Anilina

Una anilina, fenilamina o aminobenceno, es un compuesto orgánico con la fórmula C ₆ H ₅ NH ₂. La anilina, que consta de un grupo fenilo unido a un grupo amino, es la amina aromática más simple. Es un producto químico de importancia industrial, así como un material de partida versátil para la síntesis química fina. Su uso principal es en la fabricación de precursores de poliuretano, colorantes y otros productos químicos industriales. Como la mayoría de las aminas volátiles, tiene olor a pescado podrido. Se enciende fácilmente, ardiendo con una llama humeante característica de los compuestos aromáticos.

En relación con el benceno, es rico en electrones. Por lo tanto, participa más rápidamente en las reacciones de sustitución aromática electrófila. Del mismo modo, también es propenso a la oxidación: mientras que la anilina recién purificada es un aceite casi incoloro, la exposición al aire da como resultado un oscurecimiento gradual a amarillo o rojo, debido a la formación de impurezas oxidadas fuertemente coloreadas. La anilina se puede diazotar para dar una sal de diazonio, que luego puede sufrir varias reacciones de sustitución nucleófila.

"Aniline" es en última instancia del portugués anil que significa "el arbusto índigo", con el sufijo -ine que indica "sustancia derivada".

Al igual que otras aminas, la anilina es una base (p K _aH = 4,6) y un nucleófilo, aunque menos que las aminas alifáticas estructuralmente similares.

Debido a que una de las primeras fuentes del benceno del que se derivan era el alquitrán de hulla, los tintes de anilina también se denominan tintes de alquitrán de hulla.

Estructura

Distancias aril-N

En la anilina, la longitud del enlace C−N es de 1,41 Å, en comparación con los 1,47 Å de la ciclohexilamina, lo que indica un enlace π parcial entre N y C. La distancia C(aril)-NH ₂ en las anilinas es muy sensible a los efectos de los sustituyentes. Esta distancia es de 1,34 Å en 2,4,6-trinitroanilina frente a 1,44 Å en 3-metilanilina.

Piramidalización

La amina en las anilinas es una molécula ligeramente piramidalizada, con hibridación del nitrógeno en algún lugar entre sp y sp. Se describe que el nitrógeno tiene un alto carácter p. El grupo amino de la anilina es más plano (es decir, es una "pirámide menos profunda") que el de una amina alifática, debido a la conjugación del par solitario con el sustituyente arilo. La geometría observada refleja un compromiso entre dos factores en competencia: 1) la estabilización del par solitario N en un orbital con carácter s significativo favorece la piramidalización (los orbitales con carácter s tienen menor energía), mientras que 2) la deslocalización del par solitario N en el orbital El anillo de arilo favorece la planaridad (un par solitario en un orbital p puro da la mejor superposición con los orbitales del sistema π del anillo de benceno).

De acuerdo con estos factores, las anilinas sustituidas con grupos donantes de electrones están más piramidales, mientras que aquellas con grupos atractores de electrones son más planas. En la anilina original, el par solitario tiene aproximadamente un 12% de carácter s, correspondiente a la hibridación sp. (A modo de comparación, las alquilaminas generalmente tienen pares solitarios en orbitales que están cerca de sp).

El ángulo de piramidalización entre el enlace C–N y la bisectriz del ángulo H–N–H es de 142,5°. A modo de comparación, en la metilamina piramidal más fuerte, este valor es de ~ 125 °, mientras que el de la formamida tiene un ángulo de 180 °.

Producción

La producción industrial de anilina implica dos pasos. Primero, el benceno se nitra con una mezcla concentrada de ácido nítrico y ácido sulfúrico a una temperatura de 50 a 60 °C para producir nitrobenceno. Luego, el nitrobenceno se hidrogena (típicamente a 200–300 °C) en presencia de catalizadores metálicos:

La reducción de nitrobenceno a anilina fue realizada por primera vez por Nikolay Zinin en 1842, utilizando sulfuro inorgánico como reductor (reacción de Zinin). La reducción de nitrobenceno a anilina también se realizó como parte de las reducciones de Antoine Béchamp en 1854, utilizando hierro como reductor (reducción de Bechamp).

La anilina se puede preparar alternativamente a partir de amoníaco y fenol derivados del proceso de cumeno.

