Catião de amônio quaternário - Quaternary ammonium cation

Catião amônio quaternário. Os grupos R podem ser grupos alquil ou aril iguais ou diferentes. Além disso, os grupos R podem ser conectados.

Os cátions de amônio quaternário , também conhecidos como quats , são íons poliatômicos carregados positivamente da estrutura NR+
4, Sendo R um grupo alquil ou um grupo aril . Ao contrário do íon amônio ( NH+
4) e os cátions de amônio primários, secundários ou terciários , os cátions de amônio quaternário são permanentemente carregados, independentemente do pH de sua solução. Os sais de amônio quaternário ou compostos de amônio quaternário (chamados aminas quaternárias na linguagem de campos petrolíferos ) são sais de cátions de amônio quaternário. Os poliquats são uma variedade de formas de polímero projetadas que fornecem várias moléculas quat dentro de uma molécula maior.

Vista "superior" de uma vista de Bu 4 N + conforme determinado por cristalografia de raios-X .
Vista "lateral" de Bu 4 N + conforme determinado por cristalografia de raios-X.

Síntese

Os compostos de amônio quaternário são preparados pela alquilação de aminas terciárias com um halocarbono . Na literatura mais antiga, isso costuma ser chamado de reação Menshutkin , no entanto, os químicos modernos geralmente se referem a ela simplesmente como quaternização . A reação pode ser usada para produzir um composto com comprimentos de cadeia de alquil desiguais; por exemplo, ao fazer surfactantes catiônicos, um dos grupos alquil na amina é tipicamente mais longo do que os outros. Uma síntese típica é para cloreto de benzalcônio a partir de uma alquildimetilamina de cadeia longa e cloreto de benzila :

CH 3 (CH 2 ) n N (CH 3 ) 2 + ClCH 2 C 6 H 5 → [CH 3 (CH 2 ) n N (CH 3 ) 2 CH 2 C 6 H 5 ] + Cl -

Reações

Os cátions de amônio quaternário não reagem até mesmo com eletrófilos , oxidantes e ácidos fortes . Eles também são estáveis ​​em relação à maioria dos nucleófilos . Este último é indicado pela estabilidade dos sais de hidróxido , como hidróxido de tetrametilamônio e hidróxido de tetrabutilamônio, mesmo em temperaturas elevadas. A meia-vida de Me 4 NOH em NaOH 6 M a 160 ° C é> 61 h.

Por causa de sua resiliência, muitos ânions incomuns foram isolados como sais de amônio quaternário. Exemplos incluem pentafluoroxenato de tetrametilamônio , contendo o pentafluoroxenato altamente reativo ( XeF-
5) íon. Permanganato pode ser solubilizado em orgânicos solventes , quando implantado como o seu N Bu+
4 sal.

Com bases excepcionalmente fortes, os quat cátions se degradam. Eles sofrem rearranjo de Sommelet-Hauser e rearranjo de Stevens , bem como desalquilação sob condições adversas ou na presença de nucleófilos fortes, como tiolatos. Os cátions de amônio quaternário contendo unidades N – C – C – H também podem sofrer a eliminação de Hofmann e a degradação de Emde .

O cloreto de benzalcônio é um tipo comum de sal quat usado como biocida , surfactante catiônico e como agente de transferência de fase . ADBACs são uma mistura de cloretos de alquilbenzildimetilamônio, em que o grupo alquil tem vários comprimentos de cadeia alquil de número par.

Formulários

Os sais de amônio quaternário são usados ​​como desinfetantes , surfactantes , amaciantes de roupas e como agentes antiestáticos (por exemplo, em xampus ). Em amaciantes líquidos , os sais de cloreto são freqüentemente usados. Em tiras anticling mais secas , os sais de sulfato são freqüentemente usados. Capacitores eletrolíticos de alumínio mais antigos e geléias espermicidas também contêm sais de amônio quaternário.

Como antimicrobianos

Os compostos de amônio quaternário também mostraram ter atividade antimicrobiana. Certos compostos de amônio quaternário, especialmente aqueles contendo longas cadeias de alquil, são usados ​​como antimicrobianos e desinfetantes . Exemplos são cloreto de benzalcónio , cloreto de benzetónio , cloreto de metilbenzetónio, cloreto de cetalcónio , cloreto de cetilpiridínio , cetrimio , cetrimida , cloreto de dofanium, brometo de tetraetilamónio , cloreto de didecildimetilamónio e brometo de domifeno. Também bons contra fungos , amebas e vírus envelopados , acredita-se que os compostos de amônio quaternário atuem rompendo a membrana celular ou o envelope viral . Os compostos de amônio quaternário são letais para uma ampla variedade de organismos, exceto endosporos , Mycobacterium tuberculosis e vírus sem envelope .

Os compostos de amônio quaternário são detergentes catiônicos , bem como desinfetantes e, como tal, podem ser usados ​​para remover matéria orgânica. Eles são muito eficazes em combinação com fenóis . Os compostos de amônio quaternário são desativados por detergentes aniônicos (incluindo sabões comuns). Além disso, eles funcionam melhor em águas macias . Os níveis efetivos estão em 200 ppm. Eles são eficazes em temperaturas de até 100 ° C (212 ° F).

