X. Amine 1. Übersicht Ableitung wieder aus einer einfachen

168
X. Amine
1. Übersicht
Ableitung wieder aus einer einfachen anorganischen
Verbindung, NH3:
H N H
H
R N H
H
R N H
R
R N R
R
primär
sekündär
tertiär
Achtung: Ausdrücke primär, sekundär und tertiär beziehen
sich auf N, nicht auf C wie bei Alkoholen
Struktur: pyramidal wie NH3 => chiral
Aber: anders als Sulfonium-Salze und Sulfoxide: schnelle
Inversion der Konfiguration (wie Inversion des Ammoniak)
R2
R
2
R1
N R2
R1
N R2
169
Amine
(Substitutionsprodukte des Ammoniaks)
aliphatische
H
H
N
H
CH3
Methylamin
Sdp. −6°C
pKa = 10.62
H3C
N
CH3
CH3
H3C
Dimethylamin
Sdp. 7°C
pKa = 10.87
N
CH3
Trimethylamin
Sdp. 4°C
pKa = 9.79
aromatische
H
N
H
Anilin
Sdp. 184°C
pKa = 4.62
gemischte
H
N
N
Diphenylamin
Sdp. 302°C
pKa = 0.79
H
N
Triphenylamin
Sdp. 348°C
CH3
H3C
N-Methylanilin
Sdp. 194°C
pKa = 4.85
N
CH3
N,N-Dimethylanilin
Sdp. 193°C
pKa = 5.06
pKa (NH3) = 9.21
2. Basizität in Wasser
Wie NH3 sind Amine basisch. Beurteilung durch pKs-Wert
der konjugierten Säure
Ks
R3 NH
+
H2 O
R 3N
+
H 3O
Je kleiner pKs, desto stärker sauer Ammoniumsalz, d. h.
170
je größer pKs, desto basischer Amin selbst
Konjugierte
Säure
pKs
Konjugierte Base
NH3
9.25
NH 4
H
+I
H3C
NH3
10.6
Stabg.
N
CH3 Destab.
H
H
NH3
4.6
Stabil.
N
H
H
NH2
N
0.8
Allgemein: Delokalisation von nicht-bindendem Paar
stabilisiert Amin, daher weniger basisch
3. Alkylierung, Synthese von aliphatischen Aminen
Basische Verbindungen sind immer auch nukleophil!
Unterschied?
Basizität:
Gleichgewicht Protonenaustausch,
Nukleophilie: Geschwindigkeit Reaktion mit Elektrophilen
Unselektive Alkylierung
171
Alkylierung des Ammoniaks nach A. W. Hofmann
H
H
+
H N
H3C
H N CH3 I
I
H
H
H
H
H N CH3 +
N
N H
N
H
H
H
H
CH3
+ H N H
H
CH3
+
H3C
H N CH3 I
I
H
CH3
CH3
H
H N CH3 +
N H
H
H
H
N
CH3
N
H
H
H
H
CH3
CH3
H
+ H N H
H
CH3
CH3
+
H3C
H N CH3 I
I
CH3
CH3
H
H N CH3 +
H3C
N H
H
CH3
CH3
H3C N
CH3
H
N CH3 + H N H
H3C
H
CH3
+
H3C
H3C N CH3 I
I
CH3
Org13_01.cw2
Quartäre Ammoniumsalze
z.B. auch Tetrabutylammoniumiodid
Base
NH 3
+
4
I
N
I
[NBu4]+ I- sowohl in Wasser als auch organischen LM löslich
"nacktes" Iodid
172
Gezielte Synthese von primären Aminen
Trick: Temporäre Blockierung von 2 H des NH3
Verschiedene Varianten:
a) Gabriel-Synthese wie bei Synthese Alkoholen: Temporäre
Blockierung durch Acylierung
O
O
O
KOH
R-X
N H
N
K
N R
- KX
O
O
O
H 2N-NH 2
O
NH
NH
+ R-NH 2
O
b) Azid-Methode
R N
N
R-X
Na
N N N
- NaX
Pd / H 2
R NH 2
- N2
N
4. Hofmannscher Abbau
Quartäre Ammoniumsalze zeigen relativ leichte Eliminierung
I
Ag2O / H2O
N CH2 CH3
- AgI
≡ "AgOH"
H
OH
N CH2 C H
H
Δ
N
ad13-01.cw2
+
H2C CH2
173
aber:
N(CH3)4 OH
Δ
N(CH3)3 + CH3OH
Historisch wichtig: Strukturaufklärung der Alkaloide
H
H
H
OH
N
N
H3C CH3 H
H
N
H3C CH3 H
Coniin
analog
+
ad13-02.cw2
5. Synthese von aromatischen Aminen, Reduktion von
Nitroverbindungen
Reduktion zum Amin
Synthese weit überwiegend durch Reduktion von
Nitroverbindungen. Früher mit Fe/HCl oder Sn/HCl, heute mit
H2/Pd (kein Abfall !):
CH3
CH3
NO 2
HNO3
H2SO4
ad13-06.cw2
CH3
H2/Pd
NH2
- H2O
nur !!!
NO 2
NH2
Partielle Reduktion in saurer Lösung
Vier Möglichkeiten, aber nicht alle machbar: Nitrosobenzol nicht
aus Nitrobenzol erhältlich.
