Formación y estabilidad de uniones hidrógeno en las aminas 1-(2-aminoetil)piperidina y 3-aminopropilmorfolina: estudio teórico ab-initio

F. BERGERO; C.E.S. ALVARO; N. NUDELMAN; S. RAMOS DE DEBIAGGI

Mar del Plata

Simposio; XVI Simposio Nacional de Química Orgánica. Primer Simposio Iberoamericano de Química Orgánica; 2007

Sociedad Argentina de Investigaciones en Química Orgánica

Las uniones hidrógeno inter- e intramoleculares tienen un rol dominante al definir las propiedades físicas y la reactividad de una gran variedad de sistemas orgánicos y biológicos. La naturaleza de las uniones hidrógeno determina el orden de la cinética de reacción en procesos de Sustitución Nucleofílica Aromática (SNAr) cuando las mismas se realizan en solventes apróticos. En los últimos años1, informamos estudios de reacciones SNAr realizadas en solventes apróticos, en el cual el nucleófilo atacante es una especie dimérica de la amina formada por uniones hidrógeno. Recientemente estudiamos las reacciones de 1-halo-2,4-dinitrobencenos (halógeno = F, Cl) con las aminas 1-(2-aminoetil)piperidina (2-AEPip) y 3-aminopropilmorfolina (3-APMo)  en tolueno. Los resultados cinéticos indican que 2-AEPip forma dímeros mediante unión hidrógeno intermolecular, mientras 3-APMo forma unión hidrógeno intramolecular, impidiendo la formación de homoagregados. El objetivo del presente trabajo es analizar mediante cálculos teóricos la formación de dichas uniones hidrógeno en las aminas bifuncionales 2-AEPip y 3-APMo. Evaluamos sus estructuras y energías de equilibrio, y la estabilidad de formación de uniones hidrógeno inter- e intramoleculares. Comparamos las conclusiones de este estudio teórico con los resultados cinéticos mencionados anteriormente. Los cálculos teóricos se realizan combinando el modelo autoconsistente semi-empírico AM1 (Austin Method 1) y modelos ab-initio basados en la teoría de la Funcional Densidad (DFT)2. Mediante el modelo AM1 se hace una búsqueda inicial de los confórmeros de equilibrio, tanto para los monómeros como para los dímeros de las moléculas estudiadas. Estas estructuras fueron luego utilizadas como punto de partida para la optimización geométrica mediante los cálculos DFT, realizados con una base de orbitales 6-31G* y la aproximación B3LYP para evaluar los efectos de correlación e intercambio. Se analizaron parámetros geométricos para identificar las uniones hidrógeno. El criterio utilizado es que la distancia entre el átomo de hidrógeno y el nitrógeno aceptor sea inferior a 3.5 Ǻ y el ángulo formado por el hidrógeno con los átomos aceptores y donores sea superior a 120o. Los cálculos realizados permitieron corroborar las conclusiones de los experimentos cinéticos. Encontramos que sólo hay formación de unión hidrógeno intramolecular en 3-APMo; mientras que en 2-AEPip las conformaciones de mínima energía presentan dos uniones hidrógeno intermoleculares en las cuales el hidrógeno del nitrógeno primario de una de las moléculas se une al nitrógeno secundario de la otra molécula.  1a) Alvaro, C. E. S.; Sbarbati Nudelman, N.; Arkivoc, 2003, Part. X, 95-106; b) Alvaro, C. E. S.; Sbarbati Nudelman, N.; J. of Physical Organic Chemistry, 2005, 18, 880-885. 2Parr, R. G.; Yang, W.; ?Density-Functional Theory of Atoms and Molecules?, Oxford University Press, New York, 1989.