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Aziridina

composto chimico

L’aziridina è un composto organico contenente il gruppo funzionale aziridina, un composto eterociclico con un'ammina (-NH-) e due gruppi di ponte metilene (-CH2-).[4][5]

Aziridina
Struttura 3D a sfere dell'aziridina
Struttura 3D a sfere dell'aziridina
Struttura 3D van der Waals dell'aziridina
Struttura 3D van der Waals dell'aziridina
Nome IUPAC
Aziridina
Nomi alternativi
Azaciclopropano, Etilene immina, Amminoetilene, Azirano, Dimetileneimmina, Dimetilenimmina, Etilimmina
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC2H5N
Massa molecolare (u)43,07
AspettoChiaro, incolore, liquido oleoso[1]
odore simile-ammoniaca[2]
Numero CAS151-56-4 Immagine_3D_aziridina
Numero EINECS205-793-9
PubChem9033
SMILES
C1CN1
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)0.8321 g/mL 20 °C[3]
Temperatura di fusione−77.9
Temperatura di ebollizione56
Indicazioni di sicurezza
Punto di fiamma-11 (12 °F; 262 K)
Limiti di esplosione3.6–46%
Temperatura di autoignizione322 (612 °F; 595 K)
Simboli di rischio chimico
infiammabile irritante
attenzione
Frasi H351-315-335-334
Consigli P201-280-262-260
Struttura generale dei composti organici aziridine

Le aziridine sono i composti derivati per sostituzione degli H con radicali organici.

Sintesi delle aziridine modifica

Vi sono molti metodi di sintesi delle aziridine (aziridinazione).

Ciclizzazione di aloammine e amminoalcoli modifica

Un gruppo funzionale ammina sposta l'alogeno adiacente in una reazione di sostituzione nucleofila intramolecolare per generare un'aziridina. Alcool ammine hanno la stessa reattività, ma prima bisogna convertire il gruppo idrossile in un buon gruppo uscente. La ciclizzazione di una alcool ammina viene detta sintesi di Wenker (1935), e quella di un'aloammina il metodo etilenimmina di Gabriel (1888).

Addizione di nitreni modifica

Reazioni di addizione di nitreni ad alcheni è un metodo consolidato per la sintesi di aziridine. La fotolisi o la termolisi delle azidi sono un buon modo per generare i nitreni. I nitreni si possono anche preparare in situ da diacetato di fenilioduro(III) e solfonammidi, ad esempio il nitrene etossicarbonilnitrene dal precursore N-solfonilossi.[6]

 
Reazione di addizione di un nitrene

Decomposizione della triazolina modifica

Il trattamento termico o la fotolisi della triazolina elimina azoto, producendo un'aziridina. Le triazoline vengono generate per cicloaddizione di alcheni con un'azide.

 
Sintesi aziridina dalla triazolina

Epossidi modifica

Un metodo implica la reazione ad anello aperto di un epossido con azoturo di sodio, seguita da riduzione organica dell'azoturo con trifenilfosfina accompagnata da espulsione di gas azoto:[7]

 
Sintesi dell'aziridina - Hili 2006

L'altro metodo riguarda reazione ad anello aperto di epossidi con ammine, seguita da chiusura di anello con la reazione di Mitsunobu.[8]

Ossime modifica

La sintesi etilenimmina (aziridina) di Hoch-Campbell è la reazione di certe ossime con i reattivi di Grignard:[9][10][11][12]

 
Sintesi di etilenimmina di Hoch-Campbell

Alcheni usando il composto DPH modifica

Nel 2014, è stato descritto un nuovo metodo per produrre aziridine facendo reagire alcheni sostituiti mono-, di-, tri- o tetra- con O-(2,4-dinitrofenil)idrossilammina (DPH o DPhHA) tramite solo un catalizzatore omogeneo al rodio. Questo metodo è operativamente semplice (i.e., one-pot) con resa eccellente.

Alchene + DPH   Aziridina

Ad esempio, Ph-Aziridina-Me può essere sintetizzato con questo metodo e quindi convertirlo tramite reazione ad anello aperto a (D)-amfetamina e (L)-amfetamina (i due ingredienti attivi nel farmaco Adderall).[13]

Reazioni modifica

Apertura dell'anello nucleofilo modifica

Le aziridine sono substrati reattivi nelle reazioni di apertura dell'anello con molti nucleofili a causa della loro tensione d'anello. L'alcolisi e l'aminolisi sono fondamentalmente reazioni inverse delle ciclizzazioni. Nucleofili di carbonio come i reattivi di organo-litio e gli organocuprati sono molto efficaci.

