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Immine
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top
Le mwbwimminecite-ref-1[1] sono composti organici che derivano formalmente da mwdaaldeidi e mwdqchetoni per sostituzione dell'atomo di ossigeno mwdgcarbonilico con un atomo di azoto.mwdwcite-ref-2-2-0[2]cite-ref-3[3] Sono quindi caratterizzate dalla presenza del mwgagruppo funzionale mwgq>C=N- (gruppo imminico), con C e N ibridati mwggspmwgw2. Nelle immine questo gruppo può essere legato solo a H o C (mwhaalchili o mwhqarili); legato ad altri mwhgsostituenti, è parte comune di altre classi affini di mwhwcomposti organici azotati, come mwiaossime, mwiqidrazoni, arilidrazoni, semicarbazoni ed è anche presente, ma con un ulteriore legame singolo C–N, in mwigammidine e ammidossime e poi, con altri due, nelle mwiwguanidine.cite-ref-4[4]
Contents
• Note
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Etimologia
Il nome "immina" fu coniato nel 1883 dal chimico tedesco mwkwAlbert Ladenburg (1842–1911) modificando il termine "ammina", sebbene attribuendo loro con un significato più ampio che comprendeva composti con N legato a C, oltre che da un mwladoppio legame, anche da due mwlqlegami semplici, come accade nell'mwlgaziridina (etilenimmina) o la mwlwpiperidina (pentametilenimmina).cite-ref-5[5] Una classe di immine (mwnavide infra) sono anche dette "basi di Schiff" in tributo al chimico tedesco, poi naturalizzato italiano, mwnqUgo Schiff (1834–1915).cite-ref-6[6]
Nomenclatura
In un'immina le valenze libere del gruppo funzionale >C=N- possono essere occupate da atomi H o da gruppi R (R = mwpaalchile o mwpqarile). Quindi, a seconda della sostituzione sul carbonio (con H o R), si hanno tre tipi di immine, come per i composti carbonilici da cui formalmente derivano, conservando lo mwpgstato di ossidazione dell'atomo di mwpwcarbonio del gruppo:
• formaldimmine: Hmwqg2mwqwC=N-mwra (dalla mwrqformaldeide, Cmwrg0)cite-ref-7[7]
• mwtaaldimmine: Rmwtq1-mwtgCH=N-mwtw mwua mwuq mwug (da altre aldeidi, Cmwuw+1)
• chetimmine:Rmwvg1Rmwvw2mwwaC=N-mwwq mwwg mwww (da chetoni, Cmwxa+2)
Poi, in base alla presenza di gruppi alchilici (o arilici) sull'atomo di azoto, ciascuno dei tre tipi si scinde ulteriormente in:cite-ref-8[8]
• immine primarie: >C=mwzaN-H
• immine secondarie (o basi di Schiff): >C=mwzgN-R, con R'≠H, cioè mwzwN-alchil- o mwaaN-arilimmine.
Se, infine, il sostituente sull'azoto è diverso da H o R (Ar), si ottengono composti derivati delle immine: con -OH si hanno le ossime, con -NHmwag2 gli idrazoni. Questi derivano dalla reazione di un carbonile aldeidico o chetonico con mwawidrossilammina o con mwbaidrazina, rispettivamente, invece che con un'ammina. Se poi N è legato ad un mwbqalogeno, si hanno le mwbgN-aloimmine.
