SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / CHIMICA III GIANMARIO GERARDI – Y04585 Ammine Sono composti derivati dall’ammoniaca per sostituzione di 1, 2 o 3 idrogeni con gruppi organici N H • • N H • • R 3D ammoniaca NH3 ammina primaria

Le ammine ci riguardano È davvero notevole la collezione di molecole organiche di interesse biologico che riguardano il gruppo funzionale amminico e i suoi derivati. Tutte molecole davvero famose: Adenina, timina, citosina e guanina (DNA) Aminoacidi Adrenalina Dopamina Serotonina Caffeina Nicotina Prozac Valium Cocaina Eroina Anfetamina Derivati anfetaminici LSD Inoltre, come l’ammoniaca, le ammine rivestono spesso un importante ruolo “basico” fra le biomolecole.

Ibridazione sp3 L'atomo di azoto delle ammine porta un doppietto elettronico non condiviso; per questo motivo gli orbitali dell’azoto possono ibridare sp3, con geometria quasi tetraedrica. Quando i gruppi legati all’azoto sono diversi, i due enantiomeri teorici si interconvertono molto rapidamente a causa dell'inversione piramidale simile a quello di un ombrello che si rovescia per il vento.

Ammine chirali N N N N CH3 CH3 CH3 CH3 CH3CH2 H H CH3CH2 H CH2CH3 H • • N H CH3 CH2CH3 • • N H CH3 CH2CH3 • • N CH3CH2 CH3 H • • nell'inversione piramidale gli enantiomeri si interconvertono e, quindi i racemi non sono risolvibili, è impossibile separarli.

Ammine vengono classificate in base alla sostituzione degli H legati all’N come: Ammine primarie: 1 H sostituito da 1 gruppo alchilico o arilico Ammine secondarie: 2 H sostituiti da 2 gruppi alchilici o arilici Ammine terziarie: tutti gli H sono sostituiti 3D

Ammine alifatiche: gruppo alchilico + ammina Nomenclatura Ammine alifatiche Ammine legate ad un anello aromatico Ammine alifatiche: gruppo alchilico + ammina primarie 3D In questo sistema, il nome delle ammine secondarie e terziarie è composto da un prefisso che comprende tutte le catene carboniose, ad eccezione di quella più lunga: terziarie secondarie

Nomenclatura C H N C H N C H H C C C H N C H 2 2 3 3 3 3 1-propanammina 1-amminopropano 1-propilammina 2-propanammina 2-amminopropano 2-propilammina N-metil-N-tert-butil-amminobenzene metil-tert-butil-fenilammina N-metil-N-isopropil-anilina 3D 3D

Nomenclatura Ammine legate ad un anello aromatico: Se sono presenti altri gruppi funzionali, l'amminogruppo viene sempre considerato un sostituente: Ammine legate ad un anello aromatico: derivati dell'anilina o del sistema aromatico. Le ammine aromatiche sono considerate dei derivati dell'anilina. 3D

Ammine eterocicliche

N N CH2CH3 H H Le ammine hanno carattere nucleofilo • • • • Il doppietto elettronico dell’azoto è un centro nucleofilo. I gruppi alchilici legati all’azoto fanno aumentare la densità di carica nell’orbitale atomico, per effetto induttivo. N H • • N H CH2CH3 • • Le ammine aromatiche hanno carattere meno nucleofilo delle ammine alifatiche: l’anello consente al doppietto di “disperdersi” sulla molecola

Carattere nucleofilo delle ammine Il carattere nucleofilo quindi varia N C 2 H 5 N C 2 H 5 N C 2 H 5 Carattere nucleofilo delle ammine L’elettronegatività dell’azoto e il doppietto elettronico consentono alle ammine anche di stabilire ponti idrogeno

Interazioni intermolecolari I legami idrogeno N-H...N sono piu' deboli di quelli O-H...O Le ammine I, II e III possono formare legami H con l'acqua, e le ammine fino a 5-6 atomi di C sono molto solubili in acqua. H N doppietto H H H H O Ammina primaria + acqua acqua H2O ammoniaca NH3

Proprieta' fisiche Per questo le ammine sono generalmente liquide eccetto la metil- e dimetil-ammina, che sono gassose. I punti di ebollizione sono molto superiori a quelli dei corrispondenti alcani, ma inferiori a quelli degli alcoli.