Un'applicazione di una reazione ad anello-aperto in sintesi asimmetrica è quella del trimetilsililazide TMSN3 con un ligande asimmetrico[14] nell'immagine seguente[15] nella sintesi organica dell'oseltamivir:

 
Sintesi del Tamiflu tramite reazione catalitica anello-aperto asimmetrica di meso-Aziridine con TMSN3

Formazione degli 1,3-dipolo modifica

Certe azirine N-sostituite con un gruppo di prelievo di elettroni su entrambi gli atomi di carbonio formano degli iluri azometino in una reazione elettrociclica termica o in una reazione ad anello aperto fotochimica.[16][17] Questi iluri possono essere intrappolati con un adatto dipolarofilo in una reazione di cicloaddizione 1,3-dipolare.[18]:

 

Quando l'N-sostituente è un gruppo di prelievo di elettroni come il gruppo Ts, si rompe il legame carbonio-azoto, formando una molecola zwitterione di formula TsN−–CH2–CH+2–R[19]

 

Questo tipo di reazione richiede un catalizzatore acido di Lewis come il trifluoruro di boro. In questo modo il 2-fenil-N-tosilaziridine reagisce con alchini, nitrili, chetoni e alcheni. Certi 1,4-dipoli si formano dalle azetidine.

Altre modifica

Le aziridine N-nonsostituite possono essere aperte con le olefine in presenza di un acido di Lewis forte come B(C6F5)3.[20]

Tossicologia modifica

La tossicologia di un particolare composto aziridinico dipende dalla sua struttura e attività, pur condividendo le caratteristiche generali delle aziridine. Come un elettrofilo, le aziridine sono soggette all'attacco e all'apertura dell'anello da parte di nucleofili endogeni come le basi azotate in coppie di basi di DNA, con conseguente potenziale mutagenico.[21][22][23]

Esposizione modifica

Inalazione e contatto diretto sono le principali vie di esposizione. Alcuni rapporti notano che l'uso di guanti non ha impedito la permeazione dell'aziridina. È quindi importante che gli utenti controllino i tempi di permeazione dei guanti e con attenzione scrupolosa per evitare la contaminazione durante il trattamento delle lesioni da sguantamento della mano. Ai lavoratori che maneggiano l'azidirina ci si aspetta che venga fornito, e richiesto per indossare e usare, un respiratore con filtro a mezza maschera per polveri, nebbie e fumi.[24]

Esistono relativamente pochi dati sull'esposizione umana all'aziridina. Questo perché è considerata estremamente pericolosa. In ambienti industriali, le tute di pressione di classe A sono preferite quando vi è possibilità di esposizione.

Cancerogenicità modifica

L'IARC ha esaminato i composti dell'aziridina e li ha classificati come possibili cancerogeni per gli esseri umani ( IARC Gruppo 2B).[25] Nel fare la valutazione complessiva, il gruppo di lavoro IARC ha evidenziato che l'aziridina è un agente alchilante ad azione diretta ed è mutageno in una vasta gamma di sistemi di test e forma addotti di DNA che sono promutagenici.

Irritazione

Le aziridine sono irritanti per le superfici della mucosa inclusi occhi, naso, vie respiratorie e pelle.

Sensibilizzazione

L'aziridina penetra rapidamente nella pelle al contatto.

  • Sensibilizzante cutaneo - causa dermatite allergica da contatto e orticaria.
  • Sensibilizzante respiratorio - causa di asma professionale.

