Cátion de amônio quaternário
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Síntese
Os compostos quaternários de amônio são preparados pela alquilação de aminas terciárias com halocarbono. Na literatura mais antiga, isso é frequentemente chamado de reação de 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 desiguais da cadeia alquil; Por exemplo, ao tornar os surfactantes catiônicos, um dos grupos alquil na amina é tipicamente maior que os outros. Uma síntese típica é para o cloreto de benzalcônio de um cloreto de alquimetilamina e cloreto de benzil de cadeia longa:
CH3(CH2)nN(CH3)2 + ClCH2C6H5 → [CH3(CH2)nN(CH3)2CH2C6H5]+Cl−Reações
Os cátions quaternários de amônio não são reativos em relação a eletrófilos, oxidantes e ácidos fortes. Eles também são estáveis para a maioria dos nucleófilos. Este último é indicado pela estabilidade dos sais de hidróxido, como hidróxido de tetrametilamônio e hidróxido de tetrabutilamônio, mesmo a temperaturas elevadas. A vida halflife de Me4noh em 6m NaOH a 160 ° C é> 61 h.
Devido à sua resiliência, muitos ânions incomuns foram isolados como os sais de amônio quaternário. Exemplos incluem pentafluoroxenato de tetrametilamônio, contendo o íon pentafluoroxenato altamente reativo (Xef - 5). O permanganato pode ser solubilizado em solventes orgânicos, quando implantado como seu NBU+4 sal.
Com bases excepcionalmente fortes, os cátions quat degradam. Eles passam por rearranjo Sommelet -Hauser e Rearranjo de Stevens, bem como a negociação 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 da EMDE.
Exemplos
Tetramethylammonium ion: (CH3)4N+ or Me4N+Tetraethylammonium ion: (C2H5)4N+ or Et4N+Tetrapropylammonium ion: (n-C3H7)4N+ or Pr4N+Tetrabutylammonium ion: (n-C4H9)4N+ or Bu4N+Formulários
Os sais de amônio quaternário são usados como desinfetantes, surfactantes, amaciadores de tecido e agentes antistáticos (por exemplo, em xampus). Em amaciadores de tecido líquido, os sais de cloreto são frequentemente usados. Nas tiras de antecedência do secador, os sais de sulfato são frequentemente usados. Capacitores eletrolíticos de alumínio mais antigos e geleias espermicidas também contêm sais de amônio quaternário. Os quats também são usados em formulações de contracepção, produtos veterinários, testes de diagnóstico, produção de vacinas e formulações nasais.
Medicamentos
Os compostos quaternários de amônio têm atividade antimicrobiana. Os compostos quaternários de amônio, especialmente aqueles que contêm longas cadeias de alquil, são usados como antimicrobianos e desinfetantes. Exemplos são cloreto de benzalcônio, cloreto de benzetônio, cloreto de metilbenzetônio, cloreto de cetalkônio, cloreto de cetilpiridinium, cetimônio, cetimida, cloreto de dofanium, brometo de tetraetilamônio, didilamnium -broniumido. Também é bom contra fungos, amebas e vírus envolvidos (como SARS-CoV-2), acredita-se que os compostos quaternários de amônio agem interrompendo a membrana celular ou o envelope viral. Os compostos quaternários de amônio são letais a uma ampla variedade de organismos, exceto endosporos e vírus não envelopeados.
Catalisadores de transferência de fase
Na química orgânica, os sais de amônio quaternário são empregados como catalisadores de transferência de fase (PTCs). Tais catalisadores aceleram as reações entre os reagentes dissolvidos em solventes imiscíveis. O reagente altamente reativo diclorocarbeno é gerado via PTC por reação de clorofórmio e hidróxido de sódio aquoso.
Amaciadores de tecido e condicionadores de cabelo
Na década de 1950, o cloreto de destaryldimetilamônio (DHTDMAC) foi introduzido como amaciador de tecido. Este composto foi descontinuado porque o cátion biodegrada muito lentamente. Os amaciadores de tecido 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 chamados de betaína 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 substituídos ou sais de amônio alcoxi quaternário.
