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Morfolina

composto chimico

La morfolina (nomi sistematici 1-ossa-4-azacicloesano o tetraidro-1,4-ossazina) è un composto organico eterociclico alifatico costituito da un anello a 6 membri, di cui quelli in posizione 1 e 4 sono rispettivamente un atomo di ossigeno e uno di azoto, avente formula C4H9NO e formula semistrutturale O(CH2CH2)2N-H.[2][3] Funzionalmente, è sia un etere che un'ammina secondaria.

Morfolina
Formula di struttura della morfolina con numerazione degli atomi
Formula di struttura della morfolina con numerazione degli atomi
Modello 3D della morfolina
Modello 3D della morfolina
Nome IUPAC
Morfolina
Nomi alternativi
tetraidro-1, 4-ossazina
1-ossa-4-azacicloesano
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC4H9NO
Massa molecolare (u)87,192
Aspettoliquido incolore
Numero CAS110-91-8
Numero EINECS203-815-1
PubChem8083
DrugBankDB13669
SMILES
C1COCCN1
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)0,996
Indice di rifrazione1,454
Costante di dissociazione acida (pKa) a 298 K8,36
Solubilità in acquasolubile in ogni rapporto
Coefficiente di ripartizione 1-ottanolo/acqua-0,860
Temperatura di fusione-5 °C
Temperatura di ebollizione129 °C
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
corrosivo infiammabile
Frasi H226 - 302 - 311 - 314 - 331 [1]

È un solvente versatile, solubile sia in acqua che nei comuni solventi organici,[4] ma costituisce anche una molecola di partenza per la sintesi chimica[5] e farmaceutica.[6]

Proprietà modifica

La morfolina è un composto dotato di notevole stabilità termodinamica, ΔHƒ° = -186,7 ± 0,6 kJ/mol.[7] A temperatura ambiente si presenta come un liquido incolore, igroscopico, infiammabile, dall'odore di ammina, completamente solubile in acqua[8] (come il diossano) e avente praticamente la stessa densità, ma maggiore viscosità (2,23 cP);[9] è molto solubile in alcool e etere e solubile nei comuni solventi organici, ed essa stessa è buon solvente di uso generale.[9]

La molecola della morfolina adotta la conformazione del cicloesano a sedia, dove la posizione preferita dell'idrogeno amminico (legame N-H) è quella equatoriale.[10] La molecola in sé è discretamente polare (μ = 1,71 D),[11] ma leggermente meno dell'acqua (μ = 1,86 D); il liquido ha tuttavia costante dielettrica medio-bassa (εr = 7,1334), ma comunque più alta sia della piperidina CH2(CH2CH2)2NH (εr = 5,90[12]), che del diossano O(CH2CH2)2O (εr = 2,23).[13]

Questa molecola eterociclica presenta sia un gruppo funzionale amminico (ammina secondaria), sia un gruppo funzionale etereo. Quest'ultimo aumenta la polarità della molecola rispetto alla piperidina (μ = 0,73 D)[14] e non intralcia la sua normale reattività amminica. Come ogni ammina, la morfolina ha comportamento basico; il suo acido coniugato si chiama ione morfolinio, avente un pKa di 8,36, cui corrisponde un pKb della morfolina di 5,64;[15] i suoi sali si ottengono, ad esempio, mediante reazione della morfolina con acido cloridrico, fornendo il corrispondente cloridrato, il cloruro di morfolinio [C4H10NO] +Cl –.

Sintesi modifica

La morfolina è ottenuta industrialmente per disidratazione della dietanolammina con acido solforico e concomitante ciclizzazione:[16][17]

 

Reattività modifica

La morfolina subisce molte reazioni chimiche tipiche delle ammine secondarie, sebbene la presenza dell'atomo di ossigeno del gruppo etereo riduca in parte la densità elettronica disponibile sull'atomo di azoto, rendendolo sensibilmente meno basico (pKa = 8,36[18]) rispetto alle ammine secondarie strutturalmente analoghe, come ad esempio la piperidina (pKa = 11,22) e la pirrolidina (pKa = 11,27).[19]

Per trattamento con ipocloriti la morfolina fornisce la corrispondente clorammina:

O(CH2CH2)2N-H + NaOCl   →   O(CH2CH2)2N−Cl + NaOH

questa clorammina è ragionevolmente stabile da poter essere impiegata come reagente selettivo per la monoclorurazione di anelli benzenici attivati (SEAr).[20]

Per reazione con alogenuri alchilici può alchilata a dare le corrispondenti ammine terziarie, come ad esempio la N-metilmorfolina, sebbene difficilmente la reazione non proceda oltre fino al sale di ammonio quaternario (reazione di quaternizzazione):

O(CH2CH2)2N-H + CH3−l   →   O(CH2CH2)2N−CH3 + HI
O(CH2CH2)2N−CH3 + CH3−l   →   O(CH2CH2)2N+(CH3)2 I−

I prodotti sono quindi i sali di N,N-dimetilmorfolinio; altrettanto può avvenire con altri alchili e altri anioni; in particolare, quelli di N-metil-N-alchilmorfolinio trovano largo impiego come elettroliti in liquidi ionici.[21]

La N-metilmorfolina può essere ossidata con perossidi per dare l'N-ossido di N-metilmorfolina:[22]

O(CH2CH2)2N−CH3 + H2O2   →   O(CH2CH2)2N+(CH3)−O− + H2O

e questo è un importante solvente della cellulosa[23] e un ossidante selettivo nella cis-diidrossilazione di alcheni con tetrossido di osmio.[24]

In quanto ammina secondaria, la morfolina, oltre alla piperidina e alla pirrolidina, è comunemente utilizzata per la sintesi delle enammine di aldeidi e chetoni che abbiano almeno un atomo di idrogeno in posizione alfa;[25][26][27] la reazione in forma schematica è la seguente:

>N-H + O=CR–CH<  →  >N–CR=C< (+ H2O)

Con l'acido nitroso, o con nitriti alcalini in ambiente acido, fornisce la corrispondente nitrosammina, la N-nitrosomorfolina:[28]

O(CH2CH2)2N-H + HNO2   →   O(CH2CH2)2N−N=O + H2O

Inoltre, essa è ampiamente utilizzata nella sintesi organica come blocco di costruzione di molecole di interesse farmaceutico,[29] come ad esempio nella preparazione dell'antibiotico linezolid, dell'agente antitumorale gefitinib (Iressa) e dell'analgesico dextromoramide.

Sia nella ricerca che nell'industria chimica, il suo basso costo e la sua polarità fanno della morfolina un solvente di uso comune per l'esecuzione di reazioni chimiche.

Produttori modifica

La maggior parte dei produttori di morfolina è ubicata in Europa e Stati Uniti d'America. Questi produttori sono in grado di coprire il fabbisogno sia per i mercati domestici sia per i mercati esteri.

Usi modifica

Applicazioni industriali modifica

La morfolina è un additivo comune, utilizzato in concentrazione dell'ordine delle parti per milione, per la regolazione del pH dei circuiti a vapore sia delle centrali termoelettriche sia di quelle nucleari. Si utilizza la morfolina per il fatto che la sua volatilità è circa la stessa dell'acqua, cosicché, una volta solubilizzata in acqua, la sua concentrazione è approssimativamente la stessa sia nella fase liquida sia nella fase vapore. La sua capacità di correzione del pH si distribuisce in tutto il circuito a vapore, fornendo protezione dalla corrosione.

La morfolina è spesso utilizzata insieme a basse concentrazioni di idrazina o ammoniaca per garantire un trattamento chimico comprensivo completamente volatile per la protezione dalla corrosione dei circuiti a vapore di questi impianti. La morfolina si decompone in maniera ragionevolmente lenta in assenza di ossigeno alle elevate temperature e pressioni presenti in questi sistemi a vapore.

Agricoltura modifica

Come rivestimento protettivo per la frutta modifica

La morfolina è utilizzata come emulsionante chimico nel procedimento di ricopertura cerosa della frutta. In natura, i frutti producono cere per proteggersi da attacchi da insetti e funghi, ma queste possono andar perse quando la frutta è pulita. Si applica quindi una piccola quantità di nuova cera per sostituire quella andata persa. La morfolina è utilizzata come emulsionante e adiuvante per la solubilizzazione della gommalacca, che è impiegata come cera per la ricopertura della frutta[30].