Gruppo funzionale e proprietà
Il gruppo imminico è per certi versi analogo a quello mwcqcarbonilico >C=O presente in aldeidi e chetoni, al quale è mwcgisoelettronico, ma ci sono importanti differenze. Il mwcwdoppio legame tra C e N è significativamente meno forte di quello tra C e O (≈mwda 615mwdq kJ/mol contro ≈mwdg 750mwdw kJ/mol), rispettivamente, appena più forte di un C=C in un alchene (≈mwea 610mweq kJ/mol),cite-ref-0-9-0[9] e meno mwfgpolare di C=O a causa della minore mwfwelettronegatività di N rispetto a O. Questo comporta che le immine sono composti con momento dipolare minore di quello del corrispondente composto carbonilico (aldeide o chetone): per la cicloesanimmina μ = 1,4mwga mwgqD, contro μ = 2,5mwgg D per il cicloesanone, ad esempio.cite-ref-10[10]
La lunghezza del legame C=N nelle immine non coniugate cade generalmente nell'intervallo 129-131mwia mwiqpm; in quelle coniugate la lunghezza è ovviamente maggiore e arriva a ~135mwig pm.cite-ref-11[11] Nella formaldimmina, l'immina più semplice, senza alcun sostituente, il legame è il più corto e vale 127,3mwjw pm.cite-ref-12[12]
Da un lato, la minor forza del legame C=N rispetto al C=O consente alle immine la possibilità di oligomerizzare (o anche polimerizzare) o di essere idrolizzato in soluzione acquosa a gruppo carbonilico; dall'altro, in un'immina non protonata l'atomo di carbonio risulta meno mwlqelettrofilo rispetto a chetoni e aldeidi. L'immina protonata, però, diviene un elettrofilo migliore. La protonazione è favorita su N, producendo uno ione mwlgimminio.cite-ref-1-13-0[13] In esso è presente la risonanza ionico-covalente analoga a quella del gruppo carbonilico, ma qui è più efficace perché senza separazione di caricacite-ref-14[14] e, come tale, determina una significativa quota di carica positiva sull'atomo di carbonio:
>C=Nmwog+< ←→ >Cmwow+–N<
Il mwpqdoppietto libero sull'azoto rende le immine mwpgbasiche in soluzione acquosa, ma in genere meno delle mwpwammine (N mwqaspmwqq2 più elettronegativo di N mwqgspmwqw3);cite-ref-15[15] questo a differenza di aldeidi e chetoni che non mostrano basicità in acqua. Per esempio, l'immina del mwsacicloesanone (cicloesanimmina) ha pKmwsqbmwsg =mwsw 4,8, mentre la cicloesilammina ha pKmwtabmwtq =mwtg 3,4.cite-ref-16[16] Questa facilità alla protonazione rende le immine, tramite la conseguente formazione degli ioni imminio, più reattive di aldeidi e chetoni verso i mwuwnucleofili.cite-ref-1-13-1[13] Da un altro punto di vista, la presenza del doppietto libero sull'azoto rende le immine mwwabasi di Lewis, dando loro la capacità di fungere da leganti verso ioni metallici. Un tipico legante imminico (mwwqchelante) è la bis(salicilaldeide)etilendiimmina, nota con la sigla "salen".cite-ref-02-17-0[17]
Le immine primarie possono agire come acidi ed essere mwyadeprotonate, ma occorrono basi sufficientemente forti; questa possibilità può essere sfruttata per la loro mwyqalchilazione a immine secondarie:cite-ref-18[18]
Phmw0a2C=N-H + CHmw0q3Li → Phmw0g2C=N-Li + CHmw0w4
Phmw1q2C=N-Li + CHmw1g3-I → Phmw1w2C=NCHmw2a3 + LiI
Sintesi e reattività
>C=O + Hmw6q2N-R' → >C=N-R' + Hmw6g2O
La reazione è di mw7aequilibrio e viene quindi favorita dalla rimozione di Hmw7q2O ad opera di agenti disidratanti. Come conseguenza, da un'immina si può facilmente ottenere (o riottenere) il composto carbonilico analogo per idrolisi in acidi acquosi diluiti.