Os sais de amônio quaternário são comumente usados ​​na indústria alimentícia como agentes saneantes.

Catalisadores de transferência de fase

Em química orgânica, os sais de amônio quaternário são empregados como catalisadores de transferência de fase (PTCs). Esses catalisadores aceleram as reações entre os reagentes dissolvidos em solventes imiscíveis. O reagente altamente reativo diclorocarbeno é gerado via PTC pela reação de clorofórmio e hidróxido de sódio aquoso .

As resinas de troca aniônica, na forma de grânulos, contêm íons de amônio quaternário ligados a um polímero.

Amaciantes de roupas e condicionadores de cabelo

Na década de 1950, o cloreto de diestearildimetilamônio (DHTDMAC) foi introduzido como um amaciante de roupas . Este composto foi descontinuado porque o cátion se biodegrada muito lentamente. Amaciantes contemporâneos são baseados em sais de cátions de amônio quaternário, onde o ácido graxo está ligado ao centro quaternário por meio de ligações éster; estes são comumente referidos como betaína -ésteres ou éster-quats e são suscetíveis à degradação, por exemplo, por hidrólise . Caracteristicamente, os cátions contêm uma ou duas cadeias alquil longas derivadas de ácidos graxos ligados a um sal de amônio etoxilado . Outros compostos catiônicos podem ser derivados de imidazólio , guanidínio , sais de amina substituída ou sais de alcoxi amônio quaternário .

As qualidades antiestáticas que tornam os sais de amônio quaternários úteis como amaciantes de roupas também os tornam úteis em condicionadores de cabelo e xampus . A ideia foi iniciada pela Henkel com uma patente de 1984. Os exemplos incluem cloreto de cetrimônio e cloreto de behentrimônio .

Retardantes de crescimento de plantas

Cycocel (cloreto de clormequat) reduz a altura da planta ao inibir a produção de giberelinas , os principais hormônios vegetais responsáveis ​​pelo alongamento celular. Portanto, seus efeitos são principalmente nos tecidos do caule, pecíolo e caule da flor. Efeitos menores são vistos na redução da expansão das folhas, resultando em folhas mais grossas com cor verde mais escura.

Ocorrência natural

A glicina betaína , encontrada nos osmólitos , estabiliza a pressão osmótica nas células.

A glicina betaína é um cátion de amônio quaternário de ocorrência natural. Seu produto de degradação, a trimetilamina , é responsável pelo odor de peixe estragado.
A colina é um composto quat.

A colina é um precursor do neurotransmissor acetilcolina . A colina também é um constituinte da lecitina , que está presente em muitas plantas e órgãos animais. É encontrado em fosfolipídios . Por exemplo, as fosfatidilcolinas , um dos principais componentes das membranas biológicas , são membros do grupo de substâncias gordurosas da lecitina em tecidos animais e vegetais.

A carnitina participa da beta-oxidação de ácidos graxos.

1-oleoil-2-palmitoil-fosfatidilcolina

Efeitos na saúde

Os compostos de amônio quaternário podem exibir uma variedade de efeitos à saúde, entre os quais irritação leve da pele e respiratória até queimaduras cáusticas graves na pele e na parede gastrointestinal (dependendo da concentração), sintomas gastrointestinais (por exemplo, náuseas e vômitos), coma, convulsões, hipotensão e morte.

Eles são considerados o grupo químico responsável pelas reações anafiláticas que ocorrem com o uso de drogas bloqueadoras neuromusculares durante a anestesia geral em cirurgia . Quaternium-15 é a causa isolada mais frequentemente encontrada de dermatite alérgica de contato nas mãos (16,5% em 959 casos)

Possíveis efeitos reprodutivos em animais de laboratório

Os desinfetantes à base de amônio quaternário (Virex e Quatricide) foram identificados provisoriamente como a causa mais provável de defeitos congênitos e problemas de fertilidade em ratos de laboratório enjaulados. Os ingredientes quat nos desinfetantes incluem cloreto de alquil dimetil benzil amônio (ADBAC) e cloreto de didecil dimetil amônio (DDAC). Uma ligação semelhante foi identificada provisoriamente em enfermeiras. Os estudos contradizem os dados toxicológicos anteriores analisados ​​pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (US EPA) e pela Comissão da UE.

Quantificação

A quantificação de compostos de amônio quaternário em amostras ambientais e biológicas é problemática usando técnicas convencionais de cromatografia porque os compostos são altamente solúveis em água. Ao analisá-los por espectrometria de massa acoplada à cromatografia líquida, verificou-se que eles seguem uma regra de exceção. Sob condições padrão de ionização por electrospray (ESI), compostos mono- e di-quaternários de amônio formam íons moleculares com a fórmula de m q/z q ao invés de m + z/z. Formação dem q/2é observado para compostos di-quaternários de amônio (como diquat ) como íon precursor em q/1como íon produto devido à perda de uma das cargas quaternárias durante o CID. Em compostos diquaternários de amônio, esse processo também pode resultar na formação de íons fragmentos com maior massa em relação ao íon precursor. Foi relatado que a separação por cromatografia líquida de interação hidrofílica demonstrou uma separação bem-sucedida de compostos de amônio quaternário para sua quantificação em ESI-MS / MS com maior precisão.

Veja também

Referências

links externos