L'Unione europea ha vietato l'utilizzo di morfolina nel rivestimento della frutta[31][32].

Componente in fungicidi modifica

I derivati della morfolina sono utilizzati in agricoltura come fungicidi a protezione delle coltivazioni di cereali. Essi sono noti come inibitori della biosintesi dell'ergosterolo.

I principali sono:

Note modifica

  1. ^ Scheda della morfolina su IFA GESTIS, su gestis-en.itrust.de. URL consultato il 4 maggio 2021 (archiviato dall'url originale il 16 ottobre 2019).
  2. ^ R. Fusco, G. Bianchetti e V. Rosnati, CHIMICA ORGANICA, volume primo, L. G. Guadagni, 1974, p. 718.
  3. ^ (EN) Sahaya Asirvatham, Ekta Thakor e Hrithik Jain, Morpholine and Thiomorpholine: A Privileged Scaffold Possessing Diverse Bioactivity Profile, in Journal of Chemical Reviews, vol. 3, n. 4, 1º ottobre 2021, pp. 247–272, DOI:10.22034/jcr.2021.295839.1123. URL consultato il 15 agosto 2023.
  4. ^ Handbook of solvents, ChemTec Publ. [u.a.], 2001, ISBN 978-1-895198-24-9.
  5. ^ R. A. Aitken e K. M. Aitken, 8.06 - 1,4-Oxazines and their Benzo Derivatives, Elsevier, 1º gennaio 2008, pp. 461–511, DOI:10.1016/b978-008044992-0.00706-9, ISBN 978-0-08-044992-0. URL consultato il 24 agosto 2023.
  6. ^ (EN) Angeliki P. Kourounakis, Dimitrios Xanthopoulos e Ariadni Tzara, Morpholine as a privileged structure: A review on the medicinal chemistry and pharmacological activity of morpholine containing bioactive molecules, in Medicinal Research Reviews, vol. 40, n. 2, 2020-03, pp. 709–752, DOI:10.1002/med.21634. URL consultato il 24 agosto 2023.
  7. ^ (EN) Morpholine, su webbook.nist.gov. URL consultato il 24 agosto 2023.
  8. ^ Morpholine CAS#: 110-91-8, su chemicalbook.com. URL consultato il 15 agosto 2023.
  9. ^ a b (EN) PubChem, Morpholine, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 28 giugno 2020.
  10. ^ Sumana SenGupta, Nandita Maiti e Ridhima Chadha, Conformational analysis of morpholine studied using Raman spectroscopy and density functional theoretical calculations, in Chemical Physics Letters, vol. 639, 16 ottobre 2015, pp. 1–6, DOI:10.1016/j.cplett.2015.09.003. URL consultato il 24 agosto 2023.
  11. ^ morpholine, su stenutz.eu. URL consultato l'11 giugno 2022.
  12. ^ piperidine, su stenutz.eu. URL consultato il 15 agosto 2023.
  13. ^ (EN) Christian Wohlfarth, Static Dielectric Constants of Pure Liquids and Binary Liquid Mixtures, 2015, DOI:10.1007/978-3-662-48168-4. URL consultato il 15 agosto 2023.
  14. ^ piperidine, su stenutz.eu. URL consultato il 24 luglio 2021.
  15. ^ (EN) H. K. Hall, Correlation of the Base Strengths of Amines 1, in Journal of the American Chemical Society, vol. 79, n. 20, 1957-10, pp. 5441–5444, DOI:10.1021/ja01577a030. URL consultato il 24 agosto 2023.
  16. ^ Klaus Weissermel, Hans-Jürgen Arpe, Charlet R. Lindley, Stephen Hawkins, Chap. 7. Oxidation Products of Ethylene, in Industrial Organic Chemistry, Wiley-VCH, 2003, pp. 159–161, ISBN 3-527-30578-5.
  17. ^ R.O.C. Norman, CHIMICA ORGANICA Principi e Applicazioni alla Sintesi, traduzione di Paolo Da Re, Piccin, 1973, p. 588.