Le immine provenienti da aldeidi o chetoni aventi almeno un H in posizione α al carbonile possono coesistere in equilibrio mw7wtautomerico con le corrispondenti mw8aenammine:cite-ref-3-21-0[21]
Rmw9w2CH–CR=NR mw-a⇌ Rmw-q2C=CR-NHR
mw-w mw-a mw-q mw-g mw-w imminamwaqa mwaqe mwaqi mwaqm mwaqq mwaqu mwaqy mwaqc mwaqg mwaqk mwaqo mwaqs mwaqw mwaq0 mwaq4 mwaq8 enammina
Le immine derivanti dalla reazione con ammoniaca, cioè le immine primarie (>C=NH), sono generalmente instabili (si idrolizzano facilmente) e sono perciò difficilmente isolabili, ma sono comunque utili intermedi di reazione. In mwaresoluzione acquosa esse sono presenti in mwariequilibrio con l'ammoniaca ed il chetone (o l'aldeide) corrispondente, oltre che con il loro emiamminale come intermedio instabile [>C(OH)(NHmwarm2)].cite-ref-22[22] La sostituzione sull'azoto con un gruppo alchilico R o, anche meglio, con un gruppo arilico Ar rende le immine secondarie (>C=N-R) un po' più stabili e a volte possono essere isolate.
Le immine secondarie vengono anche chiamate mwarkbasi di Schiff,cite-ref-2-2-1[2]cite-ref-23[23] dal nome del chimico mwasiUgo Schiff che le scoprì. In genere la loro stabilità cresce significativamente se il doppio legame C=N risulta coniugato, sia dal lato C, sia dal lato N, o da entrambi i lati (meglio):
(CHmwasy3)mwasc2mwasgC=N-CHmwask3 (C=N non coniugato)
RCH=CH-mwassCHmwasw=N-CHmwas03 (C=N coniugato su C)
RCH=CH-mwas8CHmwata=N-Cmwate6Hmwati5 (C=N coniugato su C e su N)
• La mwat0formaldimmina, la più semplice immina (Hmwat42C=NH), che è nota soltanto in fase gassosa, tanto che se ne è potuta determinare precisamente la struttura,cite-ref-25[25] in tale condizione è stabile; infatti, è stata trovata nell'atmosfera di mwaumTitanocite-ref-26[26] ed è diffusa un po' ovunque negli mwaugspazi interstellari.cite-ref-27[27] In fase condensata, invece, oligomerizza e polimerizza, impedendone così l'isolamento e, quando si tenta di produrla dalla reazione della formaldeide con l'ammoniaca, si ottiene la nota mwau0esametilentetrammina, cioè il suo tetramero triciclico, con struttura a gabbia del tutto analoga a quella dell'mwau4adamantano.
• L'acetaldimmina (CHmwava3-CH=NH), oligomerizza dando il trimero ciclico a sei termini 1,3,5-trimetil-esaidro-1,3,5-triazina Cmwave6Hmwavi15Nmwavm3.cite-ref-32-24-1[24]
• L'acetonimmina [(CHmwavk3)mwavo2C=NH], la più semplice delle chetimmine, è isolabile (Tmwavseb = 57-59mwavw °C), anche se molto poco stabile; nel tempo, tre molecole si uniscono con eliminazione di ammoniaca per dare la triacetonammina (2,2,6,6-tetrametilpiperidin-4-one).cite-ref-28[28]cite-ref-022-29-0[29]
• La 1-pirrolina (Cmwawc4Hmwawg7N, 3,4-diidro-2mwawkH-pirrolo), per esempio, che è un'aldimmina secondaria endociclica a cinque termini, è isolabile. Tuttavia, allo stato solido è costituita in realtà dal suo trimero (Cmwawo12Hmwaws21Nmwaww3, che è un triamminale); allo stato liquido il trimero è in parziale equilibrio col monomero (meno stabile); in soluzione diluita di solventi organici è presente essenzialmente il monomero, come pure in fase vapore.cite-ref-30[30]cite-ref-31[31]cite-ref-32[32] Comportamento del tutto simile si osserva per l'analoga immina ciclica a 6 termini, la 2,3,4,5-tetraidropiridina, che dà anch'essa il trimero corrispondente.cite-ref-33[33]
