Los compuestos nitrogenados son
aquellos que contienen nitrógeno en sus grupos funcionales. Los más destacados
son las aminas, amidas y nitrilos.
Aminas
Las aminas están clasificadas dependiendo el número de carbonos directamente unidos al nitrógeno, se dividen en primaria secundarias y terciarias.
El nitrógeno forma tres enlaces
simples a través de los orbitales con hibridación sp3. El par solitario ocupa
el cuarto orbital con hibridación sp3 y es el responsable del comportamiento
básico y nucleófilo de las aminas.
Nomenclatura
Las aminas se pueden nombrar como
derivados de alquilaminas o alcanoaminas.
Si un radical está repetido
varias veces, se indica con los prefijos di-, tri-, ...
Si la amina lleva radicales
diferentes, se nombran alfabéticamente.
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 amino-. La mayor parte de los grupos funcionales
tienen prioridad sobre la amina (ácidos y derivados, carbonilos, alcoholes).
Las aminas son compuestos
incoloros que se oxidan con facilidad lo que permite que se encuentren como
compuestos coloreados. Los primeros miembros de esta serie son gases con olor
similar al amoníaco. A medida que aumenta el número de átomos de carbono en la
molécula, el olor se hace similar al del pescado. Las aminas aromáticas son muy
tóxicas se absorben a través de la piel.
Solubilidad
Las aminas primarias
y secundarias son compuestos polares, capaces de formar puentes de hidrógeno
entre sí y con el agua, esto las hace solubles en ella. La solubilidad
disminuye en las moléculas con más de 6 átomos de carbono y en las que poseen
el anillo aromático.
Punto de Ebullición
El punto de
ebullición de las aminas es más alto que el de los compuestos apolares que
presentan el mismo peso molecular de las aminas. El nitrógeno es menos
electronegativo que el oxígeno, esto hace que los puentes de hidrógeno entre
las aminas se den en menor grado que en los alcoholes. Esto hace que el punto
de ebullición de las aminas sea más bajo que el de los alcoholes del mismo peso
molecular.
Las aminas presentan puntos de
fusión y ebullición más bajos que los alcoholes. Así, la etilamina hierve a
17ºC, mientras que el punto de ebullición del etanol es de 78ºC.
CH3CH2OH P.eb. = 78ºC
CH3CH2NH2 P. eb. = 17ºC
La menor electronegatividad del
nitrógeno, comparada con la del oxígeno, hace que los puentes de hidrógeno que
forman las aminas sean más débiles que los formados por los alcoholes.
Propiedades Quimicas
Las aminas se comportan como
bases. Cuando una amina se disuelve en agua, acepta un protón formando un ión
alquil-amonio.
Propiedades ácido-base
Las aminas presentan hidrógenos
ácidos en el grupo amino. Estos hidrógenos se pueden sustraer empleando bases
fuertes (organometálicos, hidruros metálicos) formando los amiduros (bases de
las aminas).
Las aminas se comportan como
bases a través del par libre del nitrógeno. También se comportan como ácidos
débiles pudiendo desprotonarlas mediante el empleo de bases muy fuertes (organolépticos).
Amidas
Las amidas son derivados
funcionales de los ácidos carboxílicos, en los que se ha sustituido el grupo
—OH por el grupo —NH2, —NHR o —NRR', con lo que resultan, respectivamente, las
llamadas amidas primarias, secundarias o terciarias, que también se llaman
amidas sencillas, N-sustituidas o N-di sustituidas.
Las amidas primarias se nombran
sustituyendo la terminación oico o ico del nombre sistemático, del ácido del
que derivan, por el sufijo amida. En las amidas sustituidas se antepone al
nombre anterior el de los radicales sobre el nitrógeno, precedidos de la letra
N.
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.
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.
Nitrilos o cianuros. Son sustancias en las que, en uno de
los extremos de la cadena de carbono, hay un triple enlace entre un átomo de
carbono y un átomo de nitrógeno. El radical R puede ser una cadena de carbono o
un hidrógeno. Los nitrilos cuando actúan como grupo principal, utilizan la
terminación –nitrilo al final del nombre de la cadena principal. Cuando el
grupo R-CN no es el grupo principal, se utiliza la palabra Ciano para
designarlo. Los nitrilos o cianuros son en la mayoría muy tóxicos, por lo que
deben de ser manejados con mucho cuidado en el laboratorio.
Se pueden considerar como derivados de un hidrocarburo en
que se han sustituido los tres átomos de hidrógeno de un grupo metilo por un
átomo de nitrógeno. Según esto, el nombre sistemático de los nitrilos se forma
añadiendo el sufijo nitrilo al del hidrocarburo que tienen la misma cadena
carbonada. Es también muy corriente nombrarlos derivados de ácidos
carboxí1icos, sustituyendo en el nombre de éstos la terminación ico por
onitrilo.
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.
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.
REFERENCIAS
Ecu Red, (S.f). Aminas. Recuperado de https://www.ecured.cu/Aminas
Quimica Orgánica, (2019). Amidas. Recuperado de https://www.ecured.cu/Amida
Fortunecity, (S.f). Grupo funcional nitrilos. Recuperado de https://www.ecured.cu/Nitrilo
Falto la unidad 9
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