  18. ^ Hall, H.K., J. Am. Chem. Soc., vol. 79, n. 20, 1957, pp. 5441, DOI:10.1021/ja01577a030, https://oadoi.org/10.1021/ja01577a030.
  19. ^ H. K. Hall, Correlation of the Base Strengths of Amines1, in Journal of the American Chemical Society, vol. 79, n. 20, 1º ottobre 1957, pp. 5441–5444, DOI:10.1021/ja01577a030. URL consultato il 28 giugno 2020.
  20. ^ Lindsay Smith, J. R.; McKeer, L. C.; Taylor, J. M. (1993), "4-Chlorination of Electron-Rich Benzenoid Compounds: 2,4-Dichloromethoxybenzene" (archiviato dall'url originale il 9 giugno 2012)., Org. Synth., Coll. Vol. 8: 167
  21. ^ Łukasz Marcinkowski, Adam Kloskowski e Dorota Warmińska, Solvation of ionic liquids based on N-methyl-N-alkylmorpholinium cations in N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide – Volumetric and compressibility studies, in The Journal of Chemical Thermodynamics, vol. 119, 1º aprile 2018, pp. 92–101, DOI:10.1016/j.jct.2017.12.018. URL consultato il 24 agosto 2023.
  22. ^ (EN) CATALYTIC OSMIUM TETROXIDE OXIDATION OF OLEFINS: cis-1,2-CYCLOHEXANEDIOL, in Organic Syntheses, vol. 58, 1978, pp. 43, DOI:10.15227/orgsyn.058.0043. URL consultato il 24 agosto 2023.
  23. ^ (EN) Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1ª ed., Wiley, 15 giugno 2000, DOI:10.1002/14356007.a05_375.pub2, ISBN 978-3-527-30385-4. URL consultato il 24 luglio 2021.
  24. ^ (EN) Yasukazu Ogino, Hou Chen e Hoi-Lun Kwong, On the timing of hydrolysis / reoxidation in the osmium-catalyzed asymmetric dihydroxylation of olefins using potassium ferricyanide as the reoxidant, in Tetrahedron Letters, vol. 32, n. 32, 1991-08, pp. 3965–3968, DOI:10.1016/0040-4039(91)80601-2. URL consultato il 24 luglio 2021.
  25. ^ Noyori, R.; Yokoyama, K.; Hayakawa, Y. (1988), "Cyclopentenones from α,α'-Dibromoketones and Enamines: 2,5-Dimethyl-3-Phenyl-2-Cyclopenten-1-one" (archiviato dall'url originale il 9 giugno 2012)., Org. Synth., Coll. Vol. 6: 520
  26. ^ Michael B. Smith e Jerry March, MARCH’S ADVANCED ORGANIC CHEMISTRY, 6ª ed., 2007, p. 635, ISBN 978-0-471-72091-1.
  27. ^ Enamines: Synthesis: Structure, and Reactions, Second Edition, Gilbert Cook (Editor). 1988, Marcel Dekker, NY. ISBN 0-8247-7764-6
  28. ^ (EN) PubChem, N-Nitrosomorpholine, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 24 luglio 2021.
  29. ^ (EN) Ariadni Tzara, Dimitrios Xanthopoulos e Angeliki P. Kourounakis, Morpholine As a Scaffold in Medicinal Chemistry: An Update on Synthetic Strategies, in ChemMedChem, vol. 15, n. 5, 5 marzo 2020, pp. 392–403, DOI:10.1002/cmdc.201900682. URL consultato il 24 agosto 2023.
  30. ^ Raymond G. McGuire; Dimitrios A. Dimitroglou, Evaluation of Shellac and Sucrose Ester Fruit Coating Formulations that Support Biological Control of Post-harvest Grapefruit Decay, in Bio-control Science and Technology, vol. 9, n. 1, 1999, pp. 53–65.
  31. ^ Morpholine, su salltd.co.uk, Scientific Analysis Laboratories Ltd (archiviato dall'url originale il 26 aprile 2012).
  32. ^ Morpholine Issues in the United Kingdom, su nwhort.org, Northwest Horticultural Council, 28 settembre 2010 (archiviato dall'url originale il 26 aprile 2012).

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