Basicità delle ammine Il carattere nucleofilo conferisce a tutte le ammine caratteristiche di basicità. Il doppietto è in grado di accettare abbastanza stabilmente un protone H+

Basicità delle ammine Per le stesse ragioni dette prima: Le ammine aromatiche sono molto meno basiche delle ammine alifatiche e dell'ammoniaca. L'anilina, ad esempio, è circa un milione di volte meno basica della cicloesilammina.

Basicità delle ammine

Acidità delle ammine Ammine primarie e secondarie si possono, in certe condizioni, comportare come acidi (cedendo un protone). Le ammine primarie sono acidi estremamente deboli, molto più deboli degli alcoli Le ammidi sono derivati degli acidi carbossilici e delle ammine che rivedremo tra poco. Le ammidi sono acidi molto più forti delle ammine. I loro valori di pKa (circa 15) sono vicini a quelli degli alcoli:

Reazioni principali delle ammine Alchilazione: un gruppo alchilico viene sostituito a un idrogeno amminico Riguarda tutte le ammine: dall’ammoniaca alle ammine terziarie Acilazione: l’ammina effettua un attacco nucleofilo al carbonio carbossilico Riguarda le ammine dall’ammoniaca alle ammine secondarie, ma non le terziarie

Sali delle ammine Molti sali di ammine, di origine naturale o sintetica, rivestono notevole importanza biologica. Due esempi sono la squalammina, uno steroide con attività antimicrobica recentemente isolato dallo squalo bianco, e il cloridrato di (+)-metanfetammina, uno stimolante che è molto tossico e che produce assuefazione.

Sali delle ammine e ammine di importanza biologica nicotina adrenalina serotonina anfetamina dopamina eroina prozac cocaina valium

1-fenil-2-propanammina 3D 2-feniletanammina 1-fenil-2-propanammina (anfetammina) nor-adrenalina adrenalina 2-amminoetanolo (etanolammina) pirrolidina 1,4-butandiammina (putrescina) 1,5-pentandiammina (cadaverina)

Ammidi Le ammidi, fra i derivati degli acidi carbossilici, sono quelle meno reattive e sono largamente diffuse in natura. Le ammidi più importanti sono le proteine. Possono provenire anche da Sali d’ammonio. 3D

Ammidi: impedimento rotazionale Le ammidi hanno geometria piana e, sebbene il legame carbonio-azoto venga comunemente scritto come legame semplice, la rotazione risulta parzialmente impedita. 3D La risonanza fa si che il legame carbonio-azoto si comporti come legame doppio. Quindi l'azoto, il carbonio carbonilico e gli atomi ad essi legati giacciono sullo stesso piano. Nelle ammidi il legame C-N misura solo 1,32A ed è molto più corto del comune legame semplice carbonio-azoto (che è di circa 1,47A).

Ammidi: ponti idrogeno Come si può dedurre dalla forma di risonanza dipolare, le ammidi sono composti altamente polari e danno interazioni di tipo ponte H. La geometria delle ammidi e la possibilità di instaurare ponti H sono alla base delle strutture secondarie e terziarie di tutte le proteine e quindi delle loro funzioni specifiche.

Il legame peptidico delle proteine Le proteine sono catene di aminoacidi uniti tra loro. Il gruppo carbossilico COOH di un AA ed il gruppo aminico NH2 di un altro AA reagiscono formando l’ammide, con un legame denominato peptidico). Formazione dell’ammide (legame peptidico) AA1 AA2 Si libera una molecola d’H2O

Biochimica del legame H è una delle interazioni fondamentali dell’organizzazione molecolare dei sistemi viventi. può interessare gruppi OH ma anche gruppi N-H che interagiscono con gruppi C=O o con gruppi C-N.

Ponti H nella struttura proteica ad a elica i ponti H si stabiliscono lungo la catena di aminoacidi tra il gruppo C=O interessato al legame peptidico con l’aminoacido successivo ed il gruppo N-H di un legame peptidico che si trova 4 aminoacidi più avanti.

Ponti H nella struttura proteica foglietto b i ponti H si stabiliscono tra porzioni di catene di aminoacidi parallele, appartenenti alla stessa catena ripiegata o a catene diverse tra gruppi C=O di una catena e gruppi N-H della catena parallela.

Le 4 basi del DNA