Note modifica

  1. ^ Aziridine, in Re-evaluation of Some Organic Chemicals, Hydrazine and Hydrogen Peroxide, IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, vol. 71, 1999.
  2. ^ (EN) Guida tascabile ai rischi chimici, NIOSH.
  3. ^ (EN) Weast, R. C. (a cura di), Handbook of Chemistry and Physics, 59ed, West Palm Beach, (FL, USA), CRC Press, 1978, ISBN 0-8493-0459-8.
  4. ^ (EN) T.L. Gilchrist,Heterocyclic chemistry, ISBN 0-582-01421-2.
  5. ^ (EN) Albert Padwaa; S. Shaun Murphreeb, Epoxides and aziridines - A mini review, Arkivoc (JC-1522R) pp 6-33.
  6. ^ (EN) M. Antonietta Loreto; Lucio Pellacani; Paolo A. Tardella; Elena Toniato, Addition reactions of ethoxycarbonylnitrene and ethoxycarbonylnitrenium ion to allylic ethers, in Tetrahedron Letters, vol. 25, n. 38, 1984, pp. 4271-4, DOI:10.1016/S0040-4039(01)81414-3.
  7. ^ (EN) Ryan Hili; Andrei K. Yudin, Readily Available Unprotected Amino Aldehydes, in J. Am. Chem. Soc., vol. 128, n. 46, 2006, pp. 14772–3, DOI:10.1021/ja065898s.
  8. ^ (EN) B. Pulipaka; Stephen C. Bergmeier, Synthesis of Hexahydro-1 H -benzo[ c ]chromen-1-amines via the Intramolecular Ring-Opening Reof Aziridines by π-Nucleophiles, in Synthesis, vol. 2008, n. 9, 2008, pp. 1420–30, DOI:10.1055/s-2008-1072561.
  9. ^ Hoch, Compt. rend., 196, 1865 (1934); (a), ibid., aOS, 799 (1936); (e), ibid., 204, 358 (1937).
  10. ^ (EN) Kenneth N. Campbell; James F. Mckenna, The action of Grignard reagents on oximes. i. The action of phenylmagnesium bromide on mixed ketoximes, in J. Org. Chem., vol. 4, n. 2, 1939, pp. 198-205, DOI:10.1021/jo01214a012.
  11. ^ (EN) Kenneth N. Campbell; Barbara Knapp Campbell; Elmer Paul Chaput, The reaction of Grignard reagents with oximes. ii. The action of aryl grignard reagents with mixed ketoximes, in J. Org. Chem., vol. 8, n. 1, 1943, pp. 99-102, DOI:10.1021/jo01189a015.
  12. ^ (EN) Kenneth N. Campbell; Barbara K. Campbell; James F. Mckenna; Elmer Paul Chaput, The action of Grignard reagents on oximes. iii. The mechanism of the action of arylmagnesium halides on mixed ketoximes. A new synthesis of ethyleneimines, in J. Org. Chem., vol. 8, 1943, pp. 103-9, DOI:10.1021/jo01189a016.
  13. ^ (EN) Jat Jawahar L.; Paudyal Mahesh P.; Gao Hongyin; Xu Qing-Long; Yousufuddin Muhammed; Devarajan Deepa; Ess Daniel H.; Kürti László; Falck John R., Direct Stereospecific Synthesis of Unprotected N-H and N-Me Aziridines from Olefins, in Science, vol. 343, n. 6166, 2014, pp. 61-65, DOI:10.1126/science.1245727, ISSN 0036-8075 (WC · ACNP), PMID 24385626, PMC 4175444.
  14. ^ (EN) Yuhei Fukuta ; Tsuyoshi Mita; Nobuhisa Fukuda; Motomu Kanai; Masakatsu Shibasaki, De Novo Synthesis of Tamiflu via a Catalytic Asymmetric Ring-Opening of meso-Aziridines with TMSN3, in J. Am. Chem. Soc., vol. 128, n. 19, 2006, pp. 6312-3, DOI:10.1021/ja061696k.
  15. ^ Il catalizzatore è basato sull'ittrio con tre sostituenti isopropilossi e come ligando un'ossidofosfina (Ph = fenile), con un eccesso enantiomerico (ee) del 91%.
  16. ^ (EN) Harold W. Heine; Richard Peavy, Aziridines XI. Reaction of 1,2,3-triphenylaziridine with diethylacetylene dicarboxylate and maleic anhydride, in Tetrahedron Letters, vol. 6, n. 35, 1965, pp. 3123-6, DOI:10.1016/S0040-4039(01)89232-7.
  17. ^ (EN) Albert Padwa; Lewis Hamilton, Reactions of aziridines with dimethylacetylene dicarboxylate, in Tetrahedron Letters, vol. 6, n. 48, 1965, pp. 4363-7, DOI:10.1016/S0040-4039(00)71101-4.
  18. ^ (EN) Philippe Dauban; Guillaume Malik, A Masked 1,3-Dipole Revealed from Aziridines, in Angew. Chem. Int. Ed., vol. 48, n. 48, 2009, pp. 9026-9, DOI:10.1002/anie.200904941, PMID 19882612.
  19. ^ (EN) Ioana Ungureanua; Cristian Bologab; Saïd Chayera; André Mann, Phenylaziridine as a 1,3-dipole. Application to the synthesis of functionalized pyrrolidines, in Tetrahedron Letters, vol. 40, n. 29, 1999, pp. 5315-8, DOI:10.1016/S0040-4039(99)01002-3.
  20. ^ (EN) Aravinda B. Pulipaka; Stephen C. Bergmeier, A Synthesis of 6-Azabicyclo[3.2.1]octanes. The Role of N-Substitution, in J. Org. Chem., vol. 73, n. 4, 2008, pp. 1462-7, DOI:10.1021/jo702444c.
  21. ^ (EN) Kanerva L, Keskinen H, Autio P, Estlander T, Tuppurainen M, Jolanki R, Occupational respiratory and skin sensitization caused by polyfunctional aziridine hardener, in Clin. Exp. Allergy., vol. 25, n. 5, 1995, pp. 432-9, DOI:10.1111/j.1365-2222.1995.tb01074.x, PMID 7553246.
  22. ^ (EN) Sartorelli P, Pistolesi P, Cioni F, Napoli R, Sisinni AG, Bellussi L, Passali GC, Cherubini Di Simplicio E, Flori L, Skin and respiratory allergic disease caused by polyfunctional aziridine, in Med. Lav., vol. 94, n. 3, 2003, pp. 285-95, PMID 12918320.
  23. ^ (EN) Mapp CE, Agents, old and new, causing occupational asthma, in Occup. Environ. Med., vol. 58, n. 5, 2001, pp. 354-60, DOI:10.1136/oem.58.5.354, PMID 11303086, PMC 1740131.
  24. ^ (EN) Appendix E OSHA Respirator Requirements for Selected Chemicals, NIOSH.
  25. ^ (EN) Some Aziridines, N-, S- and O-Mustards and Selenium (PDF), in IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, vol. 9, IARC, 1975, ISBN 92-832-1209-6. URL consultato il 6 giugno 2019 (archiviato dall'url originale il 14 novembre 2009).

Voci correlate modifica

Altri progetti modifica

Collegamenti esterni modifica

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