En el comercio se distinguen tres marcas de anilina: aceite de anilina para azul, que es anilina pura; aceite de anilina para rojo, una mezcla de cantidades equimoleculares de anilina y orto- y para-toluidinas; y aceite de anilina para safranina, que contiene anilina y orto-toluidina y se obtiene del destilado (échappés) de la fusión de fucsina.

Derivados de anilina relacionados

Se conocen muchos análogos de la anilina en los que el grupo fenilo está sustituido adicionalmente. Estos incluyen toluidinas, xilidinas, cloroanilinas, ácidos aminobenzoicos, nitroanilinas y muchos otros. A menudo se preparan por nitración de los compuestos aromáticos sustituidos seguida de reducción. Por ejemplo, este enfoque se usa para convertir tolueno en toluidinas y clorobenceno en 4-cloroanilina. Alternativamente, utilizando el acoplamiento de Buchwald-Hartwig o los enfoques de reacción de Ullmann, los haluros de arilo se pueden aminar con amoníaco acuoso o gaseoso.

Reacciones

La química de la anilina es rica porque el compuesto ha estado disponible a bajo precio durante muchos años. A continuación se presentan algunas clases de sus reacciones.

Oxidación

La oxidación de la anilina se ha investigado mucho y puede dar lugar a reacciones localizadas en el nitrógeno o, más comúnmente, a la formación de nuevos enlaces CN. En solución alcalina, se produce azobenceno, mientras que el ácido arsénico produce la violanilina, una materia de coloración violeta. El ácido crómico lo convierte en quinona, mientras que los cloratos, en presencia de ciertas sales metálicas (especialmente de vanadio), dan el negro de anilina. El ácido clorhídrico y el clorato de potasio dan cloranil. El permanganato de potasio en solución neutra lo oxida a nitrobenceno; en solución alcalina a azobenceno, amoníaco y ácido oxálico; en solución ácida a negro de anilina. El ácido hipocloroso da 4-aminofenol y para-aminodifenilamina.La oxidación con persulfato produce una variedad de polianilinas. Estos polímeros exhiben ricas propiedades redox y ácido-base.

Reacciones electrofílicas en el carbono.

Al igual que los fenoles, los derivados de la anilina son muy susceptibles a las reacciones de sustitución electrofílica. Su alta reactividad refleja que es una enamina, lo que mejora la capacidad donadora de electrones del anillo. Por ejemplo, la reacción de anilina con ácido sulfúrico a 180 °C produce ácido sulfanílico, H ₂ NC ₆ H ₄ SO ₃ H.

Si se agrega agua de bromo a la anilina, el agua de bromo se decolora y se forma un precipitado blanco de 2,4,6-tribromoanilina. Para generar el producto monosustituido se requiere una protección con cloruro de acetilo:

La reacción para formar 4-bromoanilina consiste en proteger la amina con cloruro de acetilo y luego volver a hidrolizarla para reformar la anilina.

La reacción industrial a mayor escala de la anilina implica su alquilación con formaldehído. Se muestra una ecuación idealizada:2 C ₆ H ₅ NH ₂ + CH ₂ O → CH ₂ (C ₆ H ₄ NH ₂) ₂ + H ₂ O

La diamina resultante es el precursor del 4,4'-MDI y los diisocianatos relacionados.

Reacciones en nitrógeno

Basicidad

La anilina es una base débil. Las aminas aromáticas como la anilina son, en general, bases mucho más débiles que las aminas alifáticas. La anilina reacciona con ácidos fuertes para formar el ion anilinio (o fenilamonio) (C ₆ H ₅ -NH ₃).

Tradicionalmente, la basicidad débil de la anilina se atribuye a una combinación del efecto inductivo del carbono sp más electronegativo y los efectos de resonancia, ya que el par solitario en el nitrógeno se deslocaliza parcialmente en el sistema pi del anillo de benceno. (ver la imagen de abajo):

El electrón del nitrógeno se deslocalizó al anillo. Es por eso que la anilina es menos básica que la mayoría de las aminas.

Falta en tal análisis la consideración de la solvatación. La anilina es, por ejemplo, más básica que el amoníaco en fase gaseosa, pero diez mil veces menos en solución acuosa.

Acilación

La anilina reacciona con cloruros de acilo como el cloruro de acetilo para dar amidas. Las amidas formadas a partir de la anilina a veces se denominan anilidas, por ejemplo, CH ₃ -CO-NH-C ₆ H ₅ es acetanilida. A altas temperaturas, la anilina y los ácidos carboxílicos reaccionan para dar las anilidas.

