Compuestos nitrogenados del Carbono
15.- COMPUESTOS NITROGENADOS DEL CARBONO. 15.1.- Introducci\u00f3n. ................................................................................ 364 15.2.- Aminas. ......................................................................................... 364
15.2.1.- Estructura y nomenclatura. ...........................................................364 15.2.2.- Propiedades f\u00edsicas. ...................................................................... 366 15.2.3.- Reacciones qu\u00edmicas. ................................................................... 366 15.2.4.- Aminas de especial importancia. ...................................................367
15.3.- Amidas. ......................................................................................... 367
15.3.1.- Estructura y nomenclatura. ...........................................................367 15.3.2.- Reacciones de obtenci\u00f3n. .............................................................. 368 15.3.3.- Amidas de especial importancia. ...................................................368
15.4.- Nitrilos. ......................................................................................... 369
15.4.1.- Estructura y nomenclatura. ...........................................................369 15.4.2.- Propiedades f\u00edsicas. ....................................................................... 369 15.4.3.- Reacciones de los nitrilos. ............................................................. 370 15.4.4.- Nitrilos de especial importancia. ...................................................370
15.5.- Nitrocompuestos. ......................................................................... 371 15.5.1.- Estructura y nomenclatura. ..........................................................371 15.5.2.- Aplicaciones de los nitrocompuestos. ..............................................372
15.6.- Problemas y cuestiones. ................................................................ 372
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15.1.- Introducci\u00f3n.
El nitr\u00f3geno es despu\u00e9s del ox\u00edgeno el m\u00e1s importante hetero\u0 org\u00e1nica (qu\u00edmica del carbono). Las prote\u00ednas son compuestos org\u00e1nicos de gran inter\u00e9s para la bioqu\u00ed ellas son compuestos nitrogenados (contienen grupos amida), de ah\u00ed su gran importancia. Vamos a estudiar cada uno de los grupos funcionales por separado.
15.2.- Aminas. 15.2.1.- Estructura y nomenclatura.
Las aminas pueden considerarse como derivados alquilados del amoniaco (NH 3). Tienen la siguiente estructura:
Espacialmente, tanto la parte hidrocarbonada (si tiene hibridaci\u00f3n sp 3) como la de la funci\u00f3n amina, tienen una estructura de tetraedro irregular, y recordemos que al ser el enlace Carbono \u2013 Nitr\u00f3geno un enlace simple, tiene posibilidad de rotaci\u00f3n. Por ejemplo, para metilamina:
Seg\u00fan el grado de sustituci\u00f3n pueden clasificarse
en:
a) Aminas primarias: cuya estructura es:
Se nombran anteponiendo el nombre del radical al sufijo -amina, por ejemplo:
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b) Aminas secundarias: De estructura general: Se nombran de igual manera que las primarias:
c) Aminas terciarias o ternarias: Son del tipo:
Se nombran de manera similar a las anteriores. Por ejemplo:
(recuerda que los sustituyentes se deben nombrar en orden alfab\u00e9tico) En estructuras m\u00e1s complejas el grupo amino se nombra como sustituyente de cadena o anillo principal, indicando la posici\u00f3n en la que se encuentra. Por ejemplo:
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15.2.2.- Propiedades físicas.
Las de peso molecular bajo son líquidas y de olor desagradable. Son muy solubles en disolventes orgánicos pero no en disolventes iónicos o polares como el agua. Su principal característica es que tienen un marcado carácter básico (como el amoniaco del que provienen). Por ejemplo:
15.2.3.- Reacciones químicas.
a) Reacciones de obtención de aminas: Mediante la síntesis de Hoffman se pueden obtener los tres tipos de aminas. El proceso consiste en calentar un halogenuro de alquilo en una disolución alcohólica de amoniaco:
donde X es un halógeno. Por otra parte las aminas aromáticas son de fácil obtención por reducción del nitrobenceno:
el compuesto obtenido en este último ejemplo se denomina el aminobenceno, el fenilamino o "vulgarmente" la anilina.
