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Catión de amonio cuaternario. Los grupos R pueden ser grupos alquilo o arilo iguales o diferentes. Además, los grupos R pueden estar conectados.

Los cationes de amonio cuaternario , también conocidos como quats , son iones poliatómicos cargados positivamente de estructura NR+
4, Siendo R un grupo alquilo o un grupo arilo . [1] A diferencia del ion amonio ( NH+
4) y los cationes de amonio primario, secundario o terciario , los cationes de amonio cuaternario están cargados permanentemente, independientemente del pH de su solución. Las sales de amonio cuaternario o compuestos de amonio cuaternario (llamadas aminas cuaternarias en el lenguaje de los campos petrolíferos ) son sales de cationes de amonio cuaternario. Los polyquats son una variedad de formas poliméricas diseñadas que proporcionan múltiples moléculas de quat dentro de una molécula más grande.

Ver "Top" de una vista de Bu 4 N + como se determina por cristalografía de rayos X . [2]
Vista "lateral" de Bu 4 N + determinada por cristalografía de rayos X. [2]

Síntesis [ editar ]

Los compuestos de amonio cuaternario se preparan mediante la alquilación de aminas terciarias con un halocarburo . [3] En la literatura más antigua, esto a menudo se denomina reacción de Menshutkin , sin embargo, los químicos modernos generalmente se refieren a ella simplemente como cuaternización . [4] La reacción puede usarse para producir un compuesto con longitudes de cadena de alquilo desiguales; por ejemplo, cuando se fabrican tensioactivos catiónicos, uno de los grupos alquilo de la amina es típicamente más largo que los demás. [5] Una síntesis típica es para el cloruro de benzalconio a partir de una alquildimetilamina de cadena larga y cloruro de bencilo :

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 -

Reacciones [ editar ]

Los cationes de amonio cuaternario no reaccionan incluso con electrófilos , oxidantes y ácidos fuertes . También son estables frente a la mayoría de los nucleófilos . Esto último está indicado por la estabilidad de las sales de hidróxido como el hidróxido de tetrametilamonio y el hidróxido de tetrabutilamonio incluso a temperaturas elevadas. La vida media de Me 4 NOH en NaOH 6 M a 160 ° C es> 61 h. [6]

Debido a su capacidad de recuperación, se han aislado muchos aniones inusuales como sales de amonio cuaternario. Los ejemplos incluyen pentafluoroxenato de tetrametilamonio , que contiene el pentafluoroxenato altamente reactivo ( XeF-
5) ion. El permanganato se puede solubilizar en disolventes orgánicos , cuando se despliega como su N Bu+
4sal. [7] [8]

Con bases excepcionalmente fuertes, los cationes cuaternarios se degradan. Se someten a reordenamiento de Sommelet-Hauser [9] y reordenamiento de Stevens , [10] así como desalquilación en condiciones severas o en presencia de nucleófilos fuertes, como tiolatos. Los cationes de amonio cuaternario que contienen unidades N – C – C – H también pueden sufrir la eliminación de Hofmann y la degradación de Emde .

El cloruro de benzalconio es un tipo común de sal de quat que se utiliza como biocida , tensioactivo catiónico y como agente de transferencia de fase . [11] Los ADBAC son una mezcla de cloruros de alquilbencildimetilamonio, en los que el grupo alquilo tiene varias longitudes de cadena de alquilo pares.

Aplicaciones [ editar ]

Las sales de amonio cuaternario se utilizan como desinfectantes , tensioactivos , suavizantes de telas y como agentes antiestáticos (por ejemplo, en champús ). En los suavizantes de telas líquidos , a menudo se utilizan las sales de cloruro . En las tiras anti-formación de secado , se utilizan a menudo las sales de sulfato . Los condensadores electrolíticos de aluminio más antiguos y las gelatinas espermicidas también contienen sales de amonio cuaternario.

Como antimicrobianos [ editar ]

También se ha demostrado que los compuestos de amonio cuaternario tienen actividad antimicrobiana. [12] Ciertos compuestos de amonio cuaternario, especialmente los que contienen cadenas de alquilo largas, se utilizan como antimicrobianos y desinfectantes . Ejemplos son cloruro de benzalconio , cloruro de bencetonio , cloruro de metilbencetonio, cloruro de cetalconio , cloruro de cetilpiridinio , cetrimonio , cetrimida , cloruro de dofanium, bromuro de tetraetilamonio , cloruro de didecildimetilamonio y bromuro de domifeno. También es bueno contra hongos , amebas.y virus con envoltura , [13] se cree que los compuestos de amonio cuaternario actúan alterando la membrana celular o la envoltura viral . [14] Los compuestos de amonio cuaternario son letales para una amplia variedad de organismos, excepto las endosporas , Mycobacterium tuberculosis y los virus sin envoltura .

Los compuestos de amonio cuaternario son detergentes catiónicos , así como desinfectantes , y como tales pueden usarse para eliminar material orgánico. Son muy eficaces en combinación con fenoles . Los compuestos de amonio cuaternario se desactivan mediante detergentes aniónicos (incluidos los jabones comunes). Además, funcionan mejor en aguas blandas . [ cita requerida ] Los niveles efectivos son de 200 ppm. Son eficaces a temperaturas de hasta 100 ° C (212 ° F).

Las sales de amonio cuaternario se utilizan comúnmente en la industria de servicios de alimentos como agentes desinfectantes.

Catalizadores de transferencia de fase [ editar ]

En química orgánica, las sales de amonio cuaternario se emplean como catalizadores de transferencia de fase (PTC). Dichos catalizadores aceleran las reacciones entre reactivos disueltos en disolventes inmiscibles. El diclorocarbeno reactivo altamente reactivo se genera vía PTC por reacción de cloroformo e hidróxido de sodio acuoso .