N -alquilación

La N -Metilación de anilina con metanol a temperaturas elevadas sobre catalizadores ácidos da N -metilanilina y dimetilanilina:C ₆ H ₅ NH ₂ + 2 CH ₃ OH → C ₆ H ₅ N(CH ₃) ₂ + 2H ₂ O

La N -metilanilina y la dimetilanilina son líquidos incoloros con puntos de ebullición de 193–195 °C y 192 °C, respectivamente. Estos derivados son de importancia en la industria del color. La anilina se combina directamente con los yoduros de alquilo para formar aminas secundarias y terciarias.

Derivados de disulfuro de carbono

Hervido con disulfuro de carbono, da sulfocarbanilida (difeniltiourea) (CS(NHC ₆ H ₅) ₂), que puede descomponerse en isotiocianato de fenilo (C ₆ H ₅ CNS) y trifenil guanidina (C ₆ H ₅ N=C(NHC ₆ H ₅) ₂).

Diazotización

La anilina y sus derivados sustituidos en el anillo reaccionan con el ácido nitroso para formar sales de diazonio. A través de estos intermedios, el grupo amina se puede convertir en -OH, -CN o un haluro mediante reacciones de Sandmeyer. Esta sal de diazonio también se puede hacer reaccionar con NaNO ₂ y fenol para producir un tinte conocido como bencenoazofenol, en un proceso llamado acoplamiento. La reacción de convertir la amina aromática primaria en sal de diazonio se denomina diazotización. En esta reacción, la amina aromática primaria reacciona con nitrilo de sodio y con 2 moles de HCl, que se conoce como mezcla helada porque la temperatura suele ser de 0,5 °C y forma sal de benceno diazonio como producto principal y agua y cloruro de sodio.

Otras reacciones

Reacciona con nitrobenceno para producir fenazina en la reacción de Wohl-Aue. La hidrogenación da ciclohexilamina.

Al ser un reactivo estándar en los laboratorios, la anilina se usa para muchas reacciones de nicho. Su acetato se utiliza en la prueba de acetato de anilina para carbohidratos, identificando pentosas por conversión a furfural. Se utiliza para teñir el ARN neural azul en la tinción de Nissl.

Usos

La anilina se usa predominantemente para la preparación de metilendianilina y compuestos relacionados por condensación con formaldehído. Las diaminas se condensan con fosgeno para dar diisocianato de metileno difenilo, un precursor de los polímeros de uretano.

Otros usos incluyen productos químicos para el procesamiento del caucho (9 %), herbicidas (2 %) y tintes y pigmentos (2 %). Como aditivos para el caucho, los derivados de la anilina, como las fenilendiaminas y la difenilamina, son antioxidantes. Ilustrativo de los fármacos preparados a partir de anilina es el paracetamol (acetaminofén, Tylenol). El uso principal de la anilina en la industria de los tintes es como precursor del índigo, el azul de los jeans azules.

Historia

La anilina fue aislada por primera vez en 1826 por Otto Unverdorben mediante destilación destructiva de índigo. Lo llamó Crystallin. En 1834, Friedlieb Runge aisló una sustancia del alquitrán de hulla que se volvió de un hermoso color azul cuando se trató con cloruro de cal. Lo llamó kyanol o cyanol. En 1840, Carl Julius Fritzsche (1808–1871) trató el índigo con potasa cáustica y obtuvo un aceite al que llamó anilina, en honor a una planta productora de índigo, anil (Indigofera suffruticosa). En 1842, Nikolay Nikolaevich Zinin redujo el nitrobenceno y obtuvo una base que denominó bencidam.En 1843, August Wilhelm von Hofmann demostró que todos estos eran la misma sustancia, conocida a partir de entonces como fenilamina o anilina.

Industria de tintes sintéticos

En 1856, mientras intentaba sintetizar la quinina, el alumno de von Hofmann, William Henry Perkin, descubrió la malvaína y entró en la industria produciendo el primer tinte sintético comercial. Siguieron otros colorantes de anilina, como la fucsina, la safranina y la indulina. En el momento del descubrimiento de Mauveine, la anilina era cara. Poco después, aplicando un método informado en 1854 por Antoine Béchamp, se preparó "por toneladas". La reducción de Béchamp permitió la evolución de una industria de tintes masiva en Alemania. Hoy, el nombre de BASF, originalmente Badische Anilin- und Soda-Fabrik (inglés: Baden Aniline and Soda Factory), ahora el mayor proveedor de productos químicos, se hace eco del legado de la industria de tintes sintéticos, construida a través de tintes de anilina y extendida a través del azo relacionado. tintes El primer colorante azoico fue el amarillo de anilina.