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b) Reacciones de basicidad: Los cloruros de ácido con las aminas dan lugar a las amidas que veremos a continuación. Un ejemplo de este tipo de reacciones es el siguiente:
15.2.4.- Aminas de especial importancia.
Una de las aminas más importante es la anilina (fenilamina). Dicha sustancia es la materia prima de obtención de centenares de productos intermedios en la industria de los colorantes.
15.3.- Amidas. 15.3.1.- Estructura y nomenclatura.
Responden a la estructura general siguiente: donde R' y R" pueden ser radicales alquilos o
hidrógenos.
Se nombran según el ácido del que proviene seguido con la terminación -amida. Por ejemplo:
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15.3.2.- Reacciones de obtención.
a) Por reacción de cloruros de ácido con aminas como ya hemos visto en el apartado anterior:
b) Por deshidratación de sales amónicas orgánicas: por ejemplo:
15.3.3.- Amidas de especial importancia.
a) la urea: Es el primer compuesto "orgánico" que se sintetizó en un laboratorio (1828). La urea o carbamida H2N-CO-NH2, es el derivado más importante del ácido carbónico. Es el producto final del metabolismo de las proteínas en todos los animales. Una persona adulta, por ejemplo, excreta unos 30 gr de urea al día en la orina, de donde se aisló por primera vez en 1773. A escala industrial se obtiene por reacción del amoniaco con dióxido de carbono a 150 ºC y 350 atm de presión según la reacción:
Se utiliza como fertilizante, como complemento proteínico en el forraje del ganado y en la fabricación de plásticos. b) el nylón: Es un fibra poliamídica que se produce en la condensación de una diamida y un ácido dicarboxílico. Entre este tipo de fibras cabe destacar el nylón-66 (66 quiere decir que está formada por una diamida de 6 átomos de carbono y un ácido dicarboxílico de 6 átomos de carbono:
La poliamida, con una masa molecular entre 10000 y 25000, funde a unos 250 ºC y el material fundido puede ser estirado en finos hilos. Estos hilos sometidos, a temperatura ambiente, a una tensión que los alarga hasta una longitud 4 veces superior, a diferencia de los materiales elásticos, no se contrae cuando cesa la tensión, transformándose en este proceso de estiramiento en un material fibroso que posee mayor resistencia y brillo, y es parecido a la seda natural. Se utiliza para fabricar medias, paracaídas, alfombras y muchos otros artículos.
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15.4.- Nitrilos. 15.4.1.- Estructura y nomenclatura.
Se llaman nitrilos a aquellos compuestos que poseen en un grupo: Se nombran igual que el hidrocarburo del mismo número de átomos de carbono que tiene la cadena (incluido el carbono del grupo nitrilo) terminado en el sufijo - n itrilo. Por ejemplo:
no es necesario especificar dónde está el grupo nitrilo ya que necesariamente debe ir en un carbono terminal. En muchas ocasiones, y sobre todo cuando el grupo nitrilo no es el principal se puede nombrar como sustituyente empleando el prefijo ciano- . Por ejemplo:
15.4.2.- Propiedades físicas.
La característica principal de los nitrilos es la polaridad del triple enlace, al igual que ocurre en las cetonas: por lo tanto sufre reacciones de adición, pero debido a que los triples enlaces son un poco más complejos, no los vamos a estudiar. La mayoría de los nitrilos son líquidos muy tóxicos.
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15.4.3.- Reacciones de los nitrilos.
a) Reacciones de obtención: Los nitrilos pueden obtenerse por dos caminos diferentes: i) Deshidratación de amidas:
para ello hacen falta deshidratantes vigorosos como el P4O10 .
ii) Tratando derivados halogenados con cianuro potásico:
esta reacción es de gran interés porque permite aumentar en un átomo de carbono la cadena de un compuesto.
b) Reacción de hidrólisis: Los nitrilos se hidrolizan en medio básico según la reacción:
15.4.4.- Nitrilos de especial importancia.