Le immine, in particolare le chetimmine primarie, possono essere ottenute anche a partire da mwax4nitrili per reazione con mwax8reattivi di Grignard.cite-ref-34[34] Ad esempio, facendo reagire il mwayqbenzonitrile con il mwayubromuro di fenilmagnesio e idrolizzando cautamente a freddo (per non idrolizzare anche l'immina formatasi), si ottiene la difenilimmina, ossia l'immina del mwayybenzofenone:cite-ref-35[35]
Cmway06Hmway45CN + Cmway86Hmwaza5MgBr → (Cmwaze6Hmwazi5)mwazm2C=NMgBr
(Cmwazu6Hmwazy5)mwazc2C=NMgBr + Hmwazg2O → (Cmwazk6Hmwazo5)mwazs2C=NH + MgBr(OH)
Le immine cicliche, specialmente a 5 o 6 termini, sono intermedi di sintesi o prodotti finali che rivestono importanza in mwaz0sintesi organica, in mwaz4chimica farmaceutica e per industrie correlate.cite-ref-36[36]
Le immine, anche quelle poco stabili, sono utili in sintesi organica in quanto la loro formazione, anche solo mwaaqin situ, e la loro successiva mwaauidrogenazione catalitica o riduzione con idruri (mwaayLiAlH4, mwaagNaBH4, mwaaoNaBH3CN), reazione nota come mwaawamminazione riduttiva, costituiscono metodi semplici di introdurre mwaa0azoto in una molecola:cite-ref-37[37]
Rmwabq2C=O mwabu→ Rmwaby2C=NR mwabc→ Rmwabg2CH–NHR
La reazione del gruppo funzionale aldeidico con il gruppo funzionale amminico ha avuto un ruolo fondamentale nello studio della struttura degli mwabozuccheri. Infatti, facendo reagire un mwabsmonosaccaride con particolari ammine quali l'mwabwidrossilammina, l'mwab0idrazina e la mwab4fenilidrazina, si ottengono i corrispondenti derivati imminici (rispettivamente l'mwab8ossima, l'mwacaidrazone ed il fenilidrazone), le cui caratteristiche fisiche consentono il riconoscimento, la caratterizzazione del monosaccaride e la comprensione della sua struttura chimica. Le immine contribuiscono al processo di degradazione degli amminoacidi nel nostro organismo: un esempio di quanto detto è dato dalla reazione dell'amminoacido alanina con l'aldeide piridossale fosfato (un derivato della mwacevitamina B6 per dare un'immina che verrà in seguito degradata).
Meccanismo di formazione
La reazione di formazione di una immina inizia con una mwacqaddizione nucleofila al carbonile da parte dell'atomo di azoto di un'ammina e prosegue con l'mwacueliminazione di una molecola di acqua e ripristino del doppio legame. La reazione è catalizzata da acidi.
L'atomo di mwaccazoto dell'ammina primaria è nucleofilo e attacca il mwacgcarbonio mwackcarbonilico dell'aldeide o del chetone. Si ha il trasferimento di un protone dall'azoto all'mwacoossigeno carbonilico con formazione di un intermedio tetraedrico (un amminoalcol geminale, cioè un emiamminale):
>C=O + Hmwacw2N-R → >C(Omwac0–)(mwac4+NHmwac82R) → >C(OH)(NHR) [emiamminale]
>C(OH)(NHR) + Hmwadq+ → >C(mwadu+OHmwady2)(NHR)
Questo rende possibile l'eliminazione di una molecola di acqua e la formazione di uno ione imminio (immina protonata sull'azoto):
>C(mwadk+OHmwado2)(NHR) → >C=Nmwads+HR + Hmwadw2O ⇄ >C=NR + Hmwad03Omwad4+
Con la deprotonazione dell'azoto dello ione imminio si ha la formazione, in equilibrio, del prodotto finale, l'immina, e la riformazione del catalizzatore acido.
Note
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