Las resinas de intercambio aniónico , en forma de perlas, contienen iones de amonio cuaternario unidos a un polímero.

Suavizantes de telas y acondicionadores para el cabello [ editar ]

En la década de 1950, se introdujo el cloruro de diestearildimetilamonio (DHTDMAC) como suavizante de telas . Este compuesto se suspendió porque el catión se biodegrada demasiado lentamente. Los suavizantes de telas actuales se basan en sales de cationes de amonio cuaternario donde el ácido graso está unido al centro cuaternario a través de enlaces éster; estos se denominan comúnmente ésteres de betaína o éster-quats y son susceptibles de degradación, por ejemplo, por hidrólisis . [15] De manera característica, los cationes contienen una o dos cadenas de alquilo largas derivadas de ácidos grasos enlazados a una sal de amonio etoxilada . [16] Otros compuestos catiónicos pueden derivarse deimidazolio , guanidinio , sales de amina sustituida o sales de alcoxiamonio cuaternario . [17]

  • Tensioactivos catiónicos utilizados como suavizantes de telas.

  • Cloruro de diestearildimetilamonio , un suavizante de telas de primera generación con baja biodegradabilidad que fue eliminado.

  • Otro diesterquat, un suavizante de telas contemporáneo.

  • Cloruro de dimetilamonio de éster dietílico utilizado como suavizante de telas.

  • Otro diesterquat utilizado como suavizante de telas.

Las cualidades antiestáticas que hacen que las sales de amonio cuaternario sean útiles como suavizantes de telas también las hacen útiles en acondicionadores y champús para el cabello . [18] La idea fue iniciada por Henkel con una patente de 1984. [19] Los ejemplos incluyen cloruro de cetrimonio y cloruro de behentrimonio . [20]

Retardantes del crecimiento de las plantas [ editar ]

Cycocel (cloruro de cloroquat ) reduce la altura de la planta al inhibir la producción de giberelinas , las principales hormonas vegetales responsables del alargamiento celular. Por lo tanto, sus efectos se encuentran principalmente en los tejidos del tallo, pecíolo y tallo floral. Se observan efectos menores en la reducción de la expansión de las hojas, lo que resulta en hojas más gruesas con un color verde más oscuro. [21]

Ocurrencia natural [ editar ]

La glicina betaína , que se encuentra en los osmolitos , estabiliza la presión osmótica en las células. [22]

La glicina betaína es un catión de amonio cuaternario de origen natural. Su producto de degradación, la trimetilamina , es responsable del olor a pescado en mal estado.
La colina es un compuesto cuaternario.

La colina es un precursor del neurotransmisor acetilcolina . La colina también es un componente de la lecitina , que está presente en muchas plantas y órganos animales. [23] Se encuentra en los fosfolípidos . Por ejemplo, las fosfatidilcolinas , un componente principal de las membranas biológicas , son un miembro del grupo de sustancias grasas de la lecitina en los tejidos animales y vegetales. [24]

La carnitina participa en la beta-oxidación de los ácidos grasos.

1-Oleoil-2-palmitoil-fosfatidilcolina

Efectos sobre la salud [ editar ]

Los compuestos de amonio cuaternario pueden presentar una variedad de efectos sobre la salud, entre los que se encuentran irritación leve de la piel y las vías respiratorias [25] hasta quemaduras cáusticas graves en la piel y la pared gastrointestinal (según la concentración), síntomas gastrointestinales (p. Ej., Náuseas y vómitos), coma , convulsiones, hipotensión y muerte. [26]

Se cree que son el grupo químico responsable de las reacciones anafilácticas que ocurren con el uso de fármacos bloqueadores neuromusculares durante la anestesia general en cirugía . [27] Quaternium-15 es la causa única más frecuente de dermatitis alérgica de contacto de las manos (16,5% en 959 casos) [28]

Posibles efectos reproductivos en animales de laboratorio [ editar ]

Los desinfectantes a base de amonio cuaternario (Virex y Quatricide) fueron identificados tentativamente como la causa más probable de saltos en defectos de nacimiento y problemas de fertilidad en ratones de laboratorio enjaulados. Los ingredientes quat en los desinfectantes incluyen cloruro de alquil dimetil bencil amonio (ADBAC) y cloruro de didecil dimetil amonio (DDAC). [29] [30] Tentativamente se identificó un vínculo similar en las enfermeras. [31] Los estudios contradicen datos de toxicología anteriores revisados ​​por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA de los Estados Unidos) y la Comisión de la UE. [32]

Cuantificación [ editar ]

La cuantificación de compuestos de amonio cuaternario en muestras ambientales y biológicas es problemática usando técnicas de cromatografía convencionales porque los compuestos son altamente solubles en agua. Al analizarlos mediante cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas en tándem, se ha descubierto que siguen una regla de excepción. En condiciones estándar de ionización por electropulverización (ESI), los compuestos de amonio mono y dicuaternario forman iones moleculares con la fórmula dem q/z q más bien que m + z/z. [ aclaración necesaria ] Formación dem q/2se observa para compuestos de amonio dicuaternario (como diquat ) como ion precursor ym q/1como ion producto debido a la pérdida de una de las cargas cuaternarias durante la CID. En los compuestos de amonio dicuaternario, este proceso también puede resultar en la formación de iones de fragmentos con mayor masa en comparación con su ión precursor. Se ha informado que la separación por cromatografía líquida de interacción hidrófila demuestra una separación exitosa de compuestos de amonio cuaternario para su cuantificación en ESI-MS / MS con mayor precisión. [33]

Ver también [ editar ]

  • Iminio
  • Amonio

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Toxicidades del amonio cuaternario
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