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a)
Cianuro de hidrógeno : también llamado ácido cianhídrico o metanonitrilo es líquido incoloro muy venenoso, pues la dosis mortal para una persona es de 0'05 mgr. También se emplea como fumigante.
b)
Cianuro de vinilo : se utiliza en la fabricación del caucho sintético Buna-N, qu un copolimetil de este compuesto y butadieno. También se utiliza en la fabricación de fibras poliacrílicas como el orlón.
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15.5.- Nitrocompuestos. 15.5.1.- Estructura y nomenclatura.
La estructura de los nitrocompuestos es la siguiente: Se debe distinguir entre los nitrocompuestos, en los que el grupo nitro (-NO2) está directamente unido a un átomo de carbono y los ésteres nitrosos o nítricos, donde el grupo nitro está unido a un oxígeno:
Se nombran colocando el prefijo -nitro indicando la posición que ocupa dentro de la cadena principal cuando sea necesario, delante del nombre del alcano correspondiente, por ejemplo:
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15.5.2.- Aplicaciones de los nitrocompuestos.
Los nitrocompuestos son muy utilizados como explosivos. Se llama explosivo a cualquier sustancia que por la acción de una causa externa (roce, percusión, temperatura) se transforma en un tiempo muy breve en gases con un gran contenido térmico. Este calor, al no poderse disipar, provoca un violento estallido, transformándose en energía mecánica. La explosión de los nitroderivados es una combustión rápida en la que el oxígeno procede de la misma molécula. Puesto que los grupos nitro son los suministradores de oxígeno, la fuerza explosiva aumenta con el número de los mismos.
15.6.- Problemas y cuestiones. 688.- Formula los siguientes compuestos orgánicos (la mayoría de ellos nitrogenados): a) Etilamina (etanamida) b) n-metil-2-propanamina c) 2-butanamida (1-metilpropilamina) d) Bencenamina (fenilamina o anilina) e) 2-metil-2-propanamina ( 1,1-dimetiletilamina) f) Metilmetamina (dimetilamina) g) Fenilbencenamina (difenilamina) h) 1,3-propanodiamina i) 3-metil-2,5-diazoheano j) 2-aminoetil-1,3-propanodiamina k) ácido 3-aminopropanoico l) 4-metilamino-2-heptanona m) ácido 3-aminometil-4-metilamino-azoheptanoico n) Etanamida (acetamida) ñ) Propanamida o) Benzamida p) Etanopropanodiamida q) Hexanamida r) 2-metilpropanamida s) Propanodiamida t) 2-metilpropanamida u) ácido 3-oxo-4-hexenoico v) ácido 2-oxo-6-hidroxi-4-oxooctanidioico w) ácido 3-metil-5-oxohexanoico x) 3-bromopropanal y) ácido 2-oxopropanoico z) ácido 2,3-dihidroxibutanodioico aa) 2-clorociclohexanona ab) 2,2,3-trihidroximetilpropanal ac) 2-cianometil-6-ciano-5-hidroxihexanal
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ad) ácido 3-etil-5-oxohexanoico ae) Metanoato de 2-metil-3-pentenilo af) 3,5-dioxohexanoato de etilo ag) 3-metil-2-penten-4-in-1-ol ah) 5-hidroxi-2-metil.3.oxopentanal ai) 5-hexen-1,2-diol aj) 4,6-diazo-2-heptanona ak) ácido 2-aminobutanoico al) ácido 3-aminociclohexanoico am) 1-hidroxi-2-propanona an) ác. 3-hidroxi-2,3,4-trimetilpentanoico añ) 4-metilamino-2-heptanona 689.- Nombra según la IUPAC todos los compuestos orgánicos nitrogenados que a continuación se relacionan: a) b) c) d) e)
f)
g)
h)
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i)
j)
k)
l)
m)
n)
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