174
O
+III
N
O
+II N
O
HO
−I
N
H
H
−III
2e
2e
2e
2 H+
2 H+
2 H+
H2Cr2O7
Zn / NH4Cl
Fe / HCl
ad13-03.cw2
Nitrosobenzol zeigt interessanten Effekt:
O
N
N
O
grün
RT
ad13-03.cw2
O
N N
O
farblos
N
H
175
Reduktion in alkalischer Lösung
Produkte ganz anders, und je nach Reduktionsmittel
verschieden:
O
N N
KOH/CH3OH (H-)
LiAlH4
Zn/KOH
Azoxybenzol (gelb)
N N
Azobenzol (rot)
N N
Hydrazobenzol (farblos)
H H
Grund: Kondensationsreaktion der Intermediate, z.B.:
N N
N O H2N
6. Nitrosierung
Erzeugung des Elektrophils: NO+ Nitrosyl-Kation
H X
NaNO2
H
H
H O N O
O N O
N O
H
ad13-06.cw2
Primäre Amine
H3C NH2
NO2
H
H C N N
H
H3C OH + N2
H
ad13-06.cw2
O
H
H
H
R N
N O
H
H
R N N O
H
H
R N N O H
− H 2O
R N N
176
Sek. Amine
H5C2
H5C2
NO
N H
H5C2
Diethylnitrosamin
N N O
ad13-06.cw2
H5C2
stark kanzerogen!
Tert. Amine
Aliphatische Amine zeigen keine Reaktion, da das Produkt
instabil ist
CH3
(H3C)3N
+
NO
H3C N N O
ad13-06.cw2
CH3
Aromatische Amine reagieren:
H3C
+
N
H3C
H3C
N O
N
ad13-06.cw2
N O
H3C
Aber:
H3C
N
H
NO
+H
H3C
N
ON
N liebt N !
ad13-06.cw2
+H
177
7. Diazonium-Salze, Azokupplung
Entdeckung der Diazoniumsalze war ein Meilenstein der
Chemie:
P. Griess 1858
N
NH2
Im festen Zustand explosiv
N
HNO2 / H Cl
ad13-07a.cw2
Löslich in Wasser (Salz)
Cl
0-5°C
Benzoldiazoniumchlorid
Lösung unter 5°C
beständig
Drei wichtige Gruppen von Reaktionen der Diazoniumsalze:
a) Nukleophile Substitution
"Phenolverkochung"
N N
Cl
H 2O
OH + N2 + HCl
Δ
ad13-07a.cw2
Sandmeyer-Reaktion
(Cu+)Kat
N2
Hal
Hal
- N2
ad13-07a.cw2
Mit Cl- und Br- ist der Cu-Katalysator notwendig, mit I- ohne
Katalysator durchführbar
178
b) Reduktion der Diazonium-Gruppe
Synthese von Phenylhydrazin nach Emil Fischer
Ph N N
SO3H
O
Ph N N
S OH
O
O
Ph
Ph N N S OH
O
H O
HO
O S O
O
N N
S
O
OH
S
O
H
OH
HCl / 100 °C
ad13-07a.cw2
N NH2
H
Phenylhydrazin war wichtig für die Entwicklung der ZuckerChemie
c) Elektrophile Substitution, Azofarbstoffe
Schwaches Elektrophil
Ar N N
Ar N N
Reaktion nur mit +M-substituierten Aromaten
vgl. O N
(ArOH, ArNH2)
Reaktion mit Benzol nicht möglich:
N N
ad13-07a.cw2
179
aber
CH3
N N
CH3
H
N N
N
N
CH3
CH3
Cl
-H
CH3
N N
N
ad13-07b.cw2
CH3
Buttergelb
Methylorange:
NaNO2/H+
HO 3S
NH2
HO 3S
N2
CH3
N
CH3
O
CH3
O S
gelb
N N
N
CH3
O
OH
-
H
+
O
O S
O
CH3
N N
H
N
CH3
Methylorange
(Helianthin)
O
O S
ad13-07b.cw2
O
CH3
N N
H
N
CH3
Allgemein: je höher Zahl chinoide Strukturen, um so
langwelliger Absorption
180
H3C
H3C
N N
N2
OH
HO 3S
SO 3H
CH3
ad13-07b.cw2
CH3
OH
HO 3S
SO 3H
Einige weitere Azofarbstoffe
H3C
HO
N
N
H3C
N
H3C
SO 3Na
N
SO 3Na
N
CH3
Methylorange
Ponceau 2R
SO 3Na
NaO 3S
H2N
N
N
N
N
NH2
Kongorot
SO 3Na
SO 3Na
N
N
NaO 3S
N
NH2
N N
N
NH2
OH
H2N
Direkttiefschwarz EW
Org13_02.cw2
8. Oxidation von aromatischen Aminen
Vor Einführung der modernen Spektroskopie (ab ca. 1960)
waren Farbtests sehr wichtig, z.B.
181
Runges Anilinnachweis
NH2
CaCl(OCl)
Violetter Farbstoff
unbek. Struktur
(Chlorkalk)
Technisch wichtig war die Herstellung von Anilinschwarz.
Dieses wird von 1864 bis heute verwendet!
NH2
H2Cr2O 7
Anilin-Schwarz
Strukturaufklärung durch Willstätter
NH2
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N