Cationic surfactants used as fabric softeners
Cloreto de distaaryldimetilamônio, um amaciador de tecido da geração precoce com baixa biodegradabilidade que foi eliminada.
Outro diesterquat, um amaciante contemporâneo.
O cloreto de dimetil amônio do éster dietil usado como amaciador de tecido.
Outro diesterquat usado como amaciador de tecido.
As qualidades antistáticas que tornam os sais de amônio quaternário úteis, pois os amaciadores de tecido também os tornam úteis em condicionadores de cabelo e xampus. A idéia foi pioneira por Henkel com uma patente de 1984. Exemplos incluem cloreto de cetrimônio e cloreto de Behentrimonium.
Retardadores de crescimento de plantas
O cicocel (cloreto de chlormequat) reduz a altura da planta inibindo a produção de giberelinas, os hormônios da planta primária responsáveis pelo alongamento celular. Portanto, seus efeitos estão principalmente nos tecidos do caule, pecíolo e caule. Efeitos menores são observados nas reduções da expansão das folhas, resultando em folhas mais espessas com cor verde mais escura.
Ocorrência natural
A betaína de glicina, encontrada em osmólitos, estabiliza a pressão osmótica nas células.
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 componente importante das membranas biológicas, são um membro do grupo de substâncias gordas de lecitina nos tecidos animais e plantas.
A carnitina participa da oxidação beta de ácidos graxos.
Efeitos na saúde
Os compostos quaternários de amônio podem exibir uma gama de efeitos à saúde, entre os quais são leves a irritação da pele e respiratória até queimaduras cáusticas graves na pele e na parede gastrointestinal (dependendo da concentração), sintomas gastrointestinais (por exemplo, náusea e vômito), coma, convulsões, convulsões, convulsões, hipotensão e morte.
Pensa -se que eles sejam o grupo químico responsável por reações anafiláticas que ocorrem com o uso de medicamentos para bloqueio neuromuscular durante a anestesia geral na cirurgia. O quaternium-15 é a causa mais frequentemente encontrada da dermatite de contato alérgica das mãos (16,5% em 959 casos).
Possíveis efeitos reprodutivos em animais de laboratório
Os desinfetantes à base de amônio quaternário (Virex e quatricida) foram tentativamente identificados como a causa mais provável de saltos em defeitos congênitos e problemas de fertilidade em camundongos laboratoriais enjaulados. Os ingredientes de quat nos desinfetantes incluem cloreto de alquil dimetil benzil amônio (ADBAC) e cloreto de didecil dimetil amônio (DDAC). Um link semelhante foi tentativamente identificado em enfermeiros. Os estudos contradizem os dados toxicológicos anteriores revisados pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA dos EUA) e pela Comissão da UE.
Quantificação
A quantificação de compostos de amônio quaternário em amostras ambientais e biológicas é problemático usando técnicas de cromatografia convencionais porque os compostos são altamente solúveis em água. A análise por cromatografia líquida acoplada espectrometria de massa em tandem descobriu que eles seguem uma regra de exceção. Sob condições padrão de ionização por eletropulverização (ESI), os compostos de amônio mono- e di-quaternário formam íons moleculares com a fórmula de MQ/ZQ em vez de M + Z/Z. [Esclarecimento necessário] É observado a formação de MQ/2 para di-quaternário Compostos de amônio (como Diquiat) como íons precursores e MQ/1 como íons do produto devido à perda de uma das cargas quaternárias durante o CID. Nos compostos de amônio di-quaternário, esse processo também pode resultar na formação de íons de fragmentos com massa mais alta em comparação com seu íon precursor.
Foi relatado que a separação cromatográfica líquida de interação hidrofílica demonstrou uma separação bem-sucedida de compostos de amônio quaternário para sua quantificação em ESI-MS/MS com maior precisão.