• • _• H C6H₅ + H + N _N •• _O •• • _• • • C₆H₅ H Ammina primaria - H+

Nitrosazione delle Arilammine Primarie N _N •• _O •• • _• • • C₆H₅ H H + N _N •• _O •• • • C₆H₅ H H +

Successivamente la N-nitroso ammina primaria aromatica si protona

Nitrosazione delle Arilammine Primarie N _N •• _O •• • • C₆H₅ H H + • • N _N •• _O •• • • C₆H₅ H H + H + + H • • N _N •• _O • • C₆H₅ H H • • O H • • + N _N • _• C₆H₅ +

Diazotizzazione: formazione di un sale di arildiazonio

tautomeriz

diazenolo

Esempio: (CH₃)₂CH NH₂ NaNO₂, H₂SO₄ H₂O, 0-5°C (CH₃)₂CH N N + HSO₄–

Origine Sintetica dei Sali di Arendiazonio Ar H Ar NO₂ Ar NH₂ Ar N N + NaNO₂, H₂SO₄ H₂O, 0-5°C HNO₃, H₂SO₄ D Fe, HCl

Applicazioni Sintetiche dei

Sali di Arendiazonio

Transformazioni dei Sali di Arendiazonio Ar N N + Ar H Ar OH Ar I Ar F Ar Br Ar Cl Ar CN

Preparazione dei Fenoli Ar N N + Ar OH Cu₂O, H₂O Cu(NO₃)₂ Idrolisi di un sale di diazonio

Esempio 2. Cu₂O, H₂O Cu(NO₃)₂ (CH₃)₂CH NH₂ 1. NaNO₂, H₂SO₄ H₂O, 0-5°C (CH₃)₂CH OH (73%)

Transformazioni dei Sali di Arendiazonio Ar N N + Ar H Ar OH Ar I Ar F Ar Br Ar Cl Ar CN Cu₂O, H₂O Cu(NO₃)₂

Preparazione di Ioduri Arilici

Ar N N +

Ar I

Reazione di un sale di arendiazonio con ioduro di potassio

Esempio 2. KI, 20-25°C 1. NaNO₂, HCl H₂O, 0-5°C (72-83%) NH₂ Br I Br

Transformazioni dei Sali di Arendiazonio Ar N N + Ar H Ar OH Ar I Ar F Ar Br Ar Cl Ar CN Cu₂O, H₂O Cu(NO₃)₂ KI

Preparazione di Fluoruri Arilici

Ar N N +

Ar F

Per riscaldamento dei

tetrafluoroborati di arendiazonio

Il processo è chiamato Reazione di Schiemann

Ar N N + _HBF 4 Ar N N + BF₄ -Ar F D Precipita il tetrafluoroborato, che viene raccolto, essiccato e decomposto per riscaldamento

Esempio (68%) NH₂ CCH₂CH₃ O 2. HBF₄ 1. NaNO₂, HCl, H₂O, 0-5°C 3. calore F CCH₂CH₃ O

Transformazioni dei Sali di Arendiazonio Ar N N + Ar H Ar OH Ar I Ar F Ar Br Ar Cl Ar CN Cu₂O, H₂O Cu(NO₃)₂ KI 1. HBF₄, 2. D

Preparazione di Cloruri e Bromuri Arilici

Ar N N +

Ar Br

Ar Cl

Riscaldamento del sale di arendiazonio con cloruro o bromuro di rame(I) (Sali rameosi)

Le sostituzioni dei sali di arendiazonio che

impiegano sali di rame(I) sono dette Reazioni di Sandmeyer

Esempio (68-71%) NH₂ NO₂ 2. CuCl, calore 1. NaNO₂, HCl, H₂O, 0-5°C Cl NO₂

Esempio (89-95%) 2. CuBr, calore 1. NaNO₂, HBr, H₂O, 0-10°C NH₂ Cl Br Cl

Transformazioni dei Sali di Arendiazonio Ar N N + Ar H Ar OH Ar I Ar F Ar Br Ar Cl Ar CN Cu₂O, H₂O Cu(NO₃)₂ KI 1. HBF₄, 2. D CuBr, D CuCl, D

Preparazione di Nitrili Arilici

Ar N N +

Ar CN

Sono preparati per riscaldamento del sale di arendiazonio con cianuro di rame(I)

Un altro tipo di Reazione di Sandmeyer CuCN, D

Esempio (64-70%) 2. CuCN, calore 1. NaNO₂, HCl, H₂O, 0°C NH₂ CH₃ CN CH₃

Transformazioni dei Sali di Arendiazonio Ar N N + Ar H Ar OH Ar I Ar F Ar Br Ar Cl Ar CN Cu₂O, H₂O Cu(NO₃)₂ KI 1. HBF₄, 2. D CuBr, D CuCl, D CuCN, D

Deamminazione Riduttiva

Ar N N +

Ar H

L’acido ipofosforoso (H₃PO₂) riduce i sali di

arendiazonio, sostituendo il gruppo diazonio con H Alternativamente si può usare l’etanolo

Questo processo è chiamato Deamminazione Riduttiva

Esempio (70-75%) 1. NaNO₂, H₂SO₄, 2. H₃PO₂ NH₂ CH₃ CH₃

Transformazioni dei Sali di Arendiazonio Ar N N + Ar H Ar OH Ar I Ar F Ar Br Ar Cl Ar CN Cu₂O, H₂O Cu(NO₃)₂ KI 1. HBF₄, 2. D CuBr, D CuCl, D CuCN, D H₃PO₂

Importanza Sintetica dei Sali di Arendiazonio

1) Consentono l’introduzione sull’anello aromatico del benzene di svariati sostituenti: OH, F, I, CN ed anche Br e Cl

2) Consentono la sintesi di derivati arilici

NH₂ Br Br Br Example (74-77%) NaNO₂, H₂SO₄, H₂O, CH₃CH₂OH NH₂ Br₂ H₂O (100%) Br Br Br

Copulazione dei

Copulazione dei Sali di Arendiazonio

I sali di diazonio son elettrofili deboli

Essi possono reagire da elettrofili in reazioni di sostituzione elettrofila aromatica con composti aromatici fortemente attivati

Ar N N +

Ar' H

+ _Ar N N _Ar'

un azo composto Ar' deve avere un gruppo a forte rilascio

Esempio OH + C₆H₅N N + OH N NC₆H₅ Cl–