Desarrollos en medicina

A fines del siglo XIX, los derivados de la anilina, como la acetanilida y la fenacetina, surgieron como analgésicos, y sus efectos secundarios supresores del corazón a menudo se contrarrestan con cafeína. Durante la primera década del siglo XX, mientras intentaba modificar tintes sintéticos para tratar la enfermedad del sueño africana, Paul Ehrlich, quien había acuñado el término quimioterapia por su varita mágicaacercamiento a la medicina – fracasó y cambió a la modificación del atoxil de Béchamp, la primera droga de arsénico orgánico, y por casualidad obtuvo un tratamiento para la sífilis – salvarsan – el primer agente de quimioterapia exitoso. El microorganismo objetivo de Salvarsan, aún no reconocido como una bacteria, todavía se pensaba que era un parásito, y los bacteriólogos médicos, creyendo que las bacterias no eran susceptibles al enfoque quimioterapéutico, pasaron por alto el informe de Alexander Fleming en 1928 sobre los efectos de la penicilina.

En 1932, Bayer buscó aplicaciones médicas de sus tintes. Gerhard Domagk identificó como antibacteriano un colorante azo rojo, introducido en 1935 como el primer fármaco antibacteriano, el prontosil, que pronto se descubrió en el Instituto Pasteur como un profármaco degradado in vivo en sulfanilamida, un intermedio incoloro para muchos colorantes azoicos que no destiñen, ya con una patente caducada, sintetizada en 1908 en Viena por el investigador Paul Gelmo para su investigación doctoral. En la década de 1940, se produjeron más de 500 sulfonamidas relacionadas. Medicamentos de gran demanda durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945), estos primeros fármacos milagrosos, quimioterapia de amplia eficacia, impulsaron la industria farmacéutica estadounidense.En 1939, en la Universidad de Oxford, buscando una alternativa a las sulfonamidas, Howard Florey convirtió la penicilina de Fleming en el primer fármaco antibiótico sistémico, la penicilina G. (La gramicidina, desarrollada por René Dubos en el Instituto Rockefeller en 1939, fue el primer antibiótico, pero su toxicidad lo restringió al uso tópico.) Después de la Segunda Guerra Mundial, Cornelius P. Rhoads introdujo el enfoque quimioterapéutico para el tratamiento del cáncer.

Combustible para cohetes

Algunos de los primeros cohetes estadounidenses, como el Aerobee y el WAC Corporal, usaban una mezcla de anilina y alcohol furfurílico como combustible, con ácido nítrico como oxidante. La combinación es hipergólica y se enciende al contacto entre el combustible y el comburente. También es denso y se puede almacenar durante períodos prolongados. La anilina fue reemplazada más tarde por hidracina.

Toxicología y pruebas

La anilina es tóxica por inhalación del vapor, ingestión o absorción percutánea. La IARC lo incluye en el Grupo 3 (no clasificable en cuanto a su carcinogenicidad para los humanos) debido a los datos limitados y contradictorios disponibles. La fabricación temprana de anilina resultó en un aumento de los casos de cáncer de vejiga, pero estos efectos ahora se atribuyen a las naftilaminas, no a las anilinas.

La anilina ha sido implicada como una posible causa de la muerte regresiva de los bosques.

Existen muchos métodos para la detección de anilina.

Daño oxidativo del ADN

La exposición de ratas a la anilina puede provocar una respuesta tóxica para el bazo, incluida una respuesta tumorigénica. Las ratas expuestas a analina en el agua potable mostraron un aumento significativo en el daño oxidativo del ADN en el bazo, detectado como un aumento de 2,8 veces en 8-hidroxi-2'-desoxiguanosina (8-OHdG) en su ADN. Aunque también se activó la vía de reparación por escisión de bases, su actividad no fue suficiente para prevenir la acumulación de 8-OHdG. La acumulación de daños en el ADN oxidativo en el bazo después de la exposición a la anilina puede aumentar los eventos mutagénicos que subyacen a la tumorigénesis.